Galileo e la nascita della scienza moderna

Ricomincio a scrivere di fisica. Con il mio nuovo lavoro (sono uno dei nuovi professori in forza alla scuola italiana) mi è parso interessante pubblicare le mie lezioni di fisica, per lo meno le più interessanti.

Oggi voglio raccontarvi una storia. Parla di come siamo diventati la società che siamo, una società moderna, scientificamente e tecnologicamente avanzata, una società che non si basa più su superstizioni e paure irrazionali. O almeno la società che potremmo essere in un mondo perfetto.

Il punto di svolta che ha innescato questa trasformazione è dovuto alla curiosità e alle attività di Galileo Galilei, scienziato nato a Pisa nel 1564. La famiglia lo iscrive alla facoltà di medicina di Pisa, ma Galileo è irruente, indisciplinato, insomma, un pessimo studente. D’altronde a lui non interessa la medicina, apprezza molto di più la matematica. L’unico corso che segue all’università è probabilmente quello di fisica tenuto dall’aristotelico Bonamici. Nel frattempo Galileo studia come autodidatta la geometria degli antichi greci (Euclide, Archimede) e si diletta con esperimenti di meccanica.

Fino a Galileo i fenomeni del mondo fisico erano spiegati dalla filosofia naturale di Aristotele (quella che poi divenne la fisica). Per prima cosa bisogna sottolineare come secondo la tradizione aristotelica fosse possibile determinare tutte le leggi che governano l’universo mediante il solo ragionamento logico. Non era necessario verificare tramite osservazioni quelli che erano comportamenti evidenti.

Per gli aristotelici esisteva una fisica terrestre separata da quella celeste poiché i due mondi sono irriducibilmente diversi. Tanto ordinati, regolari e descrivibili matematicamente i moti degli oggetti celesti, quanto irregolari e descrivibili solo qualitativamente i moti degli oggetti sulla terra. Gli aristotelici inoltre non si limitavano a descrivere i fenomeni fisici, ma erano alla ricerca del perché ultimo delle cose. Ritenevano che tutti gli enti fisici avessero degli stati naturali a cui tendere (il loro fine ultimo), per cui i corpi con l’essenza della gravitas tendevano al loro stato naturale, ovvero ad andare verso il basso, verso il centro della Terra che rappresentava l’ideale di gravitas. I corpi leggeri, al contrario, possedevano la levitas, che li spingeva verso l’alto. L’altro stato assoluto verso il quale tendono tutti i corpi è la quiete. Come è evidente, tutti i corpi sulla terra prima o poi si fermano, il movimento non è dunque uno stato naturale. Se un corpo si muove esiste una causa che lo fa muovere.

Qui il problema non è Aristotele. Il problema è stato che fino al 1500 queste idee sono state trattate come dogmi religiosi e nessuno si è preso il disturbo di andare a verificare che le cose stessero proprio in quel modo decritto dagli aristotelici. Poi è arrivato Galileo.

Galileo è interessato al come avvengono i fenomeni naturali, più che al perché. Cerca di descrivere questi fenomeni come relazioni matematiche tra quantità oggettive e misurabili. In pratica apre le porte al metodo scientifico, a lui non interessa che per la fisica aristotelica due oggetti di diversa massa debbano cadere a velocità differenti. Galileo sale sulla torre di Pisa (ok, molto probabilmente è solo una leggenda, ma raccontiamola comunque perché è molto rappresentativa) e lascia cadere sfere di diverso materiale, e dunque di peso diverso, che raggiungono terra… contemporaneamente. La realtà è che fece questi esperimenti facendo rotolare le sfere su piani inclinati, ma la sostanza non cambia. Galileo si rifiutava di credere a qualcosa solo perché era così descritta nei testi aristotelici. La descrizione di un fenomeno doveva discendere dalle osservazioni, dall’esperimento.

Mentre si diverte con piani inclinati, pendoli e bilance, Galileo viene a conoscenza che in Olanda un ottico ha posizionato due lenti ai capi di un tubo inventando così il cannocchiale. Già nel 1604 Galileo era andato contro il pensiero aristotelico sulla fisica dei cieli, interpretando la nuova stella del 9 ottobre 1604 (conosciuta oggi come la supernova di Keplero) come prova della mutabilità dei cieli, ma una volta venuto in possesso di un cannocchiale non si ferma più. Nel giro di un anno osserva che la superficie lunare è costellata di montagne e crateri, capisce che la Via Lattea è composta di stelle, scopre i satelliti di Giove. L’universo aristotelico (esemplificato nel modello Tolemaico) fatto di sfere perfette che ruotano tutte intorno alla Terra posizionata al centro di tutto va in frantumi pezzo dopo pezzo. La Luna non è una sfera perfetta, ma presenta montagne simili a quelle che sono sulla Terra, i satelliti di Giove hanno deciso di non orbitare intorno alla Terra, e non ci fermiamo qui. Galileo osserva le fasi di Venere e Mercurio, gli anelli di Saturno, le macchie solari. Nemmeno il sole è quella sfera di fuoco che pensavano i greci.

Il fatto è che il modello Tolemaico era stato adottato dalla chiesa cristiana come l’immagine dell’universo in accordo con le sacre scritture, con l’uomo al centro dell’universo e tutto il resto al suo servizio, poi rimaneva abbastanza spazio oltre la sfera delle stelle fisse per mettere Dio, il paradiso e quant’altro. Ma per quanto corrispondente al racconto biblico, le osservazioni non danno ragione a questo modello. Un altro modello, quello copernicano, rimuovendo la necessità che tutto ruoti intorno alla Terra, spiega in modo più semplice il movimento dei satelliti di Giove e le fasi di Venere e Mercurio sono spiegate nel modo più semplice possibile dal fatto che le loro orbite sono più interne rispetto a quella della Terra. Ma il modello copernicano ha ancora qualche problema, in quanto le orbite predette dalla teoria non corrispondono del tutto con quelle osservate. Fortunatamente in quello stesso 1609 Keplero modifica la teoria copernicana sostituendo i cerchi perfetti delle orbite aristoteliche con delle ellissi. Ora le predizioni sulle orbite concordano perfettamente con le osservazioni.

Il processo di costruzione della scienza moderna è oramai avviato, e nel 1687 Newton abbatte definitivamente le ultime barriere pubblicando i suoi Principia. La stessa forza che causa il moto dei pianeti nello spazio è responsabile sulla terra della caduta degli oggetti. Il cielo e la terra sono una unica cosa.

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