1/2 Universale Bollati Boringhieri Albert Einstein e Leopold Infeld L’evoluzione della fisica Sviluppo delle idee dai concetti iniziali alla relatività e ai quanti Prefazione di Carlo Castagnoli Bollati Boringhieri Prima edizione nella collana «Universale Bollati Boringhieri» 1965 Ristampa luglio 2007 © 1965, 2007 Bollati Boringhieri editore s.r.l., Torino, corso Vittorio Emanuele II, 86 I diritti di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento totale o parziale con qualsiasi mezzo (compresi i microfilm e le copie fotostatiche) sono riservati Stampato in Italia dalla Litografia «Il Mettifoglio» di Venaria Reale (To) isbn 978-88-339-8042­ 3 Titolo originale The Evolution 0f Physics The Growth 0f Ideas from Early Concepts to Relativity and Quanta Simon & Schuster, New York 1938 Traduzione di Adele Graziadei Progetto grafico della collana di Enzo Mari www.bollatiboringhieri.it Quest'opera è protetta dalla Legge sul diritto d'autore. È vietata ogni duplicazione, anche parziale, non autorizzata. Indice 7 Prefazione di Carlo Castagnoli 13 Prefazione degli autori 15 Parte prima L’ascesa dell’interpretazione meccanicistica Il romanzo giallo perfetto, 17 Il primo indizio, 19 Vettori, 25 L’e­ nigma del moto, 31 Un indizio negletto, 43 Il calore è una sostan­ za?, 47 Le montagne russe, 53 Il tasso di scambio dell’energia, 57 Lo sfondo filosofico, 61 La teoria cinetica della materia, 65 Riassu­ miamo, 71 73 Parte seconda Decadenza dell’interpretazione meccanicistica I due fluidi elettrici, 75 I fluidi magnetici, 84 La prima grave diffi­ coltà, 88 La velocità della luce, 94 La luce come sostanza, 97 L’enig­ ma del colore, 101 Che cos’è un’onda?, 104 La teoria ondulatoria della luce, 109 Le onde luminose sono longitudinali o trasversali?, 117 L’etere e l’interpretazione meccanicistica, 120 Riassumiamo, 122 123 Parte terza Campo, relatività Campo come rappresentazione, 125 I due pilastri della teoria del campo, 136 Realtà del campo, 141 Campo ed etere, 147 Il siste­ ma di riferimento, 150 Etere e moto, 159 Tempo, distanza, relati­ vità, 170 Relatività e meccanica, 183 Il continuo spazio-tempora­ le, 189 La relatività generale, 198 Fuori e dentro l’ascensore, 203 Geometria ed esperienza, 211 La relatività generale e la sua verifi ­ ca, 221 Campo e materia, 226 Riassumiamo, 229 6 indice 231 Parte quarta Quanti Continuità, discontinuità, 233 Quanti elementari di materia ed elet­ tricità, 235 Quanti di luce, 241 Spettri luminosi, 247 Le onde della materia, 252 Onde di probabilità, 259 Fisica e realtà, 270 Riassumiamo, 273 275 Indice dei nomi 277 Indice delle cose Prefazione Carlo Castagnoli L’evoluzione della fisica è stato pubblicato nel 1938, ma conserverà la sua freschezza e la sua attualità per molti anni ancora: cosa che non accade di norma per i testi di informazione scientifica. Il fatto è che Einstein e Infeld non hanno voluto aumentare il bagaglio di cognizio­ ni del lettore o provvedere a un aggiornamento delle sue nozioni, ma si son posti un obiettivo molto più impegnativo: quello di dare delle idee e illustrare il processo storico della loro formazione. Proprio per­ ché l’obiettivo ultimo della fisica è di riportare a poche idee fonda­ mentali l’estrema varietà dei risultati che si conseguono nella spe ­ rimentazione sui processi fisici naturali, l’evoluzione di tali idee fon damentali è lenta e faticosa. Si richiede un lungo periodo di tem­ po per l’accumulazione di dati sperimentali, per la loro critica, per l’e­ laborazione delle prove cruciali, e infine per la maturazione dei pre­ supposti critici e teorici che portano ai nuovi livelli di conoscenza. Negli anni intercorsi dall’uscita del libro questo processo prepa­ ratorio ha avuto un formidabile sviluppo quantitativo, ma non si è arrivati a svolte qualitative. Einstein diceva che nessuno scienziato pensa con formule: quin­ di le idee fondamentali della fisica si possono esprimere con paro­ le. Questo libro è una magnifica e ormai celebre dimostrazione di ciò. Esso mostra com’è possibile creare un linguaggio che permetta la comunicazione tra gli scienziati (e i tecnici) e gli «uomini di cul­ tura» nel senso tradizionale. La decodificazione dei risultati scientifici (per lo meno quando essi raggiungano il livello dei concetti fondamentali) è un’operazio­ ne tanto difficile, quanto è doverosa. Quando il simbolo usato dal 8 carlo castagnoli fisico deve essere ritradotto in un’analisi e definizione in termini dei simboli abituali, cioè in termini di parole, solo una profonda padronanza di esso permette di non errare. È per questo che fra i più grandi espositori si annoverano scienziati eccelsi: basti ricorda­ re Galileo, Darwin, e lo stesso Einstein. Einstein e Infeld hanno scritto un testo popolare non solo sotto questo profilo tecnico del linguaggio, che pure rappresenta uno dei problemi di fondo della cultura moderna. Questo è un libro popolare anche proprio perché gli autori non presuppongono nel lettore «particolari conoscenze ma piuttosto un alto livello intellettuale». Infatti esso richiede una passione per le idee fondamentali della fisica e della filosofia, la capacità di vivere dall’interno il senso di dramma che si accompagna alle storiche svol­ te della fisica. Le idee si scontrano, si modificano, si selezionano fino a che tutti i fatti, anche il più piccolo, restano inquadrati. Già dalle prime pagine ci si rende conto di ciò. Quanti di noi hanno stentato a capire come mai solo nel Seicento si è arrivati a stabilire le equazioni fondamentali del moto! Quale è la ragione profonda per cui l’uomo – che pure da tre millenni sapeva predire le eclissi, che da due millenni sapeva misurare il raggio della Ter­ ra, che aveva costruito una perfetta geometria – si era arrestato di fronte al problema del moto? È chiaro che se non si riesce a far sentire ciò il divorzio tra la fisi­ ca e l’uomo di cultura umanistica inizia fin dal primo incontro, fin dai banchi del liceo, quando si sentono enunciare (magari nel lati­ no di Newton) le leggi della meccanica. Ma a chi legga i primi capitoli de L’evoluzione della fisica, que­ sto rischio di divorzio risulterà molto ridotto dall’andamento dram­ matico che gli autori hanno saputo mettere in luce nel processo di formazione delle idee. Da questo dramma delle idee (che poi è spesso il dramma di una concezione del mondo) esce anche un’esemplare lezione di mode­ stia. Quanto sembra acquisito e certo – un semplice, minuscolo, ma irriducibile fatto basta ad annullarlo. Gigantesche costruzioni del pensiero, piene di genialità o di perseveranza, cadono di fronte a un’osservazione fatta con un rozzo cannocchiale o a un’elaborata tecnica come quella di Michelson e Morley. Per cui vengono spon­ tanee alla mente le dure parole del galileiano Salviati nei confronti