Quality Paperbacks • 611 I lettori che desiderano informazioni sui volumi pubblicati dalla casa editrice possono rivolgersi direttamente a: Carocci editore Corso Vittorio Emanuele ii, 229 00186 Roma telefono 06 42 81 84 17 fax 06 42 74 79 31 Siamo su: www.carocci.it www.facebook.com/caroccieditore www.twitter.com/caroccieditore Carlo Cosmelli Fisica per filosofi Percorsi storico-filosofici di Paolo Pecere Carocci editore Quality Paperbacks 1a edizione, marzo 2021 © copyright 2021 by Carocci editore S.p.A., Roma Realizzazione editoriale: Omnibook, Bari Impaginazione: Luca Paternoster, Urbino Finito di stampare nel marzo 2021 da Lineagrafica, Città di Castello (PG) isbn 978-88-430-0000-0 Riproduzione vietata ai sensi di legge (art. 171 della legge 22 aprile 1941, n. 633) Senza regolare autorizzazione, è vietato riprodurre questo volume anche parzialmente e con qualsiasi mezzo, compresa la fotocopia, anche per uso interno o didattico. Indice Prefazione 11 Elenco delle grandezze e dei simboli 15 Introduzione 19 I principi della fisica 19 di Carlo Cosmelli Sui Percorsi storico-filosofici 23 di Paolo Pecere 1. Fisica: linguaggio, termini e definizioni 27 1.1. Il gioco delle parti: di cosa parleremo, come e perché 27 1.2. Linguaggio e ipotesi di base 33 1.3. Nota. Grandezze fisiche 42 1.4. Nota formale. Variazioni, derivate, somme 44 Percorso storico-filosofico 1. Fisica, meccanica, filosofia sperimentale 47 2. Meccanica classica 53 2.1. La meccanica classica: introduzione 54 2.2. Il primo principio della dinamica: il principio di inerzia 55 8 fisica per filosofi Percorso storico-filosofico 2. Spazio, movimento naturale e inerzia 63 2.3. Il secondo principio della dinamica 67 2.4. Il terzo principio della dinamica 72 2.5. Relatività e invarianza galileiane 74 2.6. Principi, leggi, leggi fenomenologiche 77 2.7. Massa inerziale e massa gravitazionale: il principio di equivalenza 81 2.8. L’energia. 1 83 2.9. Compendio di meccanica classica 90 Percorso storico-filosofico 3. Meccanicismo e forza di gravità 92 3. Termodinamica 97 3.1. Introduzione: qual è il problema e quale la sua soluzione 97 3.2. I principi della termodinamica in breve 102 3.3. Definizioni di alcune delle grandezze utilizzate in termodinamica 103 3.4. Il primo principio della termodinamica 113 3.5. L’energia. 2 116 3.6. Il secondo principio della termodinamica 116 3.7. L’entropia 122 3.8. Entropia e probabilità 127 3.9. Il diavoletto di Maxwell 138 3.10. Entropia e informazione: un accenno 139 3.11. Il terzo principio della termodinamica: teorema di Nernst 145 3.12. Il principio zero della termodinamica 146 Percorso storico-filosofico 4. Unità della natura e conservazione dell’energia 147 indice 9 4. Elettromagnetismo 153 4.1. Introduzione 154 4.2. Una nuova proprietà: la carica elettrica 154 4.3. Il concetto di campo 161 4.4. Le equazioni di Maxwell 167 4.5. Il concetto di unificazione delle interazioni 173 4.6. Onde 174 Percorso storico-filosofico 5. Moto assoluto, spazio assoluto ed etere 183 5. Teoria della relatività speciale 189 5.1. Il punto della situazione in fisica agli inizi del Novecento 189 5.2. La teoria della relatività speciale 196 5.3. Il risultato matematico: le trasformazioni di Lorentz 200 5.4. Conseguenze delle trasformazioni di Lorentz 204 5.5. Lo spazio-tempo 213 5.6. La velocità della luce nel vuoto: è veramente la massima possibile, ma non raggiungibile, per un corpo di massa diversa da zero? 224 5.7. E = mc2 226 5.8. Nota conclusiva sulla relatività speciale 229 Percorso storico-filosofico 6. Tempo assoluto, tempo relativo, tempo soggettivo 233 6. Teoria della relatività generale 237 6.1. Introduzione 237 6.2. Struttura dell’articolo originale di Einstein del 1916 238 6.3. La gravità e altri problemi della meccanica classica 241 6.4. I due principi della relatività generale e il principio di Mach 245 6.5. Un nuovo concetto: lo spazio-tempo curvo è reale 246 6.6. Conseguenze delle equazioni del campo di Einstein 250