La gravità è una delle 4 interazioni fondamentali che governano la realtà fisica. Dallo sport all’evoluzione dell’Universo, la gravità è un tassello essenziale per comprendere ciò che ci circonda.
Nel 1687, Isaac Newton ha rivoluzionato la scienza con la scoperta della legge di gravitazione universale, aprendo le porte alla fisica moderna.
Da dove provengono le leggi matematiche e perché l’universo sembrerebbe seguirle fedelmente?
Questa domanda ha stimolato alcune delle menti più brillanti della storia.
Un buon punto di partenza sta nel riconoscere che non è l’Universo a “seguire” le leggi, ma è la mente umana che tenta di catturare e descrivere correttamente ciò che osserva. In questo sforzo incessante di comprendere, la matematica emerge come un linguaggio naturale, con cui catturare l’intricata danza dei fenomeni naturali, costruendo ponti concettuali tra la complessità del cosmo e la capacità umana di interpretarla.
Le intuizioni di Isaac Newton ed Albert Einstein sono state determinanti per la comprensione della gravità.
Nel XVII secolo, Newton ha rappresentato la gravità come una forza che tutti i corpi esercitano su tutti gli altri. Questa è la prospettiva classica che ha dominato il panorama scientifico per due secoli.
Agli inizi del XX secolo, utilizzando una matematica ben più avanzata, Einstein ha ridefinito la gravità attribuendole una dimensione geometrica: la gravità è la geometria dello spaziotempo. La Relatività Generale di Einstein ha permesso la nascita della Cosmologia: lo studio della dinamica dell’Universo su larga scala.
Tuttavia, ad oggi, manca una descrizione quantistica della gravità. Cosa accade nei pressi della singolarità di un buco nero? Quali logiche hanno caratterizzato i primi istanti di vita dell’Universo? Queste domande restano aperte, rappresentando le frontiere della nostra conoscenza.
La Fisica ha avuto inizio con l’indagine sulla gravità, chissà se con la comprensione della gravità si concluderà.
Dimentichiamoci per un momento della famosa storia della mela caduta sulla testa di Newton e immergiamoci in un episodio della sua vita che ha contribuito in modo significativo alla nascita e allo sviluppo della Fisica.
Nel periodo tra il 1665 e il 1666, una devastante epidemia di peste si diffuse a Londra, che costò la vita ad un quinto degli abitanti (circa 100.000 persone). In questo contesto drammatico, il giovane Newton (appena 23enne) decise di lasciare Cambridge per tornare a casa e approfondire il suo grande interesse: la matematica.
Fu in questo periodo che lo scienziato pose le basi di ciò che noi oggi chiamiamo calcolo infinitesimale (più noto come Analisi I e II).
Profondamente curioso e ricco di interessi (ottica, meccanica, …), Newton capì che per coltivarli al meglio avrebbe avuto bisogno della matematica.
La grandiosa capacità di Isaac Newton non si cela nella sua celeberrima legge di gravitazione, ma nella sua visione della matematica come linguaggio fondamentale per comprendere il Mondo. Il linguaggio che ha consentito il grande salto culturale e tecnologico all’umanità.
La matematica è il linguaggio dell'universo
Almeno mezzo secolo prima, Galileo Galilei aveva già capito che il libro del Mondo è scritto in caratteri matematici.
Il lavoro di Newton (1643-1727) è stato profondamente influenzato da quello di Galileo Galilei (1564-1642), padre del metodo scientifico.
Galilei non è stato il solo ad aver profondamente influenzato Newton: un altro importante contributo gli è arrivato da Keplero (1571-1630), astronomo tedesco noto per le sue tre leggi sul moto dei pianeti (1609-1619).
Di seguito, ricordiamo la prima e più importante: I pianeti compiono orbite ellittiche con il Sole in uno dei due fuochi.
Le tre leggi, ricavate empiricamente sulla base dei dati disponibili a Keplero, si rivelarono corrette, ma fu Newton a individuare la causa dei moti celesti.
Nel 1687, Isaac Newton pubblica un trattato in 3 volumi dal titolo “I Principi Matematici della Filosofia Naturale”. I principi fondamentali su cui si regge il mondo sono matematici!
Nei Principia, Newton presenta la sua più celebre scoperta
\[
F=\frac{m_1 \cdot m_2}{r^2}G
\]
La legge di gravitazione universale: due corpi $m_1$ e $m_2$ a una distanza $r$ si attraggono con una forza $F$.
Con i Principia, Newton pubblica un’altra formula, altrettanto importante, oggi nota come secondo principio di Newton o equazione del moto
\[
F=m\cdot a
\]
L’equazione mette in relazione la forza (la causa) e il moto (l’effetto). Le due formule, usate in combinazione, gli hanno consentito di ricavare e descrivere l’origine delle leggi di Keplero. La dimostrazione della prima legge fu un successo senza precedenti.
La teoria di Newton, oggi nota come meccanica newtoniana, spiega e rende predicibili i moti dei corpi celesti.
La meccanica newtoniana è il nucleo fondamentale del primo corso di Fisica all’università (Fisica I).
Argomenti trattati nei prossimi articoli:
- La legge di gravitazione universale
- La forza peso
- Il moto di caduta libera
- Cenni di meccanica celeste
- Limiti della teoria di Newton
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