Introduzione alla fisica del XX secolo

28. Introduzione alla fisica del XX secolo#

A fine XIX secolo la meccanica, la termodinamica e l”elettromagnetismo - incluse la meccanica del continuo per solidi e fluidi - rappresentavano teorie soddisfacenti per la comprensione di molti fenomeni fisici, e utili per il progetto e la realizzazione delle molte applicazioni che contraddistinsero le rivoluzioni tecniche e industriali: macchine termiche, mezzi di trasporto, costruzioni, e le prime applicazioni dell’elettromagnetismo per il trasporto di energia e per le comunicazioni. Le equazioni di Maxwell, la verifica sperimentale di Hertz e le prime applicazioni di Marconi sembravano aver risolto il dilemma sulla natura della luce, a vantaggio di un modello ondulatorio su quello particellare.

Uno sguardo poco attento poteva far cadere nella tentazione di pensare di aver trovato un insieme di modelli completi della fisica, in grado di descrivere tutti i fenomeni. Tuttavia:

i modelli non erano in grado di spiegare alcune osservazioni sperimentali, come ad esempio gli spettri atomici discreti, lo spettro di radiazione di un corpo nero, o l’effetto fotoelettrico
i modelli sono tra di loro incompatibili: ad esempio, mentre la meccanica classica ammette l’azione a distanza istantanea (ad esempio nella forza di interazione gravitazionale tra due corpi) e le sue equazioni sono invarianti a trasformazioni di Galileo, le equazioni dell’elettromagnetismo non sono invarianti rispetto a queste trasformazioni (ma a quelle di Lorentz) e suggeriscono l’esistenza di una velocità massima di propagazione dell’informazione - incompatibile con l’azione a distanza
mentre in chimica un modello atomico discreto della materia era accettato e si lavorava su una descrizione dettagliata degli elementi «fondamentali» della materia - risolvendo alcuni problemi dovuti a errori e sviste -, in fisia questo faceva fatica ad essere accettato nonostante i lavori di Clausius, Maxwell e Boltzmann.

Ulteriori indagini sulla natura della materia - e la sua stabilità -, della luce e delle loro interazioni portarono all’accettazione del modello atomistico della materia. Il riconoscimento della costanza della velocità della luce come costante universale portarono alla formulazione della relatività (ristretta) di Einstein, in cui veniva risolta l’incompatibilità tra meccanica ed elettromagnetismo. La formulazione di una nuova teoria meccanica (quantistica) per i fenomeni su scale atomiche misero in evidenza il comportamento «duale» di luce e materia come onda e particella. La teoria della relatività generale di Einstein completava la rivoluzione, imponendosi come nuova teoria della gravitazione in grado di spiegare le osservazioni astronomiche che risultavano anomale con il modello di gravitazione di Newton.

Riferimenti.