Lo “spettro odioso” La fisica di Kelvin contro l’evoluzionismo di Darwin

Il tempo della Bibbia In principio Dio creò il Cielo e la Terra, e questo evento ebbe luogo il 23 ottobre dell’anno 4004 prima della nostra era James Ussher (1581-1656) 1650

La storia biblica della terra The original of the Earth from a Chaos The state of Paradise, and the Ante-diluvian World The Universal Deluge The Universal Conflagration The Renovation of the World, or the New Heavens and New Earth The Consummation of all things Thomas Burnet (1635-1715) 1681

La storia naturale di Buffon “E’ il tempo il grande artefice della natura” Georges-Louis Leclerc Count de Buffon (1707-1788)

Epoques de la nature Lorsque la Terré et les Planètes ont pris leur forme Lorsque la matière s’étant consolidée a formé la roche intérieure du globe, ainsi que les grandes masses vitrescibles qui sont à sa surface Lorsque les Eaux ont couvert nos Continens Lorsque les Eaux se sont retirées, et que les Volcans ont commencé d’agir Lorsque les Éléphans et les autres Animaux du Midi ont habité les terres du Nord Lorsque s’est faite la séparation des Continens Lorsque la puissance de l’Homme a secondé celle de la Nature

Il problema dei fossili Pietre di forma bizzarra o testimonianza di antiche forme di vita?

James Hutton (1726-1797) THEORY of the EARTH; or an INVESTIGATION of the Laws observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land upon the Globe.   By JAMES HUTTON, M.D. F.R.S. EDIN. and Member of the Royal Academy of Agriculture at PARIS. Transactions of the Royal Society of Edimburgh, 1788 [1785]

La macchina del mondo di Hutton Erosione Erosione Erosione Trasporto al mare Trasporto al mare Trasporto al mare Sollevamento "No vestige of a beginning, no prospect of an end" CALORE CALORE CALORE Conversione in rocce Conversione in rocce Conversione in rocce Stratificazione Stratificazione Stratificazione

William Smith (1769-1839) 1815

Uniformismo e catastrofismo J. Hutton (1727-1797) A. Werner (1749-1817) C. Lyell (1797-1875) G. Cuvier (1769-1832)

Geologia ed evoluzionismo biologico a inizio ‘800 Erasmus Darwin (1731-1802) Georges Cuvier (1769-1832) Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829)

Charles Lyell (1797-1875) 1830-1833

L’origine delle specie Charles Darwin (1809-1882) 1859

Geologia uniformista ed evoluzione "Chi ha letto la grande opera di Sir Charles Lyell sui Principi della Geologia […] e continua a non accettare che le epoche del tempo passato siano state incredibilmente vaste, può senz'altro chiudere questo libro" C. Darwin, The Origin of Species (1859)

Lo "scandalo" dell'Origine delle specie Il dibattito sulla teoria di Darwin al congresso della BAAS del 1860 ad Oxford Sabato, 30 giugno 1860 Samuel Wilberforce Thomas Huxley

"Ridicola spazzatura" James P. Joule “Mi fa piacere vedere che lei è così pronto a mettere in ridicolo questa spazzatura gettata recentemente tra la gente. Non che Darwin sia tanto da biasimare, credo infatti che egli non aveva intenzione di pubblicare una teoria definitiva, ma piuttosto indicare le difficoltà da risolvere [...] Sembra che oggi la gente si interessi solo a ciò che appare sorprendente. E nulla è più attraente di persone che predicano contro l‘utilità della preghiera e di filosofi che trovano un legame tra gli esseri umani e le scimmie o i gorilla” J. P. Joule, lettera a W. Thomson, 13 maggio 1861

Fisica e geologia "Davvero voi geologi condividete tutti l'opinione di Darwin sull'enorme durata delle epoche geologiche? Se è così, credo che dobbiate trovare un modo per far sì che le vostre antiche piante e gli antichi animali possano avere vissuto senza il sole" W. Thomson, lettera a J. Phillips (7 giugno 1861)

Tempi geologici Weald "I calcoli di Darwin sono qualcosa di assurdo […] Nessun geologo che si cimenti in questo tipo di calcoli attribuisce alcun valore a questo risultato“ J. Phillips, lettera a Thomson (21 giugno 1861) John Phillips (1800-1874)

L’arma della termodinamica On the dynamical theory of heat (1851) On a universal tendency in nature to the dissipation of mechanical energy (1852) William Thomson (1824-1907) Baron Kelvin of Largs nel 1892

Le implicazioni del secondo principio Nel mondo materiale si ha una continua dissipazione di energia meccanica Ogni recupero locale di energia meccanica è possibile solo attraverso una dissipazione maggiore altrove La vita umana era impossibile in un passato più o meno lontano, e diverrà impossibile in un futuro più o meno lontano (“a state of universal rest and death”) W. Thomson, “On a universal tendency in nature to the dissipation of mechanical energy” (1852)

Tempo geologico e termodinamica La "macchina del mondo" della geologia uniformista è in contraddizione con l'irreversibilità dei processi fisici postulata dal secondo principio della termodinamica Il passato non può essere uguale al presente Il tempo della geologia deve essere coerente con il tempo della fisica

L'attacco di Thomson alla geologia uniformista di Lyell Due interventi al congresso della BAAS, nel settembre 1861 a Manchester. "On the age of the sun's heat", Macmillan's Mag., 55 (1862), 288-293. "On the secular cooling of the earth", Philosophical Mag., 25 (1863), 1-14.

Il calore del sole L’ipotesi meteorica di Thomson (1854) Intorno al 1860 Thomson si converte alla teoria gravitazionale L’ipotesi gravitazionale di Helmholtz (1854)

L’età del sole (1862) “E probabile che un milione di anni fa [il sole] sia stato significativamente più caldo di ora […] E’ molto improbabile che il sole abbia illuminato la terra per 100 milioni di anni, e quasi certamente non lo ha fatto per 500 milioni di anni” W. Thomson, "On the age of the sun's heat“ (1862)

L’età del sole (1887) “Sarebbe estremamente avventato assumere come probabile più di 20 milioni di anni di luce solare nella storia passata della terra” Quanto al futuro, non è ragionevole aspettarsi “più di cinque o sei milioni di anni di luce solare” W. Thomson, “On the sun’s heat“ (1887)

Il raffreddamento della terra Osservazioni nelle miniere mostrano che la temperatura della crosta terrestre aumenta con la profondità La terra come un corpo originariamente caldo che si va raffreddando lentamente lungo tutta la sua storia William Hopkins (1793-1866)

L'errore di Lyell (e Darwin) “Per diciotto anni mi sono chiesto come fosse possibile che i principi fondamentali della termodinamica fossero stati dimenticati da quei geologi che […] sostengono non solo che oggi osserviamo sulla terra tutte le diverse forze che nel corso della storia geologica hanno portato alla modificazione della sua superficie, ma anche che tali forze non sono mai state più intense in passato […] di quanto non siano attualmente” W. Thomson, "On the secular cooling of the earth“ (1863)

L’età della terra La terra, inizialmente liquida incandescente, si è solidificata raffreddandosi (consistentior status) G. Leibniz La solidificazione è avvenuta tra 20 e 400 milioni di anni fa, più probabilmente tra 100 e 200 milioni W. Thomson, "On the secular cooling of the earth“ J. Fourier

Contro l’uniformismo “Non è tutto ciò in armonia con l’evidenza geologica, interpretata correttamente? […] Non è ragionevole pensare che l’energia dei vulcani, le scosse telluriche, ed ogni tipo di attività plutonica abbiano agito in generale in modo più violento nel passato geologico che nell’era attuale?” W. Thomson, "On the secular cooling of the earth“

Pietra tombale sull’uniformismo “Nessuna ipotesi su possibili azioni chimiche, fluidità interna, effetti della pressione a grandi profondità, o possibili caratteristiche specifiche della materia all’interno della terra che avesse il minimo di credibilità potrebbe mai giustificare l’ipotesi che la crosta terrestre è rimasta più o meno come oggi [per migliaia di milioni di anni] mentre la terra nel suo complesso perdeva una quantità di calore così grande” W. Thomson, “The ‘doctrine of uniformity’ in geology briefly refuted” (1867)

L’argomento delle maree La terra rallenta il suo moto di rotazione per effetto dell’attrito delle maree Il rallentamento è calcolabile in base alle variazioni del moto lunare La forma attuale della terra (solida) è determinata dal regime di forze centrifughe nel periodo in cui passava dallo stato fluido a quello solido Si ricava che la solidificazione è avvenuta circa 100 milioni di anni fa W. Thomson, “On geological time”, 1871 [1868]

Il fisico e il geologo (Congresso della BAAS, 1867) "Davvero lei crede che la storia geologica sia durata 1000 milioni di anni?" Sir William Thomson "Certamente si!" Sir Andrew Ramsay

"Il sole è un corpo di dimensioni finite "Il sole è un corpo di dimensioni finite. Si può sapere quante tonnellate pesa. Davvero lei crede che ha continuato a brillare per un milione di milioni di anni?" "10.000 milioni di anni?" "Io sono incapace di valutare e capire le ragioni che voi fisici avete per porre dei limiti al tempo geologico, così come voi siete incapaci di capire le ragioni geologiche delle nostre stime temporali illimitate" "Si"

L’attacco alla teoria di Darwin La limitatezza dei tempi geologici, imposta dai principi della fisica, rende impossibile il processo evolutivo della teoria Darwin I processi ereditari non possono portare alla stabilizzazione di un possibile carattere favorevole nella lotta per l’esistenza F. Jenkin, [Review of ] “The origin of species“ (1867) Fleeming Jenkin (1833-1885)

Una geologia “evoluzionista”? Archibald Geikie (1835-1924) James Croll (1821-1890)

Negli anni ’70 dell’Ottocento, i geologi si rassegnano ad allinearsi ai fisici, accettando un tempo geologico dell’ordine di 100 milioni di anni

La debole difesa di Huxley "La biologia trae il suo tempo dalla geologia […] Se l'orologio geologico è sbagliato, i naturalisti non dovranno fare altro che modificare in conseguenza le loro idee sulla rapidità del mutamento" Discorso alla Geological Society of London (1869) Thomas Huxley

La facile replica di Thomson "La limitazione della durata dei periodo geologici imposta dalla fisica non può, ovviamente, confutare l'ipotesi della trasmutazione delle specie. Essa appare però più che sufficiente per confutare la teoria secondo cui la trasmutazione avrebbe avuto luogo attraverso la 'discendenza con modificazione per selezione naturale'" Discorso alla Glasgow Geological Society (1869)

La capitolazione di Wallace I mutamenti dell'eccentricità dell'orbita terrestre hanno stimolato mutamenti del clima (glaciazioni) e questi, a loro volta, hanno accelerato il mutamento organico ed il processo evolutivo The measurement of geological time (1870) Alfred R. Wallace

La "sofferenza" di Darwin “Le idee di Thomson sulla recente età del mondo sono da qualche tempo una delle mie più dolorose preoccupazioni” Lettera a A. R. Wallace 14 aprile 1869

“Odious spectre” “Dovrei essere più che sicuro sul periodo pre-siluriano; ma ecco che arriva Sir W. Thomson come uno spettro odioso” Lettera a A. R. Wallace 12 luglio 1871

Tornare a Lamarck (e al nonno Erasmus) ? "E' probabile però, secondo quanto sostiene Sir WilliamThomson, che il mondo, in un periodo molto antico, era soggetto a mutamenti più rapidi e violenti nelle sue condizioni fisiche di quelli che accadono ora; e tali mutamenti avrebbero teso a indurre mutamenti altrettanto rapidi negli organismi esistenti a quel tempo" Origin of species, VI ed ultima edizione (1872)

La teoria della "pangenesi" Le cellule del corpo emettono minuscole particelle materiali (gemmule) che si raccolgono nelle cellule sessuali dell'organismo. Le cellule germinali che trasmettono i caratteri ereditari contengono ciò che ricevono da tutte le parti del corpo. Le modificazioni somatiche vengono quindi trasmesse alle cellule germinali e si trasferiscono alla prole. C. Darwin, Variation of animals and plants under domestication (1868)

Padri e figli George Darwin (1845-1912)

I dilemmi di George Darwin “Tra i molti eccezionali servizi resi alla scienza da Sir William Thomson, emerge il fatto di avere rivolto il faro (“searching light”) della teoria dell’energia sulla scienza della geologia […] Abbiamo molti buoni motivi per seguire Sir William Thomson quando dice che ‘lo stato attuale delle cose sulla terra, la vita su di essa e tutta la storia geologica che mostra la continuità della vita, deve essere limitata entro un periodo passato dell’ordine di 100 milioni di anni’ […] La nostra conoscenza circa la limitatezza del tempo geologico è ancora così imprecisa che faremmo male a rifiutare sommariamente le teorie che sembrano richiedere periodi di tempo più lunghi di tempo di quelli che oggi sembrano ammissibili” Discorso alla BAAS, 1886

Una lezione metodologica “In ogni campo della scienza, le ipotesi formano il nucleo intorno a cui si aggregano le osservazioni, e finché i fatti sono raccolti e coordinati dovremmo seguire la nostra teoria. Così, anche se vi sono delle inconsistenze con una scienza vicina, dovremmo sentirci giustificati se continuiamo a credere in una teoria, sperando che nuove conoscenze ci permettano a rimuovere le difficoltà. Non vi è alcun criterio circa il livello di inconsistenza che dovrebbe costringerci ad abbandonare una teoria, e non dovremmo dimenticare che molte opinioni sono state condannate senza esitazione, salvo poi scoprire che in esse stavamo osservando la verità da un altro punto di vista” Discorso alla BAAS, 1886 [conclusione]

L’impossibile accordo tra fisica e geologia Malgrado il tentativo di compromesso intorno a 100 milioni di anni per l’età della terra, nel corso degli anni ’90 dell’Ottocento la divaricazione tra il tempo della fisica e il tempo della geologia si allarga sempre di più. I fisici tendono a ridurre il loro dato fino a non più di 25 milioni di anni; geologi e paleontologi trovano sempre nuove conferme dei lunghissimi tempi geologici.

I dubbi del geologo “I fisici sono stati insaziabili con i geologi, come le figlie di Lear. Hanno tagliato senza pietà i loro anni pezzo dopo pezzo. Ora Lord kelvin è disposto a concederci più o meno 20 milioni di anni, e il prof. Tait ci verrebbe felici con meno di 10 milioni […] Il mulino della matematica è certamente una macchina ammirevole, ma […] il valore di ciò che produce dipende dalla qualità di ciò che ci si mette dentro […] Non ho dubbi sul fatto che ci deve essere qualche errore nell’argomentazione fisica” A. Geikie, BAAS meeting 1892 (Edimburgh)

“Ci sono più cose in cielo e in terra di quante non ne sogni la tua filosofia…” Ernest Rutherford Henri Becquerel La scoperta della radioattività (1896) fornisce una nuova, e quasi inesauribile fonte di calore terrestre e di energia solare Pierre e Marie Curie

“Ci sono più cose in cielo e in terra di quante non ne sogni la tua filosofia…” Carl Correns Gregor Mendel La (ri)scoperta delle leggi di Mendel (1866, 1900) fornisce la chiave per la comprensione dell’ereditarietà Erich Tschermak Hugo De Vries

Ma questa è un’altra storia …