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La Nuova Scienza
I grandi protagonisti


Nicolò Copernico (Torun 1473 – Frauenburg 1543)
Copernico sfidò il sistema astronomico che aveva dominato l’Occidente dai tempi di Aristotele e Tolomeo affermando, nella sua opera De Revolutionibus, che “il centro della Terra non è il centro dell’ Universo”, nella cui posizione egli pose il Sole. Nato a Torun (Polonia) si iscrisse all' Università di Cracovia, dove sviluppò l'interesse per l'astronomia. Si recò in Italia nel 1496, rimanendo quattro anni a Bologna, tre a Padova e laureandosi infine in diritto canonico a Ferrara. Negli stessi anni divenne canonico di Frauenburg, incarico che tenne fino alla morte.
Il De Revolutionibus venne posto all' Indice nel 1616, per esserne depennato solo nel 1835. «Una breve annotazione: Il De revolutionibus orbium coelestium fu un totale fallimento editoriale. La prima edizione (1543) in mille esemplari, non venne mai esaurita. In quattrocento anni ci furono soltanto quattro ristampe: Basilea 1566, Amsterdam 1617, Varsavia 1854 e Torun 1873. E’ un record degno di nota, unico tra i libri che hanno fatto epoca. Per valutarne l’importanza bisogna paragonarlo alla tiratura dei libri di astronomia del tempo. Il più popolare fu il manuale dell’ inglese John Holywood, Giovanni da Sacrobosco, che ebbe cinquantanove edizioni. Il Trattato della sfera del gesuita Cristoforo Clavio, pubblicato nel 1570, venne ristampato diciannove volte in cinquant’anni. Il manuale di Melantone, Initia doctrinae physicae che uscì sei anni dopo il libro di Copernico e che si proponeva di confutarlo, venne riedito nove volte prima che si ristampasse una sola volta il De revolutionibus. Il Trattato di astronomia di Kasper Peucer (1551) fu ristampato sei volte in quarant’anni. Tutte queste opere, più l’Almagesto di Tolomeo e la Teoria planetaria di Peurbach ebbero in Germania fino alla fine del XVI secolo un centinaio di edizioni, il De revolutionibus una soltanto.
Se questo libro è stato così trascurato è soprattutto perché è perfettamente illeggibile».
(Arthur Koestler, I Sonnambuli. Storie delle concezioni dell’Universo, Milano, Jaca Book, 2002, p. 190 e ss.)

Johannes Kepler (Weil 1571 – Ratisbona 1630)
Di modeste origini, fu inizialmente avviato all'attività artigianale, ma ben presto fu costretto dalla debole costituzione fisica ad abbandonare il lavoro. Profittando delle opportunità offerte dal sistema educativo instaurato dai duchi del Wurttemberg, compì gli studi teologici e umanistici in seminario dal tredicesimo al diciassettesimo anno. Passò quindi all’Università di Tubinga dove frequentò le lezioni di matematica di Michael Mästlin (1550-1631), seguace della teoria eliocentrica sviluppata da Niccolò Copernico. Nel 1600, si trasferì a Praga, dove divenne assistente di Tycho Brahe (1546-1601). Alla morte dell'astronomo danese, avvenuta l'anno successivo, Keplero gli succedette nella carica di matematico imperiale e astronomo di corte dell' imperatore Rodolfo II. Con la morte dell' imperatore Rodolfo II, nel 1612, Keplero dovette accettare il posto di insegnante di matematica a Linz, dove rimase sino al 1626. La guerra e la lotta in Austria contro i protestanti lo costrinsero a trasferirsi prima a Regensburg, poi a Ulm ed infine a Sagan sotto la protezione del generale Wallestein che gli offrì un posto di professore a Rostock. Le precarie condizioni economiche lo spinsero a recarsi a Ratisbona per chiedere alla dieta imperiale i cospicui arretrati di stipendio. Giunse a Ratisbona molto malato per i disagi del viaggio e vì morì nel 1630. L’ingresso di Keplero nel mondo dell’astronomia avvenne con la pubblicazione del Mysterium Cosmographicum, concepito a Graz ma pubblicato a Tübingen nel 1596 e il cui titolo completo, quasi un vero sommario dell’opera, recita Prodromus dissertationum cosmographicarum continens Mysterium Cosmographicum, De admirabili proportione orbium coelestium, deque causis coelorum numeri, magnitudinis, motuumque periodicum genuinis et propriis per quinque regularia corpora geometrica.
Il Mysterium è un’opera dal contenuto assolutamente originale. L’Autore ne fu così soddisfatto che si preoccupò di inviarne copie a Galileo ed a Tycho Brahe. A distanza di molti anni, nel 1621, volle riproporne una seconda edizione corredata di lunghe annotazioni, per aggiornarvi quanto appariva ormai superato.
Keplero é uno dei più grandi astronomi che la storia del pensiero umano conosca: alle sue capacità osservazionali, al suo strenuo coraggio, alla sua forza intellettuale si debbono le tre famose Leggi sul moto dei pianeti.
(Arthur Koestler, I Sonnambuli. Storie delle concezioni dell’Universo, Milano, Jaca Book, 2002)

Galileo Galilei (Pisa 1564 – Arcetri 1642)
Galilei già nel maggio 1597 ebbe occasione di sostenere le tesi copernicane in una lettera diretta ad un suo collega fiorentino. Nell’agosto dello stesso anno entrò in contatto epistolare con Keplero, da cui ricevette copia del Mysterium Cosmographicum. Ricordiamo che nel 1610 Galileo rivolse il suo telescopio verso il cielo, scoprendo fatti ‘’straordinari’’: le montagne sulla luna, la Via Lattea come conglomerato di stelle, una quantità di nuove stelle fisse e quattro satelliti di Giove: fu la dimostrazione sperimentale della falsità delle teorie cosmologiche aristoteliche. Tutte queste scoperte sono contenute nel Nuncius Sidereus (Venezia 1610).
La risonanza fu enorme, lo stesso Keplero dopo la lettura dell’edizione tedesca pubblicò due volumi, Dissertatio cum Nuncio Sidereo e Narratio de observatis a se quatuor Jovis satellibus.
Nel 1618 l’apparizione di tre comete fu occasione per una forte polemica tra Galileo e p. Grassi (il gesuita matematico del collegio Romano). Prodotto di questa polemica fu l’opera Il saggiatore nel quale con bilancia esquisita e giusta si ponderano le cose contenute nella Libra astronomica e filosofica di Lotario Sarsi Sigensano scritto in forma di lettera all' ill.mo et reuer.mo mons.re D. Virginio Cesarini acc.o linceo m.o di camera di N.S. dal sig.r Galileo Galilei acc.o linceo nobile fiorentino filosofo e matematico primario del ser.mo Gran Duca di Toscana edita a Roma “appresso Giacomo Mascardi, 1623”.
Nel 1624 Galileo fu a Roma, dove riuscì ad ottenere il permesso da papa Urbano di discutere in un libro il sistema copernicano (evitando quindi la proibizione emanata dall’editto di papa Paolo V del 1616) a condizione che anche gli argomenti tolemaici fossero riprodotti, e non fosse presa posizione a favore della prima teoria. Iniziò il lavoro che produrrà sei anni più tardi I Dialoghi sopra i due massimi sistemi del mondo. Nel 1630 Galileo si recò a Roma per dare alle stampe i Dialoghi. Non ottenne l’imprimatur e l’opera apparve a Firenze nel marzo 1632. Nell’aprile dell’anno successivo I Dialoghi furono messi all’Indice, Galileo fu condannato alla prigione (commutata in condanna a domicilio coatto) e obbligato all’abiura.
Il lavoro finale di Galileo è stato Discorsi e dimostrazioni matematiche sopra due scienze nuove (uscito di contrabbando dall’Italia e pubblicato a Leyda nel 1638). Il trattato è organizzato nello stile di Euclide e di Archimede, con teoremi e problemi in successione, preceduti solo dalle definizioni e postulati essenziali. Il lascito metodologico è rilevantissimo: riferendosi ai problemi del moto in campo di gravità “’per poter trattare cotal materia bisogna astrarre (dagli accidenti particolari) e ritrovare e dimostrare le conclusioni astratte dagli impedimenti, servircene, nel praticarle, con quelle limitazioni che l’esperienza ci verrà insegnando”.
(Stilmann Drake, Galileo Galilei pioniere della scienza: la fisica moderna di Galileo, Padova, Muzzio, 1992)

René Descartes (La Haye en Touraine 1596 – Stockholm 1650)
La filosofia di Descartes si presenta essenzialmente come una fisica, strettamente legata alle nuove scoperte dell'era della
rivoluzione scientifica (Copernico, Galileo, Keplero, Harvey), e come una metafisica, da cui la fisica stessa dipende per i suoi
principi fondamentali. La fisica sarebbe priva di ogni fondamento razionale se non fosse direttamente garantita dalla metafisica. Descartes può mantenere la definizione aristotelica della metafisica come “filosofia prima”, ma modificando radicalmente il senso di questa espressione: “prima”, non perché tratta dei principi primi della realtà dal punto di vista ontologico (la sostanza, secondo
Aristotele), ma perché tratta di quelle nozioni che, per la loro semplicità, cioè per la loro indipendenza da altre, sono le “prime” dal punto di vista della conoscenza.
La fisica del Discorso sul metodo, malgrado qualche attenuazione prudenziale, lascia trapelare i punti salienti del programma
cartesiano: 1) matematizzazione della fisica: se la materia si identifica con l’estensione, cioè con lo spazio, ogni evento può essere descritto in termini geometrici; 2) infinità dell’universo e divisibilità infinita della materia, con conseguente negazione dell’esistenza del vuoto; 3) negazione del finalismo e concezione evoluzionistica della cosmologia: il mondo com’è oggi è il risultato di un lungo processo in cui, a partire dal caos iniziale, si è progressivamente giunti, attraverso aggregazioni sempre diverse di materia, alla natura quale ci appare attualmente.
(René Descartes, Discorso sul metodo con note di Etienne Gilson, a cura di Gianluca Mori, Firenze, La Nuova Italia, 2001)
Presenta un interesse singolare la posizione di Cartesio che non disdegnò di occuparsi di macchine e di artifici e nel cui pensiero appare del tutto abbandonata l’antica condanna delle arti meccaniche.
Nella sesta parte del Discorso sul metodo, ritorna, espressa con molta energia, la tesi baconiana di una “filosofia pratica” capace di rendere l’uomo “quasi padrone e possessore della natura”. Mentre Bacone aveva posto l’accento sullo “spirito vitale” presente nelle parti meccaniche e sul fatto che esse si perfezionano nel “tempo… autore degli autori e padre della verità”, Cartesio pone invece l’accento sul nucleo di verità presente nelle arti anche quando esse sono, alle loro origini, rozze e imperfette.
Per Cartesio, quindi, il progresso effettivo della scienza dipende dall’opera dei teorici. La tecnica, in quanto tale, non reca alcun contributo al progresso del sapere scientifico.
(John Bagnell Bury, Storia dell’idea di progresso, Milano, Feltrinelli, 1964)

Robert Boyle (Linsmore, 1627 - London, 1691)
La figura di Boyle è notevolmente complessa e non facile a riassumersi in poche righe. “Nel mirabile incontro tra idealità baconiana e la convinzione puritana di una scienza incoraggiata a scopi filantropici si sviluppò la ricerca del Boyle in contrasto e spesso in polemica con la cultura ufficiale [in primis contro la tradizione aristotelica coltivata nelle università, ma non solo, contrapponendo il libro della natura, l’officina degli artigiani, la sala anatomica alle biblioteche, agli studi dei letterati e degli umanisti, alle ricerche puramente teoriche]. [...] Escludendo dalla propria metodologia ogni ricorso alla matematica, il Boyle si distaccò notevolmente da quello sperimentalismo galileiano che vedeva unite l’osservazione e la generalizzazione matematica. [...]
Nonostante la fama che vorrebbe attribuire al Boyle la legge sui gas denominata appunto “legge di Boyle e Mariotte’’ [la pressione di un gas è in rapporto inverso col volume occupato], il nostro autore non formulò alcuna legge ma si limitò a suggerire spunti di ricerca, a raccogliere numerose e ricche osservazioni e a descriverne minutamente le mutazioni più disparate. Come ben rileva il Kuhn a proposito di Bacone, anche per il Boyle è valido il criterio delle “leggi differite’’, nel senso che tutta l’opera sperimentale boyliana è una raccolta di dati che i posteri potranno tradurre in leggi, ma di cui sarebbe prematuro individuare un comportamento uniforme e costante: i fenomeni naturali sono caratterizzati dalla mutevolezza e dalla instabilità e, quindi, ogni generalizzazione rischierebbe di essere precaria.
Potremmo sintetizzare le tematiche boyliane secondo uno schema apparentemente semplicistico, ma nondimeno utile […]: 1) le opere dedicate al problema dell’aria; 2) gli studi relativi alle qualità dei corpi (struttura della materia); 3) le ricerche alchimistiche; 4) gli scritti di medicina. In queste quattro categorie molto generali si articola l’operato del Boyle, anche se esse rispondono tutte a un principio unitario a cui possono essere ricondotte: l’ideale utilitaristico della scienza. […]
Le concezioni alchimistiche del Boyle e, soprattutto, la sua disamina del concetto di elemento possono essere approfondite con la lettura del Capitolo primo del The Sceptical Chymist. […] Bisognerà però tenere presente che “elemento”, per il Boyle, è ancora il corpuscolo o l’atomo […]. Si tratta dunque di un aspetto della storia dell’atomismo, con la variante che tali atomi sono considerati in funzione delle reazioni chimiche. […]
L’interesse boyliano per la fisiologia è testimoniato anche dalla pubblicazione di un’altra opera, The Porosity of Bodies (1684), dove l’autore esamina le caratteristiche della struttura della pelle e, in modo particolare, la pressione osmotica esercitata nello scambio di sostanze attraverso le membrane. Partendo dalle osservazioni già descritte da Santorio, il Boyle studia la funzione dei pori nella traspirazione”.
(Clelia Pighetti, Boyle: la vita, il pensiero, le opere, Milano, Accademia, 1978)

Gottfried Wilhelm Leibniz (Leipzig 1646 – Hannover 1716)
Leibniz si misura sin da ragazzo con la logica aristotelica e la teoria della conoscenza con l’ambizione di migliorarle. Il progetto leibniziano di realizzare un grande inventario enciclopedico delle arti si richiama a Bacone piuttosto che a Cartesio: alla “solitudine cartesiana”, Leibniz oppone una universale “repubblica degli spiriti.”
La sua attività di diplomatico gli permette di viaggiare in Europa e di venire in contatto con il mondo scientifico e filosofico di Londra e Parigi. Nel 1671 pubblica Hypothesis physica nova. A Parigi nel 1672 ha occasione di approfondire studi di matematica e fisica sotto la direzione di Christiaan Huygens (1629-1695). Nell’anno successivo, compiendo una missione diplomatica a Londra, visita la Royal Society dove dà una dimostrazione della sua ancora incompleta macchina calcolatrice. Torna nel 1675 a Parigi dove sviluppa i contenuti essenziali della sua versione del calculus.
Per circostanze accidentali (difficoltà nelle comunicazioni postali), nasce la ben nota polemica tra Leibniz e Newton quali creatori del calcolo. Polemica che avrà importanti ripercussioni nello
sviluppo scientifico continentale e insulare.
Nei lavori di Leibniz sulla dinamica – termine da lui coniato - vengono criticate le idee di Cartesio. Nella prospettiva di Leibniz il cartesianesimo si configura come materialismo o meccanicismo. La sua giovanile adesione al meccanicismo e la conseguente spinta verso le matematiche vengono superate nella ricerca successiva sulle basi ultime del meccanicismo e le leggi del moto, segnando un ritorno alla metafisica. La critica di Leibniz si rivolge ai fondamenti stessi del meccanicismo: la riduzione della materia ad estensione; la costituzione corpuscolare della materia e la sua divisibilità in atomi indivisibili; la passività della materia; la distinzione del mondo della materia e quello del pensiero.
(Paolo Rossi, La nascita della scienza moderna in Europa, Bari, Laterza, 2009)
(Paolo Rossi, I filosofi e le macchine (1400-1700), Milano, Feltrinelli 1971)

Isaac Newton (Woolsthorpe 1643 – London 1727)
Isaac Newton nacque a Woolsthorpe, nel Lincolnshire il 25 dicembre 1643. Dal 1661 studiò presso il Trinity College, che già allora godeva di una grande reputazione in tutta l’Inghilterra. Dopo poco tempo Newton dovette abbandonare Cambridge per la famosa pestilenza e, rifugiatosi in campagna, si trovò libero di meditare sulle questioni naturali e diede alla luce in questo periodo gran parte delle sue scoperte più brillanti.
Newton entrò ben presto nel corpo docente dell’università di Cambridge ed ebbe una carriera a dir poco fulminante; ciascuna delle numerose scoperte che fece sarebbe bastata da sola ad assicurargli un posto di rilievo nella storia della scienza. In
particolare, nel 1672 il fisico, non ancora trentenne venne nominato membro della Royal Society di Londra dal re Carlo II: un’onorificenza grandissima. Giunto all’età di 50 anni, nel 1689 fu dapprima deputato nella rappresentanza dell’Università di Cambridge, poi nel 1696 divenne ispettore e successivamente direttore generale della Zecca; si trasferì, quindi, in veste di alto funzionario a Londra, ove diventò sir nel 1705. Morì il 20 marzo 1727 ed il suo funerale si svolse con tutti gli onori. Fu inumato nella cattedrale di Westminster accanto alle salme dei grandi d’Inghilterra.
Intorno al 1660 Newton si trova davanti a due teorie efficaci ma separate: la teoria kepleriana per i moti celesti e la legge di caduta dei gravi galileiana per i corpi terrestri. Il problema è la loro unificazione. Compito arduo, per le contrastanti teorie dinamiche. Infatti, per Keplero la rotazione su orbite ellittiche dei pianeti è mossa da una forza che emana dalla rotazione del sole, per Galileo i pianeti si muovono senza alcuna sollecitazione, semplicemente perché il moto rotatorio è “naturale”. Inoltre a fronte di queste teorie c’è quella cartesiana, per cui il moto naturale è rettilineo, le rotazioni planetarie avvengono a causa di vortici che animano lo spazio (o meglio l’etere di cui è riempito).
A queste teorie cosmologiche è da aggiungere la novità strepitosa della scoperta di William Gilbert (1540-1603): la terra è una gigantesco magnete, e “l’effluvium” emesso attira a sé i corpi. Questa azione a distanza senza dubbio suggerisce l’idea dell’attrazione gravitazionale.
Eppure “è inconcepibile che la materia bruta sia animata, senza la mediazione di altra cosa che non sia materiale, agisca su altra materia senza mutuo contatto […] La gravitazione deve essere provocata da un agente che agisce costantemente secondo leggi determinate, ma quanto a sapere se tale agente è materiale o immateriale, lo lascio ai miei lettori” (Philosophiae naturalis principia mathematica). Comunque si interpreti la natura della forza, il problema è quello di rendere compatibile questa attrazione col fatto che i pianeti e tutto il sistema stellare nel loro moto non collassano in un sol punto. La risoluzione di questo problema secondo quanto afferma Newton è trovata con questa successione di scoperte avvenute nell’annus mirabilis:“All’inizio dell’anno 1665, trovai il Metodo di approssimazione della serie e la Regola per ridurre ogni dignità (leggi potenza) di qualsiasi binomio. Nel maggio dello stesso anno trovai il metodo delle Tangenti […]. Nel novembre il metodo diretto delle flussioni (leggi: il calcolo differenziale); nel maggio seguente mi addentrai nel metodo inverso delle flussioni (leggi: il calcolo integrale). Nello stesso anno, cominciai a pensare di estendere la gravità all’orbita della Luna e dopo aver trovato come valutare la forza con cui un globo che ruota entro una sfera preme sulla superficie della sfera (leggi: la forza centrifuga, la cui formula era già stata prodotta da Huygens, in Horologium Oscillatorium), dalla regola di Keplero secondo la quale i tempi periodici sono in proporzione sesquilatera con le loro distanze dal centro delle rispettive orbite (leggi: la terza legge di Keplero), dedussi che le forze che trattengono i pianeti nelle loro Orbite debbono stare fra loro come i quadrati delle distanze dei pianeti stessi dai centri intorno ai quali ruotano; e perciò confrontai la forza richiesta per trattenere la Luna nella sua orbita con la forza di gravità alla superficie della Terra, e trovai che corrispondevano quasi esattamente. Tutto ciò avvenne nei due anni della peste 1665-1666.’’
Le leggi di Keplero possono ora essere dedotte, a partire dalla legge del moto in campo gravitazionale, e viceversa la legge di gravitazione Newtoniana è ricavabile se si impone il moto su orbita ellittica, regolato dalle altre due Leggi di Keplero. Inoltre ogni oggetto sul globo terrestre si comporta come se venisse attratto da tutta la massa della Terra concentrata nel suo centro.
La nuova era della Meccanica è iniziata. Le quattro leggi fondamentali, la Legge di Inerzia, la legge dell’Accelerazione, la legge di Azione e Reazione, la Legge di Gravitazione forniscono ormai il quadro certo. Ai successori il compito di assiomatizzare la Meccanica e sviluppare gli strumenti analitici, in primis per affrontare lo studio del problema dei tre corpi.
(John Stachel (a cura di) L'anno memorabile di Einstein: i cinque scritti che hanno rivoluzionato la fisica del novecento, Bari, Dedalo, 2001)