Questo articolo costituisce la riflessione introduttiva a "La Relatività Ristretta per tutti"

La tradizione vuole che si debba arrivare a comprendere il presente ripercorrendo la storia passata. Ma la discontinuità tra il modello Newtoniano, estremamente intuitivo e tangibile, e quello Einsteiniano, più generale e più lontano dalle esperienze quotidiane, è tanto più insormontabile, quanto più prolungata è la familiarità con il pensiero tradizionale.
Invece di trasmettere "certezze" superate da oltre un secolo, è necessario creare una mentalità orientata già da subito ad accogliere la corretta e più ampia visione della realtà, negli anni in cui le menti sono più ricettive ed elastiche, immuni da polarizzazioni e tabù. Forse avremo anche una società più attenta e smaliziata.

"Relatività dello spazio" è  il titolo del  primo capitolo del Raisonnement mathématique (1908) di Jules-Henry Poincaré.  Leggiamone l'incipit...

“È impossibile rappresentare lo spazio vuoto; tutti i nostri sforzi per immaginare uno spazio puro, escludendo le immagini mutevoli degli oggetti materiali, non possono aver altro risultato che una rappresentazione in cui le superfici intensamente colorate, ad esempio, sono sostituite da linee di colori tenui, e non potremmo percorrere fino in fondo questa strada perché tutto svanirebbe e finirebbe nel nulla.
Da ciò deriva l'irriducibile relatività dello spazio.
Mi trovo in un determinato punto di Parigi, la Place du Panthéon, per fare un esempio e affermo: tornerò qui domani.

Se qualcuno mi domandasse : “Volete dire che ritornerete proprio nello stesso punto dello spazio?”, sarei tentato di rispondergli di sì; ma avrei torto, poiché di qui a domani la Terra si sarà mossa, trascinando con sé la Place du Panthéon, che avrà così percorso più di due milioni di chilometri. E se volessi precisare le mie parole , non concluderei nulla, perché questi due milioni di chilometri, il nostro pianeta li avrà percorsi nel suo moto rispetto al Sole, e il Sole a sua volta si muove rispetto alla Via Lattea e la Via Lattea pure si muove, ad una velocità che non siamo in grado di stabilire.

 

Io sono qui... forse ( J. H. Poincaré)

Sicché ignoriamo completamente e sempre ignoreremo di quanto si sia spostata in un giorno la Place du Panthéon. Insomma, volevo solo dire questo: “domani vedrò di nuovo la cupola e il frontone del Panthéon”, ma se il Panthéon non esistesse, la mia frase non avrebbe alcun senso e lo spazio svanirebbe.
Questa non è che una delle forme più banali del principio della relatività dello spazio; ma ce n'è un'altra, sulla quale Delboeuf ha insistito in modo particolare, Supponiamo che, nel corso di una notte, tutte le dimensioni dell'universo divenissero mille volte più grandi. Il mondo sarà rimasto simile a se stesso, se si attribuisce al termine similitudine lo stesso significato che ha nel terzo libro degli Elementi; sennonché, ciò che aveva un metro di lunghezza misurerà ora un chilometro, ciò che era lungo un millimetro diventerà lungo un metro. Il letto dove dormo e il mio corpo stesso saranno diventati più grandi nella stessa proporzione. Quando mi sveglierò, il mattino seguente, quale sensazione proverò al cospetto di un trasformazione tanto stupefacente? Ebbene, non mi accorgerò proprio di niente. Nemmeno le misure più precise saranno capaci di rivelarmi qualcosa di questo colossale sconvolgimento, poiché i metri dei quali mi servirò avranno variato le loro dimensioni nella stessa proporzione degli oggetti che cercherei di misurare. In realtà questo sconvolgimento esiste solo per chi ragiona come se lo spazio fosse assoluto...”

Il seguito di questa lunga citazione sviluppa il concetto di relatività delle misure di spazio, tempo, velocità, alla luce delle trasformazioni di Lorentz e Fitzgerald e, spingendosi oltre, ipotizzando trasformazioni ancor più complesse, trae la conclusione che, qualsiasi possa essere una deformazione, se investe tutti i soggetti di un universo, non potrà mai essere percepita. Solo un osservatore che vive in un universo separato, non deformato se ne renderebbe conto e, viceversa, la sua normalità apparirebbe come deformazione agli occhi degli “altri” (su questo, tuttavia, il nostro Oreste non è totalmente d'accordo e QUI ci spiega - seriamente - il perché).
Nel secolo che è trascorso dalle parole scritte da Poincaré abbiamo accumulato uno straordinario numero di prove che confermano la fisionomia multiforme del nostro universo, la convivenza di verità relative da accogliere con uguale rispetto, l'illusorietà delle leggi fisiche in cui, complici i nostri sensi e le nostre esperienze quotidiane, abbiamo riposto la nostra fiducia per millenni.
E proprio questa formazione che fa leva sull'istinto, è la zavorra che impedisce alla mente di accettare il nuovo modello, che va oltre, e allo stesso tempo include il precedente.
Ancora oggi il nostro sistema educativo espone i giovanissimi ad un trauma inutile, anzi, dannoso, focalizzando la loro attenzione su concetti, certamente intuitivi e tangibili, ma limitanti, consolidando certezze che poi saranno macigni sulla via dell'apprendimento della fisica moderna.

Agli antipodi, in tutti i sensi, nella lontana Australia si sta pensando di insegnare la relatività non alle menti ormai formate (direi fuorviate) dei diciottenni, ma bensì nei primi anni di scuola.

In questo articolo di Marco Passariello  ( https://nova.ilsole24ore.com/progetti/la-scuola-comincia-da-einstein/ ) che riportiamo integralmente, viene presentato un progetto di rinnovamento radicale dell'approccio formativo,

Einstein si studia alle elementari.

Sebbene la Teoria della Relatività di Einstein abbia raggiunto ormai il secolo di vita, sia considerata una parte fondamentale della fisica e sia alla base di molti oggetti di uso comune, come i navigatori Gps, la maggior parte delle persone non solo ne ignora completamente i principi, ma ritiene che comprenderla sia un’impresa alla portata di poche menti eccelse, del tutto impossibile per l’uomo comune. Anche chi si intende di scienza non di rado considera la Relatività, per non parlare di altre branche della fisica moderna come la meccanica quantistica, come qualcosa di assolutamente controintuitivo, una descrizione del mondo che, a differenza della Fisica classica, contrasta con la nostra esperienza.
Ma è davvero così? O non sarà piuttosto che la nostra percezione è viziata dal fatto che fin da bambini ci è stata insegnata una versione della Fisica ormai vecchia di secoli, e solo all’Università, quando la nostra mente è tata totalmente plasmata da modi di pensare antichi, ci è stato svelato come stanno davvero le cose?
La pensa così il professor David Blair, direttore del Centro internazionale australiano di ricerche sulla gravità, il quale ritiene opportuno spiegare fin da subito ai ragazzini la visione del mondo di Einstein, e ha concretizzato questa idea in un programma scolastico battezzato Einstein-First, “Prima Einstein”. Secondo il professore, studi pilota hanno dimostrato che per un undicenne le idee di Einstein risultano comprensibili senza sforzo, e sembrano complicate e difficili solo per gli adulti che hanno assimilato concetti antiquati di spazio, tempo, gravità e materia.
“Chiunque, non importa se frequenta una remota scuola in una comunità indigena o un istituto privato d’élite, merita di apprendere il funzionamento dell’Universo come meglio lo comprendiamo oggi, non secondo la scienza obsoleta vecchia di 300 anni che riempie tuttora i programmi di fisica”, ha dichiarato Blair. “Tutti hanno il diritto di imparare i concetti su cui si appoggia la moderna tecnologia. Einstein è dentro ai nostri telefoni, perché tutti noi usiamo fisica einsteiniana ogni giorno. Abbiamo il diritto di sentircela spiegare a scuola”.
La visione di Blair è risultata abbastanza convincente da spingere il governo australiano a stanziare 400.000 dollari per la sperimentazione del suo programma, che verrà portata avanti da tre università dell’Australia Occidentale. Un altro milione di dollari è stato raccolto da altri finanziatori, mentre l’Accademia Aeronautica degli Stati Uniti ha versato 460.000 dollari per la costruzione di un telescopio da mettere a disposizione degli studenti. I fondi serviranno a sviluppare e diffondere attività di classe che permettano ai bambini di familiarizzare concretamente con i concetti della fisica einsteiniana, nonché per l’aggiornamento degli insegnanti. Una delle principali difficoltà che incontra la diffusione della fisica moderna è infatti che spesso gli insegnanti sono i primi a non conoscerla e a non capirla. Quando i ragazzini che usufruiranno del programma saranno cresciuti, si vedrà se, un secolo dopo Einstein, sarà nata una generazione in grado di fare davvero proprie le sue idee.

Il terreno di partenza non è molto diverso da quello della nostra Scuola. Anche da noi si potrebbe sperimentare la stessa impostazione e, senza troppe lungaggini, realizzare una riforma che farebbe balzare in avanti le potenzialità dei nostri ragazzi, facendoli partire con il piede giusto, calando nelle loro ricettive menti, fin dall'inizio, quei concetti che altrimenti risulterebbero di difficile digestione, come tutti sappiamo e vediamo.
Conosciamo bene l'inerzia delle istituzioni su molti fronti, tra cui certamente la Scuola. Un malinteso senso di identificazione della Cultura con la preservazione del passato , della tradizione, dei percorsi formativi ormai fuori del tempo, si oppone come una gigantesca muraglia a questo genere di “rivoluzione”.
Ma c'è anche un inquietante riflessione che vorrei aggiungere, ed è tutta in questo interrogativo: una società meno newtoniana (assolutista) e più einsteiniana (relativista) non potrebbe essere più difficile da gestire? L'abitudine a considerare più punti di vista contemporaneamente non potrebbe renderci più immuni dalla suggestione delle comunicazioni ufficiali (oggi incontestabilmente veritiere per definizione) e molto più critici nei confronti dei messaggi persuasivi di chi amministra il potere?

Amare il passato non deve essere un ostacolo a vedere e capire il presente.

Ebbene, per quanto vedo attorno, dopo secoli di soggezione al potere oscurantista della religione, la scienza conosce in questi anni una nuova e più subdola schiavitù,  al servizio di poteri economici che la strumentalizzano per legittimare le grandi decisioni politiche che coinvolgono la vita di miliardi di individui, opportunamente tenuti lontani dalla autonomia di giudizio che nasce dalla Conoscenza.
E' una scienza che viene filtrata e resa "magica", deliberatamente confinata in un ambiente ristretto, sacerdotale, ripercorrendo a ritroso il cammino di secoli, verso un moderno medioevo, verso una società dealfabetizzata di puri fruitori di risultati prodotti "misteriosamente".
L'alibi della difficoltà, della stranietà delle teorie, viene invocato e servito gratuitamente a potenziamento della tendenziale inerzia intellettuale di moltissimi. "A che serve conoscere e capire? Basta possedere, usare, consumare, per vivere felici."

Ma come rendere accessibile una teoria come la Relatività, sia pure quella ristretta a sistemi inerziali, che si presume ostica anche per persone preparate?
Proprio in questi giorni è in corso un laboratorio aperto all' interno dell' Infinito Teatro del Cosmo, per proporre e sperimentare un approccio didattico particolare, pensato per avvicinare chiunque, anche e soprattutto i giovanissimi, alla comprensione di questa visione del mondo,  iniziando subito il cammino  nello scenario del nostro presente.

 

                                                              Per capire il presente occorre viverlo da vicino, da subito...

 

Lo sforzo maggiore per chi già conosce, consiste nel partire su nuovi binari e osservare il paesaggio con occhi nuovi.
Non perdete questa stimolante opportunità di partecipare ad una avventura della mente, ad un progetto che potrebbe essere il seme di una nuova pianta, su questo pianeta che si va desertificando.

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Il commento di Vincenzo Zappalà

Parole sante, quelle di Mau, che vorrei arricchire con un esempio:

si dovrebbe iniziare col dire che la Terra è sferica e poi, per raccontare la nostra vita e la nostra fisica giornaliera, si dovrebbe fare un bello zoom, cominciando a considerare segmenti rettilinei, triangoli con la somma degli angoli di 180° e via dicendo; casi particolari di una realtà ben più ampia e generale. Lo stesso succede per un cerchio, dove zoomando trascuriamo la curvatura e trasportiamo facilmente archi di cerchio in segmenti e poi magari insegniamo i limiti e le derivate.

Viviamo in un mondo non euclideo e, invece, cominciamo a spiegare quello euclideo. Non sarebbe molto meglio partire dalla geometria non euclidea e poi arrivare all'approssimazione euclidea? Si sarebbe già fatto il primo passo verso lo spaziotempo einsteniano e sarebbe bellissimo ricostruire come Newton sia riuscito a sfruttare al massimo un'approssimazione che va bene per la Terra e il Sistema Solare, ma non certo per i grandi attori dell'Universo. Idem con la relatività ristretta. Impariamo facilmente la relatività dello scorrere del tempo (basta un trenino o poco di più o anche di meno), capiamo così il tempo improprio e poi sarà facilissimo considerare solo il tempo proprio... Si partirebbe già avvantaggiati. Una piccola fatica (magari nemmeno) e poi un percorso solo in discesa... Pensiamo al cono di luce... un concetto banale e intuitivo che permetterebbe subito di VEDERE chiaramente il legame spaziotemporale.

Forza professori, se non lo avete ancora fatto, imparate le basi della relatività e poi iniziate a regalarle lentamente e con brio ai vostri alunni. Spiegategli come funziona un GPS (banale) e raccontategli la favola di Muo. Forse si costruirebbe una generazione nuovamente ricca di fantasia e di voglia di pensare con la propria testa... E i miti costruiti per fregarli crollerebbero come castelli di carta...

Giuro che la prossima conferenza pubblica la dedicherò alla relatività ristretta (almeno fino alla dilatazione del tempo) e se mi cacceranno a pedate, potrò sempre dire di averci provato!!!!

Il commento di Vincenzo continua QUI

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QUI il laboratorio sulla Relatività Ristretta dedicato ai più giovani (sia d’età che di spirito!)

QUI il laboratorio avanzato sulla Relatività Ristretta (ma sempre accessibile a chiunque dotato di un pizzico di buona volontà)

QUI il laboratorio sulla Relatività Generale dedicato a tutti (ma proprio a tutti!) coloro che hanno voglia di comprendere come funziona davvero il macrocosmo, che le formule di quei giganti che sono stati Newton e Galileo riescono solo descrivere in modo molto approssimativo.

QUI  una lettura per chi desidera addentrarsi ulteriormente nell'argomento.

E, se siete proprio “incontentabili” e desiderate lanciarvi nel meraviglioso e controintuitivo mondo dell’infinitamente piccolo, potete farlo QUI.