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(2) Dalla Filosofia Naturale alla Fisica, scienza sperimentale

martedì 10 settembre 2013

La nascita della fisica nel senso moderno del termine è fatta risalire a Galileo Galilei che ha in un certo senso codificato il metodo sperimentale.

Cosa cambia con Galilei?

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Emblematica è la contestazione della teoria di Aristotele sulla gravità.

Infatti Aristotele osserva dapprima che gli oggetti pesanti cadono più velocemente di quelli leggeri. Ma va oltre questa osservazione qualitativa formulando una "legge" quantitativa:
"i corpi cadono con una velocità proporzionale [1] al loro peso"

Galilei si rende conto che il peso e il tempo possono essere misurati, e che si può mettere a confronto la previsione teorica con la realtà, compiendo un esperimento, cioè una osservazione in condizioni controllate:
- scegliere due palle dello stesso volume una col peso doppio dell’altra
- far cadere le palle nello stesso istante da una certa altezza
- osservare se, quando la palla più pesante raggiunge il suolo, l’altra si trovi a metà percorso come previsto dalla teoria di Aristotele. Alla prova dei fatti si osserva che seppure la palla più pesante arriva prima, quella più leggera è poco distante dal suolo, e dunque la "legge" aristotelica, va scartata in quanto non in accordo col fenomeno.

"Nei Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze" Galilei sostiene invece che: “(...) se si levasse totalmente la resistenza del mezzo, tutte le materie discenderebbero con eguali velocità”, e che la piccola differenza nel tempo di caduta è imputabile al fatto che la palla più pesante vince meglio dell’altra la resistenza dell’aria.

Ecco dunque i punti fondamentali del nuovo metodo sperimentale:
- osservazione del fenomeno e individuazione in esso di quantità misurabili
- formulazione di ipotesi quantitative sulle relazioni tra dette quantità
- verifica sperimentale tramite esperimento dell’accordo o disaccordo del fenomeno con le ipotesi

Le leggi quantitative in accordo con gli esperimenti possono essere considerate rappresentazioni accettabili di quel fenomeno. Ma esse non sono "vere" non sono la "realtà", ma solo una rappresentazione sufficientemente precisa e utile della realtà, fintanto che non si incontrino osservazioni in disaccordo con essa [2]

Se invece una legge non risulta, o non risulta più, in accordo con gli esperimenti, essa è scartata come strumento di descrizione del fenomeno.

Si dice dunque che una legge fisica deve essere formulata in modo falsificabile, ovvero in modo tale che eventuali esperimenti possano essere in contarsto con essa e dunque falsificarla. E una legge è generalmente falsificabile se descrive in forma quantitativa relazioni tra grandezze misurabili

Per fare un esempio di affermazione non falsificabile possiamo considerare:
"Dio esiste"

- Per un credente qualsiasi osservazione conferma l’esistenza della divinità.
- Per un non credente qualsiasi osservazione nega l’esistenza della divinità.

Nessuna osservazione può falsificare la credenza in modo definitivo per tutti i credenti e per tutti i non credenti

Tale questione infatti non è più appannagggio della scienza.

P.S.

Galilei confuta la teoria dei gravi di Aristotele anche col seguente ragionamento: “Se abbiamo due pesi, uno da 10 e uno da 5 chilogrammi, secondo Aristotele quello da 10 kg cadrà il doppio più veloce dell’altro. Ma sempre secondo Aristotele, se uniamo i due corpi, quello da 10 kg, dato che di natura va più veloce, tenderà a velocizzare quello da 5 kg; quest’ultimo, invece, farà rallentare quello da 10 kg, e si raggiungerà quindi una velocità intermedia. D’altra parte si può anche pensare che, se uniamo i due corpi, il peso totale sarà 15 kg e quindi di natura l’unione di questi corpi andrà ad una velocità superiore alla velocità del peso di 10 kg e non ad una velocità intermedia”. Galilei mostra dunque una contraddizione nel ragionammento aristotelico

Note

[1] proporzionale vuol dire che al raddoppiare dell’uno raddoppia l’altra, al triplicare dell’uno triplica l’altra: in termini matematici v=k p

[2] vedi il caso della velocità dei neutrini e la relatività einstaniana

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