lunedì 8 dicembre 2008

Le Tre Moderne Teorie Scientifiche Che Hanno Rivoluzionato La Visione Del Mondo

Cari ragazzi (in particolare, quelli di 3° B),


pubblico integralmente, per gentile concessione dell'amico Giuseppe Nicosia a cui va il mio sentito ringraziamento, un articolo che rappresenta un'ottima sintesi sulle più importanti teorie scientifiche che hanno modificato profondamente la nostra visione del mondo:


1) La Teoria del Big Bang;


2) La Teoria della relatività;


3) La Teoria dell'Evoluzione delle specie.


Noi tratteremo approfonditamente la prima e la terza teoria nel corso del secondo quadrimestre, ma accenneremo anche alla seconda. Per quanto riguarda la Teoria del Big Bang, su Scientifcando è già presente un bellissimo articolo del nostro caro amico Federico Bo, scritto appositamente per il nostro blog, nell'aprile scorso. Molti di voi non l'hanno sicuramente letto per cui vi invito a farlo perché ne vale veramente la pena.


Ma veniamo all'articolo in questione.


***


teorie_scientifiche_1La Scienza ha cambiato la storia del genere umano, soprattutto negli ultimi quattro secoli, da quando essa è diventata sperimentale. Sperimentale significa che ogni ipotesi formulata tramite un'intuizione dell'intelletto o tratta da un'evidenza osservativa, viene verificata sperimentalmente allo scopo di confermare o confutare l'ipotesi.


In questo modo la scienza ha cominciato ad andare veloce, molto veloce, nello scoprire i misteri del mondo che ci circonda.


Alcune delle teorie che sono state formulate nel corso di questi ultimi secoli, hanno profondamente cambiato la nostra visione del mondo.


Ecco quali:


1) Teoria del Big Bang


La teoria del Big Bang è una delle più famose teorie scientifiche che siano mai state formulate. Il nome, dal significato evidente, ha provocato un fraintendimento piuttosto radicato.


Questa teoria fu formulata negli anni '30 del secolo scorso e fu suggerita da alcune osservazioni astronomiche. Edwin Hubble scoprì infatti che le galassie presentavano uno spiccato "spostamento verso il rosso" nei loro spettri luminosi.


Spostamento verso il rosso significa che la galassie si allontanano.


Tale spostamento era più grande all'aumentare della loro distanza da noi. Questo significa che la distanza tra le galassie aumenta al passare del tempo e ciò automaticamente suggerisce che, in un'epoca remota, risalente a circa 15 miliardi di anni fa, tutta la materia dell'Universo fosse concentrata in un solo punto. Il Big Bang corrisponderebbe all'istante iniziale da cui scaturì l'Universo, l'esplosione iniziale.


Il nome Big Bang, come dicevo all'inizio, ha originato un fraintendimento. Di solito si crede che il Big Bang sia stata un'esplosione che è avvenuta in un certo istante e in un certo punto di uno spazio vuoto. In realtà è stato un evento che ha letteralmente generato lo spazio e il tempo.


Il Big Bang quindi non è stato un'esplosione nello spazio, ma un'esplosione dello spazio. Prima del Big Bang non esisteva né spazio né tempo, quindi non sarebbe possibile nemmeno definire un "prima", visto che il tempo ha avuto inizio proprio con il Big Bang.


teorie_scientifiche_2 
Il Big Bang immaginato da un artista.



2) Teoria della relatività


Anche questa è una delle teorie scientifiche più conosciute al mondo. Si tratta di una teoria davvero molto particolare, anche perché porta la firma di un uomo altrettanto famoso: Albert Einstein.


AlbertEinstein1905 Una foto di Albert Einstein, nel 1905  


Questa teoria così rivoluzionaria si basa su due semplicissimi postulati:


1) Le leggi della fisica sono le stesse per tutti gli osservatori in moto inerziale.
2) La velocità della luce nel vuoto è costante in ogni sistema di riferimento
.


Per moto inerziale si intende un movimento a velocità costante.


Da questi semplici postulati si generano delle conseguenze davvero soprendenti. Se ci muoviamo a velocità basse, come quelle che osserviamo nella nostra quotidianità, lo spazio e il tempo ci appaiono come delle quantità "rigide" e immutabili, quasi assolute. Siamo portati a pensare che un orologio che si trova su un aereo segni il tempo esattamente come lo segna un orologio che si trova fermo a terra. Oppure ci sembra ovvio che un metro su una automobile in corsa sia uguale ad un metro che si trova fermo in casa.


In realtà queste convinzioni non sono esatte.


Quando le velocità cominciano ad avvicinarsi a quella della luce, gli orologi in movimento tra di loro non segnano affatto il tempo allo stesso modo. Anche i metri in movimento tra loro non hanno più la stessa lunghezza.


Si tratta della dilatazione del tempo e della contrazione delle lunghezze.


Dilatazione_Tempo


 La formula matematica della "dilatazione del tempo",  c è la velocità della luce.



La dilatazione del tempo consiste nel fatto che il tempo scorre più lentamente per un orologio che si muove ad alta velocità rispetto ad un altro.


La contrazione delle lunghezze invece consiste nel fatto che la lunghezza di un oggetto è minore se si muove ad alta velocità rispetto ad un altro.


Forse uno degli effetti più noti e sconcertanti della dilatazione del tempo è il cosiddetto "paradosso dei gemelli".


Supponiamo che uno di due gemelli, dell'età di trenta anni, parta con un'astronave e che faccia un viaggio tra le stelle a una velocità prossima a quella della luce. L'altro gemello invece resta sulla Terra ad aspettarlo. E lo aspetta per 50 anni. Quando il gemello torna lui avrà quindi 80 anni ma, sorpresa, dall'astronave non vedrà scendere un vecchietto, ma un energico quarantenne! Sulla Terra sono passati 50 anni, sull'astronave solo 10.


Dalla formula presentata prima si può ricavare con facili calcoli che questo avviene quando la velocità dell'astronave è circa il 98% della velocità della luce.


Se ci avvicinamo ancora di più alla velocità della luce, l'effetto diventa ancora più marcato. Se arriviamo al 99,99% della velocità della luce, ad esempio, 100 anni sulla Terra li vedremmo passare in un solo anno sull'astronave. In questo caso chi sta sull'astronave al ritorno troverebbe tutti gli amici e parenti trapassati da un bel po'.


Ovviamente raggiungere simili velocità non sarà facile nemmeno in un futuro remoto, perché si frappongono non solo ostacoli tecnologici, ma anche limiti fisici che non mi dilungherò a descrivere.


E' sottinteso che la velocità della luce, non solo non si può superare, ma nemmeno raggiungere.


3) Teoria dell'evoluzione delle specie


Un'altra teoria tanto nota quanto misconosciuta: la teoria dell'evoluzione delle specie viventi. Trae il suo nome dal trattato "L'origine delle specie" di Charles Darwin, pubblicato il 24 novembre del 1859.


  Darwin_4
Un ritratto di Charles Darwin della fine degli anni '30 del 1800.


La credenza, in gran parte di origine religiosa, che le specie viventi, compreso l'uomo, fossero state create contemporaneamente, fu superata da questa teoria. Essa rappresenta un tentativo di spiegare l'esistenza di una grande varietà di forme viventi con una teoria che avesse una valenza scientifica.


La prima formulazione di Darwin e le successive modifiche costituiscono un argomento molto vasto, ma a noi interessa solo vedere i punti chiave.


Cosa significa evoluzione delle specie?


Significa che nel corso del tempo le specie viventi hanno subito delle variazioni. Lo dimostrano i ritrovamenti fossili, che ci hanno mostrato che in epoche remote esistevano animali, piante e insetti che oggi non esistono più. Uno degli esempi più eclatanti è quello dei dinosauri. La maggior parte degli esseri viventi attualmente esistenti invece non erano presenti in epoche remote.


Se si va indietro nel tempo si scopre che all'inizio la vita sulla Terra era unicellulare, poi si sono sviluppati i primi esseri formati da molte cellule. In queste epoche la vita dipendeva dal mare e non c'era nulla nelle terre emerse. La conquista della terra era appena cominciata. Le prime creature che poterono mettere piede sulla terraferma furono gli anfibi, poi i rettili, i dinosauri, le piante, gli insetti e infine un elenco interminabile di altre forme viventi.


Si potrebbe dire che le specie viventi nel corso di 3 miliardi di anni si siano modificate partendo da forme semplici e unicellulari alle forme complesse e super specializzate come quelle attuali.


Nel frattempo molte specie sono comparse, hanno trascorso la loro più o meno lunga esistenza e sono scomparse, estinte, sostituite da altre che hanno perpetrato la vita su questo pianeta.


La domanda è questa: le specie si evolvono l'una dall'altra oppure nascono e scompaiono senza alcuna correlazione reciproca?


Le prove scientifiche mostrano che la prima ipotesi è quella giusta. Ma se le specie si evolvono l'una dall'altra, e quindi in un certo senso sono tutte un po' imparentate tra loro, come avviene questa evoluzione?


 Avviene secondo due meccanismi:


1) La selezione naturale


2) Deriva genetica


 La selezione naturale è un meccanismo che favorisce le specie più adatte all'ambiente in cui vivono.


La deriva genetica invece è una variazione, puramente casuale, dei geni della specie che possono subire così dei cambiamenti che le possono favorire o sfavorire nell'ambiente in cui vivono.


La combinazione di questi due meccanismi, ha prodotto, con il passare delle ere, tutta la immensa varietà di specie viventi che conosciamo.


Una variazione genetica casuale può favorire alcuni individui di una specie nella sopravvivenza. Questi individui trasmetteranno questa variazione ai loro discendenti. Con il passare del tempo tutti gli individui con questa caratteristica sopravviveranno, gli altri lentamente (o anche rapidamente) si estingueranno


***


Consulta:


- L'incredibile viaggio del genere umano


- L'evoluzione dell'uomo


- L'Evoluzione Umana E L'Homo Sapiens Di Casa Nostra


- Il Learning Object: L'universo e la sua nascita

10 commenti:

  1. Bel post. Una miniera di informazioni chiare che saranno apprezzate dai tuoi ospiti. Grazie prof

    Enzo

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  2. Dobbiamo ringraziare Giuseppe, caro Enzo!;)


    A presto!

    annarita

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  3. Un'ottima e chiarissima sintesi delle tre Teorie. Torna comoda anche a me che sto per trattare a scuola l'Evoluzione.


    Grazie dei link di fine post. Utilissimi anche quelli.


    Grazie mille.


    Ruben

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  4. ciao che meraviglia, ogni volta ho delle nuove informazioni, quanto mi dispiace non avere conosciuto te e ituoi collaboratori anni fa, mi sareste stati di grande aiuto. Pensa che l'ultimo anno che stavo a scuola avevamo come progetto la terra, io ho spiegato alla meglio ai bimbi il Big bang, ma ti puoi immaginare, se solo avessi potuto avere tutto questo sai che meraviglia. behhh me lo godo ora solo per me ciao un abbraccio penny

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  5. Ciao, Penny carissima. E' sempre un piacere leggere i tuoi commenti.


    Sono fortunata ad averti incontrata.


    Un abbraccio grande.

    annarita:)

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  6. non sono un fisico, ma solo un curioso di tante materie, ma la storia dello spostamento verso il rosso mi sembra esposta in modo un po troppo sommario e non precisissimo, nonostante ciò non infici il risultato finale.

    il fenomeno misurerebbe la velocità relativa nei confronti dell'osservatore. a questo si aggiunge che la distanza in termini di spazio è anche una distanza in termini di tempo. più le galassie sono lontane, più sono lontane da noi nel tempo (ad es. se dal sole alla terra la luce impiega 8 minuti, noi lo vediamo come era 8 minuti fa). detto ciò, in un esplosione (quale sarebbe stato il big-bang) la materia viene lanciata nello spazio ad una data velocità per poi rallentare. applicando questa immagine alla teoria del big bang, risulterebbe che le galassie più lontane (quelle che vediamo come erano moltissimo tempo fa) devono apparire più veloci (misura dello spostamento verso il rosso) di quelle più vicine a noi, di cui abbiamo un immagine più recente (e quindi temporalmente più lontana dal big bang).

    in realtà sarebbero state fatte anche osservazioni che contraddicono la teoria del big bang: qualche galassia non starebbe rallentando, ma accelerando. però qui diventa davvero un affare da astrofisici

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  7. Io non sono un astrofisico, ma sono un fisico e direi che l'esposizione dello spostamento verso il rosso, effettuata dall'amico Nicosia, sia accettabile in quanto l'intento dell'articolo è divulgativo e non mirato ad un'utenza di persone addentro la materia o necessariamente appassionate della materia.


    I miei alunni sono compresi nella fascia di età che va dagli undici ai quattordici anni e non sono in possesso di strumenti cognitivi adeguati a comprendere ad esempio la legge di Hubble o la singolarità gravitazionale.


    Pertanto la sintesi svolta da Nicosia si presta utilmente alle esigenze dei mei alunni.


    Precisato ciò, e facendo un discorso "più adulto", la sua espressione "la materia viene lanciata nello spazio" direi che non è precisissima in quanto l'universo al momento del Big Bang non è esploso nello spazio, ma il Big Bang ha creato lo spazio. Tutto lo spazio osservabile, oggi o in futuro, era allora raccolto in un unico "punto infinitesimo". Perciò il Big Bang è avvenuto "ovunque", non in un singolo punto dello spazio.


    Tutto questo accettando la teoria del Big Bang come la teoria scientifica predominante.


    Nel corso degli anni sono stati trovati molti lati deboli nella teoria del Big Bang, alcuni di essi sono stati risolti da estensioni e raffinamenti. Altri sono stati demandati ad ulteriori teorie non dimostrate come l'inflazione cosmica. Pare che al momento le debolezze insite nella teoria del Big Bang non siano considerate fatali dalla maggioranza dei cosmologi. E' da notare pero' il paradosso che accettare il Big Bang comporta ammettere la nostra limitata comprensione delle leggi della fisica. Comunque, alcuni ricercatori continuano a sostenere modelli cosmologici non-standard in cui il Big Bang non avviene.


    La ricerca corrente tenta di raffinare la teoria del Big Bang includendo un modello della materia contenuta nell'Universo per spiegare il processo di formazione delle galassie. La maggior parte dei modelli correnti sono basati sulla nozione di materia oscura fredda, che ha soppiantato gli altri modelli di materia oscura calda e materia barionica. I modelli basati sulla materia oscura fredda hanno ancora qualche conflitto con le osservazioni, tra cui il problema delle galassie nane e il problema dell'alone a cuspide.


    Ma forse è il caso di fermarsi...


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  8. E' sewmpre una piacevole sorpresa curiosare nel tuo blog.

    Bravi

    Cumulativo Vale

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  9. Grazie, Pier Luigi! Ci sentiamo presto per posta elettronica, ho delle cose da dirti!:)

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  10. E noi ti aspettiamo Juventino2008!;)

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