La Scoperta dell’Universo
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Silvano
SilvanoMassaglia,
Massaglia,Giaveno
Giaveno16
16Marzo
Marzo2011
2011
Il Sistema Solare secondo Tolomeo
Il modello Copernicano
Le osservazioni di Galileo e la teoria delle
orbite di Keplero
La gravitazione di Newton
Einstein e l’espansione dell’Universo
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I nostri moti
Ruotiamo con la Terra a 1700 km/h in un
giorno (all’equatore)
Insieme alla Terra intorno al Sole a
108.000 km/h in un anno
Insieme al Sole intorno alla Galassia a
20.000.000 km/h in 225 milioni di anni
Partecipiamo all’espansione dell’Universo
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Claudius Ptolemaeus (Κλαύδιος Πτολεµαῖος)
(circa) 85-165 D.C. (Alessandria)
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Secondo Tolomeo la Terra era immobile al
centro dell’Universo e tutti i pianeti, e il
Sole, ruotavano intorno (teoria illustrata
nell’Almagesto)
Nulla di osservabile al tempo smentiva il
modello Tolemaico
Il moto dei pianeti veniva interpretato in
modo corretto per le necessità di
astronomi, astrologi e navigatori
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Moti di un pianeta (Saturno) sullo sfondo
delle stelle fisse
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Sistema Tolemaico
Il moto del pianeta era la composizione di due
moti circolari: uno sull’epiciclo e uno intorno al
deferente
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Copernico
Nicolaus Copernicus (1473 – 1543)
Il modello Tolemaico presentava
un problema:
era diventato molto complicato
predire i moti planetari
Nel modello di Copernico:
I pianeti ruotano intorno
al Sole con moti circolari
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Il modello Copernicano
Grande semplificazione
nella predizione delle
posizioni degli astri
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Scrive Copernico nella prefazione:
“[Mi pare di] aver raggiunto la consapevolezza che
i matematici non hanno idee chiare attorno a questi
moti[...], essi non usano né gli stessi principî e ipotesi
né le stesse dimostrazioni. Così alcuni usano soltanto
cerchi omocentrici, altri eccentrici ed epicicli, e tuttavia
con questi mezzi non raggiungono integralmente i loro
scopi.[...]. Né furono in grado di scoprire oppure di
dedurre da tali mezzi la cosa più importante: vale a
dire la forma dell'universo e l'immutabile simmetria
delle sue parti. ”
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Galileo (1564 – 1642)
Galileo: diametro angolare variabile di
Venere
Galileo: suggerimento di Benedetto Castelli
sulle fasi di Venere
Venere:
• Distanza dal sole 0.7AU
• Periodo di rivoluzione di 225gg
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Galileo e il Modello Copernicano
Benedetto Castelli
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Galileo e il Modello Copernicano
Giuliano de’ Medici
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In una lettera a Giuliano de’ Medici, ambasciatore toscano a
Praga, datata 11 Dicembre 1610, Galileo annuncia una
clamorosa scoperta astronomica per mezzo di un complesso
anagramma che Keplero tenterà invano di sciogliere:
“Haec immatura a me iam frustra leguntur oy”
L’enigma sarà poi svelato in una lettera, sempre a Giuliano de’
Medici, il 1 Gennaio 1611:
“Cynthiae figuras aemulatur Mater amorum”
(La madre degli amori imita le configurazioni di Cynthia)
Quindi, esattamente come la Luna il pianeta Venere presenta
delle fasi che differiscono nettamente dalle predizioni del
sistema Tolemaico:
“Venere necessarissimamente si volge intorno al sole,
come anco Mercurio e tutti li altri pianeti, cosa ben creduta
da tutti i Pittagorici, Copernico, Keplero e me, ma non
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sensatamente provata, come ora in Venere e in Mercurio”
Galileo e il Metodo Scientifico:
“Il libro della natura è scritto secondo
leggi matematiche e per poterle capire è
necessario eseguire esperimenti con gli oggetti
che essa ci mette a disposizione”
La scienza moderna fa distinzione tra l'aspetto
sperimentale e quello teorico: né uno né l'altro sono
preponderanti, poiché fa parte del metodo scientifico
che un modello teorico spieghi un'osservazione
sperimentale ed anticipi future osservazioni. Uno dei
punti basilari è la riproducibilità degli esperimenti,
ovvero la possibilità che un dato fenomeno possa
essere riproposto e studiato in tutti i laboratori del
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mondo.
“Quando Galilei fece rotolare le sue sfere su di un
piano inclinato con un peso scelto da lui stesso, e
Torricelli fece sopportare all’aria un peso che egli
stesso sapeva già uguale a quello di una colonna d’acqua
conosciuta […] fu una rivelazione luminosa per tutti gli
investigatori della natura. Essi compresero che la
ragione vede solo ciò che lei stessa produce secondo il
proprio disegno, e che […] essa deve costringere la
natura a rispondere alle sue domande; e non lasciarsi
guidare da lei, per dir così, colle redini; perché
altrimenti le nostre osservazioni, fatte a caso e
senza un disegno prestabilito, non metterebbero capo
a una legge necessaria”
Kant, Prefazione alla Critica della ragion pura [1787]
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Johannes Kepler (1571 – 1630)
Le osservazioni astronomiche di Tycho Brahe
(precise al minuto d’arco nella posizione)
rivelavano differenze rispetto alle predizioni dei
modelli copernicano e tolemaico
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Utilizzando i dati di Tycho sul moto di Marte,
Keplero capì che le orbite non erano circolari
ma ellittiche, con dei moti che seguivano leggi
che presero il suo nome
Poté predire il passaggio di Mercurio davanti al
Sole
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Isaac Newton (1642 – 1727)
“Non so come il mondo
potrà giudicarmi ma a
me sembra soltanto di
essere un bambino che
gioca sulla spiaggia, e
di essermi divertito a
trovare ogni tanto un
sasso o una conchiglia
più bella del solito,
mentre l'oceano della
verità giaceva insondato
davanti a me.”
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Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
"Se ho potuto vedere più lontano degli altri,
è perché sono salito sulle spalle dei giganti"
Newton interpretò il moto dei corpi in termini
di forze.
La forza che interessa Sole e pianeti è la
Forza di gravità, che segue la legge:
mM
F =G 2
r
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Lex I
Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi
vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus
illud a viribus impressis cogitur statum suum
mutare.
Lex II
Mutationem motus proportionalem esse vi motrici
impressæ, & fieri secundum lineam rectam qua
vis illa imprimitur.
Lex III
Actioni contrariam semper & æqualem esse
reactionem: sive corporum duorum actiones in se
mutuo semper esse æquales & in partes
contrarias dirigi.
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Osservazioni degli astronomi di fine ‘800 delle
anomalie della precessione perielio di Mercurio
di 43” per secolo (su 5600”!) rispetto alle
predizioni della teoria di Newton
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Relatività Generale
Einstein (1915)
Masse via via più grandi incurvano lo spazio:
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Precision Cosmology
"How helpful to us is astronomy's pedantic
accuracy, which I used to secretly ridicule!"
Einstein’s statement to Arnold Sommerfeld on
December 9, 1915 (regarding measurements of
the advance of the perihelion of Mercury)
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Equazione di campo di Einstein:
Ma:
Gµν + Λ g µν
8π G
= 4 Tµν
c
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Le equazioni della Relatività Generale
avevano come soluzione globale un
modello di Universo non statico, ma in
espansione
Einstein introdusse una “Costante
Cosmologica” per evitare l’espansione
La soluzione di Friedmann alle equazioni
di campo prevede un Universo omogeneo
in espansione
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Il Sistema Solare ha una posizione
semi-periferica nella Galassia, che ruota
intorno al suo centro:
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L’espansione dell’Universo
Hubble scoprì l’espansione dell’Universo
misurando la velocità di allontanamento
delle galassie (1929)
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Hubble scoprì anche che la velocità di
allontanamento aumenta con la distanza
della Galassia:
v = H0 D
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Pagina iniziale
dell’articolo di
Hubble del 1929
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L’oggetto più lontano
osservato dal Satellite
a raggi gamma Swift
a redshift z=8.2, che
corrisponde ad un
Universo vecchio di
630 milioni di anni
con velocità di
espansione di
293.000 km/s
Osservato in
infrarosso al
telescopio di
Mauna Kea (Hawaii)
GRB 090423
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Grazie per l’attenzione
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