Cinematica - Postulato spazio e tempo

La parte più antica della Fisica descrive lo studio del moto dei corpi. Essa prende il nome di Meccanica e viene ulteriormente divisa in Cinematica e Dinamica.
Nella Cinematica lo studio si focalizza sulle caratteristiche geometriche del moto, ad esempio la forma della traiettoria di un moto particolare che viene prodotto in un determinato contesto.
Nella Dinamica si cerca di fornire un modello per spiegare in base ad alcuni principi il perchè di un determinato moto attribuendo le sue variazioni a delle entità chiamate forze.
Il percorso della Fisica trae origine dalla Filosofia greca.
Seppur in età greco-ellenistica furono compiuti notevoli progressi nella Matematica, Geometria e Astronomia, si è dovuto attendere fino all’inizio del rinascimento per assistere alla nascita
della concezione di metodo scientifico basato sulla messa alla prova di una teoria matematica di descrizione del mondo fisico, con uno o più esperimenti cruciali che ne definissero limiti e validità.
Si assiste così alla confutazione di alcune idee tramandate da Aristotele in poi che da semplici congetture mai vagliate dal metodo scientifico, erano state assunte a verità di fatto conducendo a contraddizioni o a difficoltà di interpretazione dei fenomeni naturali. Galileo Galilei nell’elaborare il metodo scientifico vide non già una contraddizione con i precedenti metodi aristotelici, ma un loro perfezionamento attraverso la quantificazione in laboratorio di determinate quantità che sono le grandezze fisiche.
Secondo Galileo si poteva dare una rappresentazione della Natura in linguaggio matematico e le leggi naturali dovevano assumere un aspetto semplice e ben comprensibile. Oggi sappiamo che vi sono fenomeni la cui formulazione matematica è tutt’altro che semplice, ma tanti sono i fenomeni che sono stati rappresentati nelle differenti teorie con una simbologia allo stesso tempo sintetica ed elegante.
Dal punto di vista teorico, la Meccanica Classica si consolidò con gli studi successivi ad opera di studiosi come Newton, Leibinitz, Gauss, Laplace ed Hamilton e tanti altri che diedero una sistematizzazione completa e coerente dal punto di vista matematico.
E poichè in Matematica si parte con la formulazione di concetti primitivi e postulati, lo stesso procedimento viene adottato in Meccanica. Poiché l’oggetto dello studio è il moto degli oggetti nello spazio al trascorre del tempo i primi due postulati chiariscono quali sono le proprietà minimali dello spazio e del tempo, proprietà necessarie ai successivi sviluppi.

Postulato di esistenza dello spazio

Esiste lo spazio tridimensionale, isotropo, omogeneo, connesso e continuo.
La necessità di queste proprietà dello spazio può essere spiegata nel modo seguente:
1. Tridimensionalità: ogni punto dello spazio si può descrivere come una terna di numeri che sono le coordinate o componenti di un vettori di posizione.
2. Isotropia e omogeneità: lo spazio appare identico punto per punto indipendentemente dalla direzione in cui lo si osserva. Mentre l’isotropia considera tutti i punti dello spazio in una direzione, l’omogeneità riguarda la proprietà locale intorno ad un punto. Tali proprietà sono fondamentali per l’invarianza delle leggi fisiche ovvero il fatto che due sperimentatori che osservano lo stesso fenomeno, possono descriverlo matematicamente nello stesso modo trovando un modo condiviso (scientifico) di interpretare ciò che osservano.
3. Connessione: dati due punti A e B, tutto il segmento AB è contenuto nello spazio. Tale proprietà è di natura geometrica e vuole significare che lo spazio non ha ’buchi’.
4. Continuità: per quanto vicini si scelgano i punti A e B, esisteranno infiniti punti sul segmento AB e tale infinità di punti non può essere messa in corrispondenza biunivoca con i numeri naturali perché è equipollente all’insieme dei numeri reali.

Postulato di esistenza del tempo

Esiste la variabile scalare tempo, sempre crescente, continua e omogenea per tutti gli osservatori.
Le proprietà del tempo sono analoghe a quelle dello spazio e servono a garantire la possibilità per sperimentatori differenti di discutere sul moto di un oggetto con una base comune di presupposti sui quali costruire le quantità sperimentali da misurare (es. velocità, accelerazione, ecc.). Bisogna però ricordare che questo postulato in altre teorie non è presente. Ad esempio nella relatività speciale (o ristretta) Einstein sostituisce proprio questo postulato con la costanza della velocità della luce rispetto agli osservatori, poichè è la luce che viene utilizzata per sincronizzare due eventi. Ne derivano effetti particolari come la
contrazione delle lunghezze e la dilatazione dei tempi per osservatori in moto rispetto al sistema di riferimento preferenziale scelto. Pur essendo questi effetti non intuitivi e non riscontrabili nella vita quotidiana, cionondimeno essi sono stati provati sperimentalmente.