Galileo Galilei: La relatività classica

Con un esperimento mentale simile a quello con cui argomentò in favore del principio di inerzia, Galileo dimostrò anche il principio della relatività  classica secondo la quale i movimenti vanno sempre analizzati relativamente al sistema di cui fanno parte. Si serve di un esperimento mentale non tanto perchò nella realtà  sarebbe impossibile materialmente dimostrare ciò che dice ( come era per il principio di inerzia dove gli sarebbe occorso un piano infinito ), quanto piuttosto perchò nella realtà  le cose non andrebbero esattamente come lui dice. L’ esperimento mentale di cui si avvale è famoso in tutto il mondo: si tratta dell’ esperimento del ” gran navilio ” come lo definisce lui, ossia della grande barca; oltre ad essere interessantissimo sul piano scentifico – filosofico, è anche importante sul piano letterario: Galileo è infatti il fondatore di un genere letterario, chiamato ” prosa scientifica “: esprime argomenti scientifici con un periodare armonioso e leggiadro, di fronte al quale il lettore non può non entusiasmarsi, soprattutto se accosta il genere galileiano a quello degli altri scrittori del 1600, che tendevano ad adottare un fraseggio pesante e ridondante. Il passo, estratto dal ” Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano “, è il seguente: ” Riserratevi con qualche amico nella maggior stanza che sia sotto coverta di alcun gran navilio, e quivi fate d’ aver mosche, farfalle e simili animaletti volanti; siavi anco un gran vaso d’ acqua, e dentrovi de’ pescetti; sospendasi anco in alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vadia versando dell’ acqua in un altro vaso di angusta bocca, che sia posto a basso: e stando ferma la nave, osservate diligentemente come quelli animaletti volanti con pari velocità  vanno verso tutte le parti della stanza; i pesci si vedranno andar notando indifferentemente per tutti i versi; le stille cadenti entreranno tutte nel vaso sottoposto; e voi, gettando all’ amico alcuna cosa, non più gagliardamente la dovrete gettare verso quella parte che verso questa, quando le lontananze sieno eguali; e saltando voi, come si dice, a piò giunti, eguali spazii passerete verso tutte le parti. Osservate che avrete diligentemente tutte queste cose, benchò niun dubbio ci sia che mentre il vasello sta fermo non debbano succeder così, fate muover la nave con quanta si voglia velocità ; chè ( pur che il moto sia uniforme e non fluttuante in qua e in là  ) voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti, nò da alcuno di quelli potrete comprender se la nave cammina o pure sta ferma… “. Se siamo sotto coperta ( ossia se non vediamo fuori ) e facciamo degli esperimenti dei movimenti che la nave sia ferma o che si muova noi non ce ne accorgiamo ( purchò il movimento sia rettilineo uniforme ); in realtà  poi non è esattamente così e Galileo lo sapeva benissimo altrimenti al posto di un esperimento mentale avrebbe lavorato concretamente in una nave materiale. Non è che quando la nave è in moto i pesci contenuti nella boccia rimangano schiacciati contro la parete; le mosche, allo stesso modo, non rimarrano spiaccicate sul fondo e le gocce che fuoriescono dal recipiente non sobbalzeranno fuori in modo anomalo; se ci sono due persone che si lanciano un oggetto ( una palla, per esempio ), non è che quello più sul fondo faccia più fatica a lanciare la palla ! Sia che il sistema ( la nave, in questo caso ) sia fermo, sia che si muova chi è presente in esso non può accorgersi di ciò che capita al di fuori del sistema, non si può accorgere del movimento assoluto rispetto all’ esterno: i moti è come se rientrassero tutti nel sistema in riferimento. Questa dimostrazione è di fondamentale importanza: il sistema copernicano, infatti, era criticato dalla Scrittura ( e Galileo mostra come in realtà  il contrasto sia solo apparente ), dall’ autorità  di Aristotele ( e Galileo rifiutava questa autorità  ) e soprattutto dal senso comune: se la Terra girasse intorno al Sole, dicevano gli avversari di Copernico e di Galileo, noi dovremmo per forza accorgercene. Dovremmo, per esempio, sentire l’ aria in faccia come quando si va a cavallo. E’ molto più vicino al senso comune dire che la Terra sia ferma che non che si muova: a tutti, infatti, pare ferma. Galileo si difende da questa obiezione mossagli tramite l’ esempio del ” gran navilio “: la Terra, come il ” navilio “, va considerata come sistema chiuso; noi che vi abitiamo siamo chiusi dall’ atmosfera terrestre e percepiamo le cose come le si percepiscono in un sistema chiuso ( come se fossimo sotto coperta in una nave ). Così come le mosche nella cabina della nave non rimangono spiaccicate sul fondo nò tantomeno si accorgono che la nave è in movimento, così ( per esempio ) gli uccelli sulla Terra non si accorgono che essa gira e possono volare senza essere tirati indietro dal girare del nostro pianeta. Per dimostrare la teoria della relatività  classica, Galileo si avvale anche di un altro esperimento mentale e ” geometrico “, quello della pietra lanciata dalla cima di una torre: secondo il modo comune di pensare ( quello aristotelico ), se fosse vera la dottrina copernicana ( che la Terra gira e il Sole sta fermo ), se dalla torre lasciamo cadere la pietra, quest’ ultima dovrebbe cadere un pochino più indietro rispetto alla torre perchò nel momento in cui la pietra non sta più in mano a me che sono sulla torre la quale poggia sulla Terra ( che è in movimento ! ), allora essa improvvisamente non avrebbe più motivo di seguire me che sono sulla torre che è mossa dalla Terra che si muove: mentre io, la torre e la Terra giriamo la pietra dovrebbe rimanere al di fuori dalla questione perchò non a contatto con la Terra che gira e dovrebbe cadere al suolo, ma mentre cade, la torre, la Terra e io che sono sopra ci spostiamo e quindi la pietra risulterebbe cadere più indietro rispetto alla torre: in altre parole la Terra e tutto ciò che le sta sopra gira e va avanti; la pietra no perchò sospesa in aria non è a contatto con l’ intero sistema. Tutto questo perchò nella tradizione aristotelica non ci sono il principio di inerzia e quello della relatività  classica , che mi dice un’ altra cosa: la pietra che si sta muovendo con me, che mi sto muovendo con la torre, che si sta muovendo con la Terra, avrà  la stessa velocità  di rotazione dell’ intero sistema: sarà  sì attratta verso il centro della Terra, ma avrà  lo stesso movimento mio, della torre e della Terra: la pietra ci segue in ” orizzontale ” e secondo questo ragionamento dovrebbe cadere alla base della torre e non più indietro. In realtà  però la pietra non solo non cade indietro, ma cade leggermente avanti rispetto alla torre perchò in base al principio di inerzia quando lascio cadere la pietra, essa dovrebbe cadere alla base, però dobbiamo tenere in considerazione la cosiddetta velocità  angolare. La velocità  lineare di oggetti che hanno medesima velocità  angolare muta a seconda della distanza di questi oggetti dal centro. Per cui la velocità  lineare non è identica tra la base della torre e l’ altezza: l’ arco di circonferenza spazzato tra le basi è minore rispetto a quello spazzato dalle cime delle due torri ( la seconda torre rappresenta la prima che si è spostata con il girare della Terra ). La velocità  lineare mia ( che sono in cima alla torre ) e della pietra ( che è in mano mia ) è un pò maggiore rispetto a quella della base della torre perchò siamo più lontani dal centro della Terra ( il centro di rotazione ); in una situazione ideale, lasciando cadere la pietra che ha velocità  lievemente maggiore rispetto alla base della torre, allora la pietra ( che secondo il principio di inerzia dovrebbe continuare indefinitamente in questo percorso ), compie una parabola e cade un pò più avanti perchò si è mossa più velocemente rispetto alla base della torre in quanto più distante dal centro della Terra.