Il concetto di campo

La teoria della gravitazione  universale  di Newton descrive la forza che un massa puntiforme A esercita su una massa puntiforme B situata ad una determinata  distanza. Esiste un’analogia evidente con la forza generata da  due cariche elettriche anche esse puntiformi.

Tuttavia esiste una differenza sostanziale tra i due esempi: la forza elettrica può  essere sia attrattiva che repulsiva, a secondo del segno delle  cariche considerate, la  forza gravitazionale è soltanto attrattiva.

La legge di Newton però prende in considerazione soltanto masse  immobili  o che  si muovono di moto rettilineo uniforme. Cosa  avviene  invece in caso  di improvvisa variazione  di moto rispetto alla  forza gravitazionale? Per spiegare questa casistica in passato si scomodò l’esistenza di un fluido impalpabile, che  permeava l’intero Universo, chiamato etere luminifero, che aveva  la  funzione di trasmettere la forza gravitazionale.

Questa ipotesi fu definitivamente  superata con la teoria  della  relatività generale di Einstein che affidava allo spazio vuoto  il compito di trasmettere  la forza. Alla  luce della  meccanica quantistica, poi lo stesso concetto di spazio vuoto viene  ridefinito,  si tratta  dello stato minimo di energia possibile percorso dalle  fluttuazioni di particelle  che appaiono e scompaiono continuamente in un tempo brevissimo .

Prende  corpo quindi il  concetto  di campo ovvero quello di una grandezza esprimibile come funzione della posizione nello spazio e del tempo, o nel caso relativistico nello spaziotempo. L’esempio  classico per comprendere  questo fenomeno è quello  di un telo elastico  su cui si poggia la massa A, sorgente della forza. Il telo si incurva sotto la pressione dell’oggetto A e se poniamo un’altra  massa B a distanza da A, l’oggetto  B tenderà a scivolare nell’avallamento prodotto dalla  massa A. Il telo,  che simula lo spazio, è il mezzo attraverso il quale si manifesta  la forza gravitazionale.

Il concetto di campo va  oltre  però gli effetti elettrici o gravitazionali. La temperatura  di un ambiente, la velocità di scorrimento dell’acqua di un fiume sono tutti campi,  relativi però a grandezze fisiche diverse. Nella sostanza ciascun campo è una grandezza  fisica che pervade  una regione dello spazio. 
I campi possono essere  scalari, tensoriali o vettoriali, a seconda  delle grandezze  fisiche  prese in considerazione. 

Un campo scalare è una funzione che associa uno scalare ad ogni punto di uno spazio. In fisica, ad esempio, un campo scalare viene utilizzato per indicare la distribuzione della temperatura o della pressione atmosferica nello spazio.

Il campo vettoriale  invece è quella regione dello spazio dove è possibile definire in ogni suo punto e in modo  univoco una grandezza vettoriale. Un esempio di campo vettoriale è la velocità con cui si muovono delle particelle in un fluido in moto.

Possiamo schematizzare graficamente  un campo vettoriale attraverso un insieme di curve chiamate linee di campo. La densità delle linee di campo determina l’intensità del campo stesso, più sono fitte più è intenso il campo, più sono diradate maggiore  è la debolezza del vettore.

Le linee di campo sono chiamata  anche linee di forza anche se tale definizione  in alcuni casi può ingenerare un po’ di confusione. In sostanza  il  concetto di campo ci  permette di superare  i problemi connessi con le azioni a distanza poichè  rende  locale  l’interazione. In un determinato punto una massa risente di una forza perché in quel  punto  è presente il campo gravitazionale generato da un’altra massa. 

Il concetto di spaziotempo continuo introdotto dalla  teoria  della relatività generale  di Einstein spiega perfettamente i fenomeni dell’Universo che hanno a che fare con la forza gravitazionale su larga  scala.

A piccole distanze le cose però si complicano e qui  entra in gioco la meccanica quantistica ed i suoi effetti, che per quanto apparentemente bizzarri, sono stati comprovati sperimentalmente innumerevoli  volte.

Il tentativo di fondere la relatività generale con la meccanica quantistica è ancora un problema irrisolto della  fisica. La scala di Planck è  il confine tra l’applicazione delle due più importanti e rivoluzionarie teorie del Ventesimo secolo.

 

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.