La Rivoluzione nella Scienza © Valerio Nuzzo

La nascita della nuova scienza Come ogni prodotto dell’attività umana, anche la scienza moderna nasce in un contesto storicamente determinato: Scienza e Società Stati nazionali e civiltà urbano-borghese Scienza e Tecnica Alleanza tecnici-scienziati e invenzioni Scienza e Rinascimento Libertà di ricerca, ritorno all’antico e naturalismo Scienza e Scienziati Fattore genio

I protagonisti Copernico Brahe Keplero Bruno Galilei Newton

La tradizione culturale Gli avversari La tradizione culturale rappresentata soprattutto dagli aristotelici, in quanto custodi: della visione cosmologica aristotelico-tolemaica della concezione finalistica ed essenzialistica della realtà, propria della metafisica greca e cristiana La teologia cristiana rappresentata dalla gerarchia ecclesiastica, in quanto custode: della validità della parola divina espressa nella Bibbia della visione cosmologica e del pensiero di Aristotele, su cui Tommaso aveva fondato l’intera filosofia cristiana La testimonianza dei sensi, l’autorità di Aristotele, i teoremi della metafisica e la parola divina della Bibbia, avevano finito per attestare la validità assoluta del sistema aristotelico-tolemaico PRINCIPIO DI AUTORITÀ

Aristotele e Tolomeo (384-322 a.C.) (90-168 d.C.) Una pietra gettata nello stagno, un bicchiere d’acqua che cade, un fuoco e la sua fiamma Distinzione tra moto naturale e moto violento Distinzione tra mondo terrestre e mondo celeste Mondo terrestre = moto rettilineo (mutevole) Mondo celeste = moto circolare (immutabile) Aristotele Maggior astronomo dell’antichità, autore dell’ Almagesto Diede una spiegazione matematica a tutti i fenomeni celesti in accordo con il cosmo teorizzato da Aristotele (a sfere concentriche), attraverso il ricorso ad artifici come gli epicicli Tolomeo

Il Sistema aristotelico-tolemaico Terra Luna Mercurio Venere Sole Marte Giove Saturno Stelle Tale sistema condensava secoli di osservazioni in una struttura molto complessa, frutto di una lunga evoluzione

Universo degli antichi e medievali GEOGENTRICO al centro era la Terra, attorno a cui si pensava ruotassero le sfere contenenti i pianeti UNICO la teoria dei luoghi naturali, allocando ogni materia in un determinato luogo, ammetteva un unico mondo possibile CHIUSO immaginato come una sfera limitata dal cielo delle stelle fisse, oltre il quale non c’era nulla, neppure il vuoto FINITO non solo perché chiuso, ma anche perché l’infinito era considerato come impossibile CONCENTRICO fatto di sfere concentriche, ritenute reali: sfera delle stelle fisse, di Saturno, Giove, Marte, Sole, Venere, Mercurio e Luna DIFFERENZIATO qualitativamente differenziato in quanto diviso in mondo Sopralunare e in mondo Sublunare (fisica distinta) NECESSITÀ DEL MOTO CIRCOLARE UNIFORME

Niccolò Copernico (1473-1543) Cracovia. Si specializzò a Bologna, Nacque a Torun in Polonia. Studiò a Cracovia. Si specializzò a Bologna, dove fu allievo dell’astronomo Novara Tornato in Polonia, si dedicò agli studi astronomici, finalizzati alla riforma del calendario giuliano, da cui trasse il suo “De revolutionibus orbium coelestium” In quest’opera presentò la sua teoria eliocentrica, che scardinò il geocentrismo, poiché solo ammettendo il moto terrestre si poteva dare una spiegazione più semplice ai fenomeni celesti Per sua stessa ammissione riprese l’eliocentrismo dei pitagori- ci e di Aristarco di Samo, argomentandolo più rigorosamente

Il Sistema copernicano MOTO TERRESTRE di rotazione attorno a se stessa e di rivoluzione attorno al Sole Ammette: MOTI APPARENTI del Sole e dei pianeti dovuti proprio alla rotazione della Terra su se stessa Unico, Chiuso, Finito, Differenziato, Concentrico Ma… non abbandona la vecchia immagine di un Universo NECESSITÀ DEL MOTO CIRCOLARE UNIFORME

Gli ostacoli al copernicanesimo Il copernicanesimo era in aperto contrasto con la parola della Bibbia, che in più passi offriva la conferma del geocentrismo, in particolare: “Fermati, o Sole, su Gabaon e tu Luna, sulla valle di Aialon!” (Giosuè, X, XII) La Chiesa condannò il copernicanesimo (1616), che in più violava il principio “subalternatio scientiarum” Andrea Osiander, senza il consenso dell’autore, premise al suo capolavoro una prefazione in cui sosteneva la natura ipotetica e matematica della dottrina (strumentalismo), negando che essa fosse una riproduzione fedele della realtà (realismo), come invece credeva Copernico

Prime obiezioni e applicazioni del copernicanesimo Se la terra si muove, perché non provoca il lancio di oggetti lontano dalla sua superficie e perché non solleva un vento in direzione opposta al suo movimento? Perché i corpi pesanti (gravi) cadono sulla superficie di una terra in movimento e perché cadendo non si spostano in direzione opposta al suo movimento? La maggiore semplicità di calcolo che la nuova teoria offriva, trovò la sua prima applicazione nella stesura delle Tavole Pruteniche (1551), ad uso dei naviganti, da parte di Erasmo Reinhold (strumentalista)

Il moto retrogrado di Marte secondo il modello tolemaico

Il moto retrogrado di Marte secondo il modello copernicano

Thyco Brahe (1546-1601) nudo della storia, fondatore dell’osserva- È stato il più grande astronomo ad occhio nudo della storia, fondatore dell’osserva- torio di Uraniborg in Danimarca Ideò un terzo sistema (detto ticonico), per salvare sia la teoria copernicana, più semplice, che quella aristotelico- tolemaica, in accordo con la Bibbia Secondo tale sistema, che riprese da Eraclide Pontico, i pianeti girano attorno al Sole, mentre il Sole gira a sua volta attorno alla Terra posta al centro del mondo Osservando la nascita di una nuova stella e il passaggio di una cometa, mise in discussione l’idea d’immutabilità del cielo

NECESSITÀ DEL MOTO CIRCOLARE UNIFORME Il Sistema tychonico Nega la realtà delle sfere solide dell’astronomia antica, attuando il passaggio da concetto di orbe a quello di orbita Geocentrico Unico, Chiuso, Finito Ma… non abbandona la vecchia immagine di un Universo NECESSITÀ DEL MOTO CIRCOLARE UNIFORME

Giovanni Keplero (1571-1630) Aderì fin da giovanissimo al copernicane- simo, fu allievo e successore di Brahe alla carica di matematico imperiale a Praga Studiando le carte lasciate da Brahe e proseguendone le osservazioni, elaborò le tre leggi sul movimento dei pianeti, ancora oggi note come Leggi di Keplero Con esse Keplero dimostrò che l’orbita dei pianeti è un ellisse e che, variando la loro velocità nel descriverla, essi si muovono di moto non uniforme Ad esse vi giunse solo abbandonando, per primo, il più antico e solido pregiudizio ereditato dall’antichità, secondo cui ai pianeti non poteva che competere il moto circolare uniforme

Le Leggi di Keplero Unico, Chiuso, Finito Prima legge Le orbite dei pianeti sono delle ellissi con il Sole in uno dei due fuochi Unico, Chiuso, Finito Ma… non abbandona la vecchia immagine di un universo Abbandona l’antico dogma della necessità del moto circolare uniforme Seconda legge Il raggio vettore che unisce il pianeta al Sole spazza aree uguali in tempi uguali Terza legge I []2 dei tempi di rivoluzione di qualunque coppia di pianeti sono proporzionali ai []3 delle loro distanze medie dal Sole Esiste una relazione tra le velocità dei pianeti a conferma di un ordine geome trico del cosmo SENZA QUESTE LEGGI NEWTON NON AVREBBE ELABORATO LA TEORIA DELLA GRAVITAZIONE UNIVERSALE

Giordano Bruno (1548-1600) collegio domenicano, dove crebbe come Nacque a Nola, frequentò a Napoli il collegio domenicano, dove crebbe come ragazzo prodigio per la sua memoria Entrato in contrasto con gli ambienti ecclesiastici, iniziò a vagare per l’Europa come araldo di una nuova visione dell’ universo di chiara matrice copernicana Non essendo uno spirito moderno (utilizzava strumenti extra- scientifici) Brahe, Keplero e Galileo rifiutarono le sue idee Maturò però delle idee che non furono il frutto di osservazioni astronomiche o calcoli matematici, ma di geniali intuizioni a sostegno dell’infinità dell’universo e della pluralità dei mondi L’inquisizione lo processò come eretico e lo condannò al rogo

Le idee cosmologiche di Bruno: dall’Universo antico al moderno “Come poterono pensare che fossero racchiuse in uno spazio limitato tutte le cose che, infinite, ovunque possono succedersi sempre in tanto grandi ed in tanto vasti spazi?” RIFIUTO DELL’UNIVERSO CHIUSO UNICO E FINITO Abbattimento delle mura esterne dell’Universo: abbandono dell’idea di un Universo CHIUSO “Sono dunque soli innumerabili, sono terre infinite che similmente circuiscono quei soli, come veggiamo queste sette circuire questo sole a noi vicino” Ammissione di una pluralità di mondi: abbandono dell’idea di un Universo UNICO “Così si magnifica l’eccellenza di Dio, si manifesta la grandezza de l’imperio suo: non si glorifica in uno, ma in soli innumerevoli: non in una terra, un mondo, ma in duecentomila, dico infiniti” Ammissione di un Universo infinto in cui non esiste un punto di riferimento assoluto, alcun centro: abbandono dell’idea di un Universo FINITO

Galileo Galilei (1564-1642) Nacque a Pisa. Attratto fin dalla tenera età dalle discipline scientifiche, ottenne a soli 28 anni la cattedra di matematica a Padova Il 1609 segna una tappa decisiva nella sua vita. Proprio quell’anno infatti puntò verso il cielo il cannocchiale da lui stesso costruito ai fini della ricerca astronomica Nel 1616 ricevette dal cardinale Bellarmino l’ammonizione a non difendere la teoria copernicana, ma nel 1632 per i contenuti del «Dialogo…» incappò in un processo che gli costò l’abiura e il carcere a vita, tramutato nel confino di Arcetri. Morì cieco Le scoperte che ne seguirono, rese note nel Sidereus Nuncius (1610), offrirono le prove del copernicanesimo, procurandogli potenti nemici, come gli aristotelici ma soprattutto la Chiesa

Il «Sidereus Nuncius» e le prove del copernicanesimo Le montagne lunari: Galileo scoprì che la Luna non è perfettamente sferica come sostenevano gli antichi, ma presenta una superficie montuosa come la Terra, a riprova dell’omogeneità tra mondo sublunare e mondo celeste Le macchie solari: Galileo scoprì che il Sole presentava sulla sua superficie delle chiazze scure, indice del fatto che esso era soggetto al divenire come la Terra, a riprova della mutevolezza del mondo celeste Le fasi di Venere: da questa scoperta Galileo fu indotto a pensare che Venere ricevesse la luce dal Sole girandovi attorno, proprio come la Terra, e che quindi era un corpo opaco (privo di luce propria) al pari degli altri pianeti I pianeti medicei: Galileo scoprì i 4 satelliti di Giove, battezzati pianeti medicei, che ruotavano attorno ad esso proprio come la Luna attorno alla Terra, confutando in tal modo l’idea che l’Universo avesse un solo centro

Il «Dialogo intorno ai due massimi sistemi del mondo» Le scoperte fatte col cannocchiale non quietarono i sostenitori del vecchio sistema e proprio per questa ragione Galileo scrisse nel 1632 il «Dialogo…» Esso si svolge tra tre personaggi: il copernicano Salviati, l’aristotelico Simplicio e lo spirito libero Sagredo, ed avviene in quattro giornate Cannocchiale di Galileo Le prime due giornate sono dedicate alla distruzione della cosmologia aristotelica ed in particolare alla confutazione degli argomenti contro il moto terrestre Se la terra si muove, perché non provoca il lancio di oggetti lontano dalla sua superficie e perché non solleva un vento in direzione opposta al suo moto? Perché i corpi pesanti cadendo sulla Terra non si spostano in direzione opposta al suo movimento?

Il principio di relatività del moto locale Ad essi Galileo rispose con un celebre esempio: Immaginiamo di trovarci nella stiva di una nave e di osservare in essa la presenza di mosche, farfalle e di un secchio da cui cade goccia a goccia acqua dentro un catino dalla bocca stretta, se la nave si muove a qualunque velocità «purché il moto sia uniforme e non fluttuante in qua e in là, voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti, né da alcuno di quelli potrete comprendere se la nave cammina o pure sta ferma» Galileo espose così il suo principio di relatività del moto locale, per il quale tutto ciò che si trova sulla Terra partecipa del suo stesso moto e dalle osservazioni compiute al suo interno non si può stabilire se essa sia ferma oppure si muova

La prova galileiana del moto terrestre Nella quarta giornata Galileo espose l’argomento positivo per dimostrare il moto della Terra, facendo ricorso al fenomeno delle maree Prendendo però un terribile abbaglio, poiché con questo argomento non fece altro che contraddire proprio il principio di relatività poc’anzi enunciato Il moto terrestre fu dimostrato solo nel 1851 dal fisico Focault che al Pantheon di Parigi condusse un esperimento in cui riuscì (con un complicato sistema) a sganciare un pendolo dal piano su cui era appeso, dimostrando che il moto apparente del pendolo, che frattanto aveva iniziato a ruotare, altro non era che il moto stesso della Terra

Le ragioni del processo Realismo: Galileo rifiutò sempre di presentare le sue teorie come semplici ipotesi (strumentalismo), come invece gli era stato suggerito dal Card. Bellarmino, sostenendo al contrario che le sue scoperte e teorie descrivevano la realtà per come essa è (realismo) Autonomia della Scienza: nelle Lettere copernicane Galileo sostenne che la natura, oggetto della scienza, e la Bibbia, base della religione, derivavano entrambe da Dio e non potevano contraddirsi, ma accadendo i contrasti dovevano risolversi rivedendo l’interpretazione della Bibbia, poiché essa insegna “come si vadia in cielo e non come vadia il cielo” Libertà di ricerca: fondata sul metodo sperimentale fatto da sensate esperienze e certe dimostrazioni. Con l’esperimento (mentale o reale che sia) i dati dell’osservazione sono sottoposti all’esame della ragione RIFIUTO DEL PRINCIPIO DI AUTORITÀ

Galileo tra leggi fisiche ed errori Galileo fece decisive scoperte in campo astronomico ma soprattutto fisico. Con i suoi studi sulla caduta dei gravi giunse alla determinazione del 2° principio della dinamica. Infatti… dimostrò che il moto di un corpo in caduta libera è uniformemente accelerato indipendentemente dalla forma, dalla materia e dal peso (per Aristotele dal peso di un corpo dipendeva la velocità) Giunse a determinare oltre al principio di relatività del moto locale anche quello d’inerzia, per cui tutti i corpi conservano il proprio stato di quiete o di movimento a meno che non intervenga una forza esterna Commise però l’errore di considerare l’inerzia come riferita al moto circolare e non al moto rettilineo uniforme, credendo così che l’orbita dei pianeti fosse circolare e soprattutto che ciò bastasse a spiegare il loro movimento nello spazio. Pesò l’antico dogma della circolarità

Isaac Newton (1642-1727) e il nuovo paradigma La grandezza di Newton sta nell’aver unificato in una sola formula la forza che mantiene i pianeti nella loro orbita e quella che fa cadere i gravi sulla Terra, di aver unificato cioè le leggi di Keplero e quelle di Galileo. Newton infatti… Newton dopo aver determinato i tre principi della dinamica e notato che il movimento dei pianeti nella loro orbita poteva essere pensato come una caduta continua… giunse a formulare la Legge della gravitazione universale: i corpi si attraggono proporzionalmente al prodotto delle masse e in ragione inversa del quadrato delle distanze F = G m1m2 /r2 definendo così un nuovo paradigma a conferma dell’eliocentrismo

I caratteri della nuova Scienza Dalla rivoluzione scientifica e soprattutto da Galileo emerse un nuovo modo d’intendere la natura e lo studio di essa, emerse cioè una nuova concezione della… NATURA SCIENZA Ordine oggettivo Ordine causale Insieme di relazioni Insieme di leggi Sapere sperimentale Sapere matematico Saper intersoggettivo Saper oggettivo

William Herschel (1738-1822) e la scoperta di Urano © Liborio Dibattista Nel 1781 l’astronomo William Herschel riuscì ad individuare casualmente il 7° pianeta del sistema solare, cui fu dato il nome di Urano La scoperta diede la prima conferma della fecondità del paradigma newtoniano della gravitazione univ.le Ben presto però ci si avvide che l’orbita di Urano presentava alcune anomalie rispetto a quanto si era previsto applicando il paradigma. Era necessario… …o correggere la legge di gravitazione universale modificando l’esponente di r …o trovare un altro pianeta che interferendo con la propria massa su Urano ne mutasse la descrizione dell’orbita intorno al Sole

Adams e Le Verrier alla caccia dell’ 8° pianeta John Adams (1819-1892), matematico a Cambridge, si occupò del problema dal 1843 e sulla base dei suoi calcoli previde il passaggio del pianeta in un preciso punto dello spazio per il 30-09-1845, ma… …. Airy, direttore dell’osservatorio di Greenwich, cui Adams si era rivolto, chiese chiarimenti e temporeggiò Urbain Jean-Joseph Le Verrier (1811/1877), indipendentemente da Adams, annunciò i suoi calcoli alla AS di Parigi nel 1845 e pubblicò le “Ricerche sui movimenti di Urano” nel 1846 Airy lesse Le Verrier e si convinse, dando così l’incarico all’astronomo Challis dell’osservatorio di Cambridge di cercare il pianeta

Le Verrier scopre Nettuno ma… Le Verrier, dopo un inane tentativo a Parigi si rivolse all’astronomo Galle, dell’osservatorio di Berlino, che il 23-09-1846 individuò l’8° pianeta, ma ad 1° di distanza rispetto alle previsioni Le Verrier pretese di chiamarlo col suo nome, optando poi per Nettuno Circa un mese prima Challis aveva visto una strana stella , ma solo dopo la comunicazione di Galle capì che aveva visto il nuovo pianeta Ne nacque un’accesa disputa scientifica, in cui il maggiore astronomo del tempo William Herschel jr parteggiò per Adams, mentre La Royal Society conferì la medaglia Copley a Le Verrier Solo nel 1847 si stabilì la co-paternità della scoperta

Il problema della precessione del perielio di Mercurio Successive osservazioni del sistema mostrarono il verificarsi di uno strano fenomeno, noto come la precessione di Mercurio Si notò, infatti, che il perielio di Mercurio tendeva a spostarsi di 500” a secolo, di cui 43’’ inspiegabili Per dare spiegazione al fenomeno vennero avanzate varie ipotesi: Le Verrier, visto il buon esito della prima ricerca, tentò di trovare un altro pianeta tra il Sole e Mercurio: Vulcano. Ma… fallì Altri sostennero la presenza non di un pianeta ma di un anello di asteroidi. Ma… fallirono Si pensò di correggere Newton cambiando l’esponente di r Invece…

La soluzione: cambio di paradigma La relatività generale di Einstein Einstein utilizzerà geometrie non euclidee per ipotizzare un universo illimitato ma finito, in cui la materia si incurverebbe su se stessa similmente ad una sfera illimitatamente percorribile