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Titolo: Einstein (5) [il concetto di campo 1/4-superamento fisica classica ]

I. Il campo
Nella meccanica newtoniana, lo spazio e il tempo hanno una duplice 
funzione. In primo luogo, servono da veicolo o cornice dell'accadere 
fisico, in riferimento al quale veicolo .gli eventi vengono descritti 
mediante le coordinate spaziali e il tempo. Di principio, la materia 
viene pensata come consistente di "punti materiali", i cui movimenti 
costituiscono l'accadere fisico. Quando la materia viene pensata come 
continua, ciò viene fatto, per così dire, come qualcosa di provvisorio 
in quei casi in cui non si vuole o non si può descrivere la struttura 
discreta. In tal caso piccole parti della materia (elementi di volume) 
sono trattate come se fossero punti materiali, per lo meno fin quando ci 
si occupa semplicemente di moti e non di avvenimenti che, al momento, 
non sarebbe possibile o non sarebbe utile ricondurre ai moti (per 
esempio variazioni di temperatura, processi chimici). La seconda 
funzione dello spazio e del tempo era quella di essere un "sistema 
inerziale". Fra tutti i sistemi di riferimento concepibili, i sistemi 
inerziali erano considerati privilegiati in quanto, rispetto a essi, la 
legge d'inerzia conclamava la propria validità.
In tutto ciò, la cosa essenziale è che la "realtà fisica", pensata come 
indipendente dai soggetti che la sperimentano, era concepita come se 
consistesse, per lo meno di principio, di spazio e tempo da un lato, e 
dall'altro di punti materiali, in permanenza esistenti, in moto rispetto 
allo spazio e al tempo. L'idea dell'esistenza autonoma di spazio e di 
tempo può venire drasticamente espressa in questo modo: se la materia 
dovesse scomparire, rimarrebbero ancora spazio e tempo soli (come una 
specie di palcoscenico per gli eventi fisici).
Il superamento di questo punto di vista si ebbe con uno sviluppo che, al 
primo momento, non sembrava aver nulla a che fare con il problema dello 
spazio-tempo, e precisamente con la comparsa del *concetto di campo* e 
della sua definitiva pretesa di sostituire, di principio, il concetto di 
particella (punto materiale). Nel quadro della fisica classica, il 
concetto di campo compariva come concetto ausiliario, nei casi in cui la 
materia veniva trattata come un continuo. Per esempio, nello studio 
della conduzione del calore in un corpo solido, lo stato del corpo viene 
descritto fornendo la temperatura per ogni punto del corpo in ogni 
istante determinato. Da un punto di vista matematico, ciò significa che 
la temperatura T è rappresentata come un'espressione matematica 
(funzione) delle coordinate spaziali e del tempo t (campo della 
temperatura). La legge della conduzione del calore viene rappresentata 
come una relazione locale (equazione differenziale) che abbraccia tutti 
i casi speciali della conduzione del calore. La temperatura è qui un 
semplice esempio del concetto di campo. Questo è una grandezza (o un 
complesso di grandezze), che risulta funzione delle coordinate e del 
tempo. Un altro esempio è costituito dalla descrizione del movimento di 
un fluido. In ogni punto esiste in qualsiasi istante una velocità, che è 
descritta quantitativamente dalle sue tre "componenti" rispetto agli 
assi di un sistema di coordinate (vettore). Le componenti della velocità 
in un punto (componenti del campo) sono anche qui funzioni delle 
coordinate (x, y, z) e del tempo (t).
È caratteristico dei campi menzionati il fatto che essi si producano 
soltanto all'interno di una massa ponderabile; essi intendono solo 
descrivere uno stato di questa materia. Stando alla formulazione 
iniziale del concetto di campo, dove non era presente alcuna materia non 
poteva neppure esistere un campo. Ma nel primo quarto del diciannovesimo 
secolo divenne palese che i fenomeni dell'interferenza e del moto della 
luce potevano venir spiegati con sorprendente chiarezza considerando la 
luce come un campo di onde completamente analogo al campo meccanico 
delle vibrazioni in un corpo solido elastico. Si sentì così la necessità 
d'introdurre un campo, che potesse anche esistere nello "spazio vuoto" 
in assenza di materia ponderabile.
Questa circostanza creò una situazione paradossale perché, stando alle 
sue origini, il concetto di campo sembrava avere soltanto lo scopo di 
descrivere stati all'interno di un corpo ponderabile. Ciò pareva tanto 
più certo, in quanto si aveva la convinzione che ogni campo dovesse 
venire considerato come stato suscettibile di interpretazione meccanica, 
e questo presupponeva la presenza di materia. Ci si sentiva pertanto 
costretti ad ammettere ovunque, anche nello spazio fino allora 
considerato come vuoto, l'esistenza di una specie di materia, che venne 
chiamata "etere".
L'emancipazione del concetto di campo dall'ipotesi della sua 
associazione a un veicolo materiale, costituisce una delle svolte 
psicologicamente più interessanti nello sviluppo del pensiero fisico. 
Durante la seconda metà del diciannovesimo secolo, in connessione con le 
ricerche di Faraday e di Maxwell, divenne sempre più evidente che la 
descrizione dei processi elettromagnetici in termini di campo era di 
gran lunga superiore a una trattazione sulla base dei concetti meccanici 
di punti materiali. Con l'introduzione del concetto di campo 
nell'elettrodinamica, Maxwell riuscì a prevedere l'esistenza delle onde 
elettromagnetiche, la cui sostanziale identità con le onde luminose non 
poteva venir messa in dubbio, già a causa dell'uguaglianza della loro 
velocità di propagazione. Come risultato, l'ottica venne, di principio, 
assorbita nell'elettrodinamica. Uno degli effetti psicologici di questo 
immenso successo fu che il concetto di campo ottenne gradatamente una 
maggiore autonomia in opposizione al quadro meccanicistico della fisica 
classica.
 
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 classica.
 
Se il vuoto è realmente vuoto - neppure l'etere - come dicevo ciò che 
entra di non mateeiale (radiazione) non può che fermarsi, non 
propagarsi, a meno di non reitrodurre la "materialità" per potersi 
aggrappare al principio d'inerzia. E il dualismo onda-particella ha 
cercato di ovviare a questo paradosso.
Idee tirate per i capelli, ma ormai consacrate dalla comunità 
scientifica, magari al grido "basta che funzioni".
 
Omega

 In tutto ciò, la cosa essenziale è che la "realtà fisica", pensata come 
indipendente dai soggetti che la sperimentano, era concepita come se 
consistesse, per lo meno di principio, di spazio e tempo da un lato, e 
dall'altro di punti materiali, in permanenza esistenti, in moto rispetto 
allo spazio e al tempo. L'idea dell'esistenza autonoma di spazio e di 
tempo può venire drasticamente espressa in questo modo: se la materia 
dovesse scomparire, rimarrebbero ancora spazio e tempo soli (come una 
specie di palcoscenico per gli eventi fisici). 
 
Ed è esattamente quel che penso io, nella prima metà del primo secolo del terzo millennio, tenendo conto di *tutto* il nuovo che è emerso dopo Newton.
 
Riassumo in 3  punti la mia specificazione di quanto Einstein riferisce qui sopra.
 
1) - Lo spazio non è il vuoto, lo spazio non è un contenitore. lo spazio è una "sostanza" *continua* estesa all'infinito in tre dimensioni, dotata intrinsecamente di densità.
 
2) - La "materia" (così come la radiazione) è fatta di costituenti ultimi consistenti in "buchi neri puntiformi" in questa sostanza, punti  a dimensione zero che sono ciascuno il centro di una "perturbazione rigida" della detta sostanza, la cui densità, a partire dal punto, varia, sia con la distanza che con la direzione angolare, secondo certe leggi che è compito del ricercatore formulare: io ho solo iniziato a farlo.
 "Perturbazione rigida" significa che quando un punto è in moto si trascina dietro solidalmente la forma della sostanza.
La densità va trattata come un potenziale, la cui derivata è la forza.
I potenziali dei punti si sommano luogo per luogo ed istante per istante.
 
3) - Se la materia dovesse scomparire, rimarrebbe la sostanza spazio piatto, con densità uniforme in ogni punto, fino ad infinito: un Universo senza oggetti e senza eventi, al quale non servirebbe quindi il tempo. 
Un pannello di legno liscio a cui un intagliatore demiurgo  si appresta al lavoro.
 
Aggiungo che con la definizione puntuale dell'andamento di quella densità intorno al punto si unificano tutte le cosiddette forze: gravitazione, elettrica, magnetica, elettromagnetica, forte e debole.
 
Ciao
 
Luciano Buggio
www.lucianobuggio.altervista.org