La
legge di gravitazione universale segnò una svolta nella storia della
fisica, ma pose anche nuovi problemi. Questo
non era solo un problema tecnico, ma anche un problema filosofico: la
forza di gravitazione universale era una forza che agiva a distanza,
senza che i corpi si toccassero e questa era una cosa del tutto nuova. Il problema dell'azione a distanza La
legge di gravitazione implica la presenza di almeno due masse che si
attirano vicendevolmente, senza toccarsi anche se si trovano a notevole
distanza.
Una
massa m, avvicinandosi a un'altra massa M, sembra sentire in
qualche modo la sua presenza e interagisce con essa; ma come, se
l'interazione avviene quando le due masse sono ancora molto lontane e
non si toccano?
Tuttavia,
nel 1800, Faraday cominciò a pensare all'idea di un campo, cioè di una
regione dello spazio perturbata dalla
presenza di qualcosa come la massa, la carica elettrica o
altro e la sua idea fu poi definitivamente confermata da Maxwell alla
fine del secolo e da Einstein all'inizio del 1900.
Nasce così, per spiegare l'azione a distanza delle forze, il concetto di campo.
Il caso più comune è quello del campo gravitazionale, ma il concetto di campo ha carattere generale e lo troveremo ogni volta che parleremo di forze che agiscono a distanza, per esempio nel caso delle forze elettriche o delle forze magnetiche. Per definire un campo, possiamo dire che: o un campo è la perturbazione generata da una massa o da una carica elettrica qualsiasi nello spazio circostante, che Provoca forze gravitazionali o elettriche su eventuali altre masse o altre cariche presenti in quella regione di spazio. Ne
è un esempio il campo gravitazionale terrestre, di cui noi stessi
sentiamo gli effetti, cioè l'accelerazione di gravità che ci spinge
verso la Terra. Ora il concetto
di campo è ancora più generalizzato:e
si parla di campo quando è possibile associare a ogni punto dello
spazio una grandezza fisica il cui valore è funzione della posizione e
del tempo. Non
esistono quindi solo campi di forze, ma anche campi scalari, quando la
grandezza di cui si studia la distribuzione nello spazio è una
grandezza scalare, come la temperatura (che varia nel tempo e a seconda
del luogo) o la pressione. Un
esempio di campo scalare è il campo di pressione rappresentato
dalle isobare che uniscono tutti i punti aventi la stessa
pressione atmosferica. La maggior parte delle forze che s'incontrano nell'esperienza quotidiana sono forze di contatto: si esercita una spinta o una trazione su qualcosa, o un oggetto colpisce un altro oggetto. Per gli antichi, le forze di contatto erano le uniche forze reali. Che il Sole esercitasse una forza reale sulla Terra sembrava impossibile, perché i due corpi non erano a contatto. Questa opinione persistette fino a tempi relativamente recenti. MA Un
concetto affatto nuovo sorse quando Newton fondò la teoria della
gravitazione universale. Secondo questa teoria, la Terra, la Luna, il
Sole e i pianeti esercitano tutti forze gli uni sugli altri senza essere
a contatto, o senza essere immersi in un mezzo materiale in cui quelle
forze possano propagarsi. Per descrivere l'interazione gravitazionale
(e, in seguito, anche le forze elettriche) è stata usata l'espressione
«azione a distanza» perché era inconcepibile la propagazione della
forza gravitazionale attraverso lo spazio vuoto. Newton non tentò di spiegare perché la forza gravitazionale agisce attraverso il vuoto. Nel discutere questa notevole proprietà della gravità nei suoi Principia, Newton scrisse: « Hypotheses non fingo » (Non avanzo ipotesi '). Newton cercò solo di interpretare i dati d'osservazione nell'ambito di un contesto matematico coerente e utile. Egli riuscì in questo intento senza dovere oltrepassare il confine fra la fisica e la matematica, cioè senza chiedersi «perché?».
Il concetto di etere restò in voga fino agli albori del ventesimo secolo, quando fu finalmente tolto di mezzo da Einstein nella sua teoria della relatività. La teoria dell'etere era stata costretta a includere tante ipotesi ad hoc per spiegare tanti fatti che finì per crollare, principalmente sotto il proprio peso. Fu sostituita con il tentativo di interpretazione di tutte le forze agenti a distanza basato sulla teoria dei campi.
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