Lezioni di storia (e filosofia) della fisica
Federico Laudisa
Universit di Milano-Bicocca
PRELUDIO
I problemi della fisica e le questioni della filosofia: quale relazione?
Non intendo negare ogni valore alla filosofia, gran parte della quale non ha niente a che fare con la scienza. Non intendo nemmeno negare ogni valore alla filosofia della scienza,
che nel miglior dei casi mi appare come un piacevole commento sulla storia e le scoperte della scienza. Ma non dovremmo attenderci che essa fornisca una guida agli scienziati di oggi su quale direzione intraprendere nel loro lavoro o su ci che probabilmente troveranno.
Steven Weinberg, Dreams of a Final Theory, 1993 (la citazione tratta dal capitolo 7 del suo libro, un capitolo intitolato niente meno che Against Philosophy!).
Ci che solitamente trovo cos stimolante negli sforzi filosofici di questi colleghi
intellettuali il modo in cui riflettono profondamente sulla conoscenza umana, accumulata
grazie alle esplorazioni empiriche in aree che spaziano dalla scienza alla storia, per chiarire
problemi che sono rilevanti per le decisioni da prendere in vista di unesistenza pi piena e
felice sia come individui sia come membri di una societ. Come fisico militante, tuttavia, la
situazione piuttosto diversa. In quel campo io, insieme alla maggior parte dei colleghi con
cui ho discusso di questi problemi, ho trovato che le speculazioni filosofiche sulla fisica e la
natura della scienza non sono particolarmente utili e che hanno avuto un impatto scarso o
inesistente sul progresso della mia disciplina
L. Krauss, A Universe from Nothing. Why There is Something Rather Than
Nothing, Simon & Schuster, London 2012
Come possiamo comprendere il mondo in cui ci troviamo? Come si comporta luniverso? Qual la natura della realt? [...] Per secoli questi interrogativi sono stati di pertinenza della filosofia, ma la filosofia morta, non avendo tenuto il passo degli sviluppi pi recenti della scienza, e in particolare della fisica. Cos sono stati gli scienziati a raccogliere la fiaccola nella nostra ricerca della conoscenza.
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow, Il grande disegno (2011)
C chi la pensava diversamente...
Rispondendo alla lettera di un giovane docente di fisica che, alle prese con il suo primo corso, chiedeva consiglio sullipotesi di inserire una corposa quota di filosofia della scienza nel corso, Albert Einstein rispondeva:
Concordo completamente con lei sullimportanza e il valore educativo della metodologia, della storia e della filosofia della scienza. Molte persone al giorno doggi compresi scienziati professionisti mi appaiono come colui che ha visto migliaia di
alberi senza mai vedere una foresta. Una conoscenza dello sfondo storico e filosofico fornisce proprio quella indipendenza dai pregiudizi della propria generazione dai quali la maggior parte degli scienziati sono afflitti. Questa indipendenza determinata
dallanalisi filosofica a mio giudizio il segno di distinzione tra un semplice artigiano o specialista e un autentico cercatore di verit
Albert Einstein (1944), cit. in D. Howard, Einstein and the Development of Twentieth-Century Philosophy of Science, in M. Janssen, C. Lehner (Eds.), The Cambridge Companion to Einstein, Cambridge University Press, Cambridge 2014, p. 357)
Concetti che si sono dimostrati utili per ordinare le cose acquistano una tale autorit su di noi che ci dimentichiamo la loro origine terrena e li accettiamo come dati inalterabili. Cos essi diventano necessit del pensiero, dati a priori, ecc. Il cammino del progresso scientifico spesso reso impossibile per lungo tempo proprio da questi errori. Per questa ragione, tuttaltro che un gioco irrilevante cercare di diventare abili nellanalizzare i concetti che per lungo tempo sono stati un luogo comune e mettere in evidenza quelle circostanze dalle quali dipendono la loro
giustificazione e la loro utilit, mostrando come siano emersi individualmente, a partire dai dati dellesperienza. In questo modo, la loro soverchiante autorit sar rovesciata. Essi saranno rimossi se non possono essere adeguatamente giustificati,
corretti se la loro correlazione con oggetti dati troppo vaga, sostituiti da altri concetti se possibile costruire un nuovo sistema che preferiamo per altre ragioni
A. Einstein, Ernst Mach, Physikalische Zeitschrift, 17 (1916), pp. 101104
Facciamo qualche esempio!
La fisica studia, in determinati campi,
le relazioni causali tra fenomeni
Cosa significa causalit?
vero che la scienza cerca le cause?
Ha senso affermare che la meccanica quantistica mette in crisi la causalit?
In che senso esattamente?
Domande filosofiche ed epistemologiche
Determinismo/indeterminismo in fisica
Cosa rende una teoria deterministica o indeterministica?
Quali sono le implicazioni di una teoria deterministica o indeterministica?
Il determinismo o lindeterminismo sono davvero l dove ce li aspettiamo? (esempi di indeterminismo nella meccanica
newtoniana e di determinismo nella meccanica quantistica)
Domande filosofiche ed epistemologiche
La centralit delle leggi in fisica
Perch i fenomeni obbediscono alle leggi nel modo in cui lo fanno?
Da dove vengono le leggi?
Le leggi posso cambiare nel tempo?
Esistono leggi che governano leggi (es. principi di simmetria)?
Domande filosofiche ed epistemologiche
Il ruolo e lo statuto della matematica nella fisica
Perch la matematica cos efficace nel descrivere molti fenomeni fisici?
Quali implicazioni dallipotesi che almeno parte del mondo naturale sia di natura matematica?
Domande filosofiche ed epistemologiche
.... e sono soltanto pochi esempi!
La questione dei rapporti tra scienza e filosofia naturalmente una questione complessa.
Una visione equilibrata stata proposta dal filosofo della scienza statunitense Clark
Glymour: dovremmo partire non tanto da definizioni di fatto impossibili di scienza da
un lato e filosofia dallaltro, quanto da una serie di domande:
Cos una spiegazione scientifica?, Quali sono i limiti della conoscenza?, Cos una
dimostrazione?, Cos un calcolo?, Cosa significa che i fenomeni obbediscono a
relazioni causali?, Cos una legge naturale?, Cos il linguaggio, Cos la mente? e
via di seguito
Che tipo di domande sono? Chi o che cosa esattamente dovrebbe incaricarsi di trovare
una risposta?
Queste domande hanno qualcosa a che fare con la fisica o la psicologia (o con la
matematica o la linguistica), ma non si trova risposta a domande simili in un manuale
dedicato a queste materie. In qualche senso queste domande paiono troppo fondamentali
per trovare risposta nella scienza; sembra un tipo di domande per rispondere alle quali non
siamo capaci di stabilire un programma dettagliato di osservazioni ed esperimenti. Tuttavia,
le domande non paiono oziose: a seconda di come rispondiamo, la ricerca in matematica, in
fisica, in psicologia o nelle altre discipline scientifiche sar orientata in modo molto
differente.
C. Glymour, Dimostrare, credere, pensare. Introduzione
allepistemologia, Raffaello Cortina, Milano 1999
La proposta di Glymour configura una relazione per cos dire a due facce tra scienza e filosofia:
da una parte, domande come queste nascono inequivocabilmente dentro le teorie scientifiche ma finiscono per forzarne i limiti e richiedere per il loro approfondimento unanalisi che sembra dover ricorrere inevitabilmente alla cassetta degli attrezzi dei filosofi
dallaltra, assistiamo talvolta anche al processo inverso: alcune di queste domande dotate a quel punto di una caratterizzazione filosofica pi sofisticata sembrano mostrare retroattivamente la capacit di stimolare a loro volta la crescita del pensiero scientifico in senso stretto
Cos una dimostrazione?
logica matematica moderna
Cos il linguaggio o Cos la mente? (domande tra le pi tipicamente filosofiche, dal
Cratilo di Platone alle cartesiane Meditazioni metafisiche)
scienza cognitiva
Premessa fondamentale per inquadrare gran parte dei contenuti che saranno discussi:
fino a ben oltre la Rivoluzione scientifica del XVII secolo non esiste una netta distinzione, n di fatto n di principio, tra
problemi che oggi sarebbero classificati come scientificie
problemi che oggi sarebbero classificati come filosofici
Il Settecento rappresenta per luomo di scienza una sorta di et-laboratorio della modernit.
In quellepoca infatti giunsero a maturazione processi di lungo periodo come la fase di
identificazione di un nuovo sapere, la sua legittimazione, il suo consolidamento istituzionale
necessario per creare le basi di una vera e propria professione, cos come apparvero
allorizzonte questioni nuove e laceranti tra cui spicca, per la prima volta ufficialmente
dibattuto, il gran tema della demarcazione, cio linterrogativo su ci che debba essere
considerato scienza e ci che invece da considerarsi estraneo ad essa.
Vincenzo Ferrone, Let dei lumi, in P. Rossi, V. Ferrone, Lo
scienziato nellet moderna, Laterza, Roma-Bari, 1994, pp. 61-62
Programma indicativo
La cosmologia antica e limmagine aristotelica del mondo
La rivoluzione copernicana e la nuova immagine del mondo: la prima rivoluzione scientifica dellet moderna
Spazio e tempo tra antichi e moderni
Epilogo: tra storia e filosofia della fisica
I Greci antichi e i primi modelli di conoscenza naturale
I filosofi naturalisti (primo esempio di tentativo di spiegare razionalmente i fenomeni naturali)
Pitagora (problema fondamentale della natura degli enti matematici e del loro rapporto con la natura materiale)
Democrito (atomismo e fisica non-finalistica)
Platone
Aristotele
I fondamenti della cosmologia antica
Il cosmo aristotelico: I modelli geometrici degli astronomifisica come teoria generale
del mutamento nel mondo naturale
Rappresentazione complessiva del mondo naturale Calcolo delle posizioni nel cielo (con evidenti implicazioni filosofiche, sociali, ecc.) dei pianeti allora conosciuti
Il cosmo aristotelico:fisica come teoria generale del mutamento nel mondo naturale
Nel pensiero aristotelico, il termine fisica indica un tipo di indagine molto pi generale di
quanto intendiamo modernamente: esso indica infatti una vera e propria teoria generale del
mutamento in natura, sulla base dellipotesi che tutti i processi naturali sono caratterizzati
dalla loro dinamica: in altri termini, la fisica aristotelica indaga la struttura generale del
concetto di mutamento e le condizioni della sua possibilit (D. Bostock, Aristotle on the
principles of change in Physics I, in L. Judson (ed.), Aristotles Physics: a Collection of Essays,
Clarendon Press, Oxford 1991)
Allinterno di questa cornice generale, Aristotele sviluppa una teoria sulla costituzione del
mondo naturale, che mira alla spiegazione di alcuni fenomeni fisici (e non solo) familiari per il
senso comune: la concezione aristotelica del moto locale, sia pure discussa nel corso dei
secoli, sar la visione prevalente fino alla Rivoluzione scientifica del XVII secolo
La parte della fisica aristotelica pi vicina alla fisica modernamente intesa non viene
sviluppata in modo organico e in un trattato autonomo, ma pu essere ricostruita a
partire da una serie di osservazioni contenute principalmente in due opere: il testo noto
con il titolo di Fisica e il testo noto con il titolo di Sul cielo
Questa circostanza connessa a una caratteristica strutturale dei testi aristotelici
pervenuti fino a noi: essi non erano destinati alla pubblicazione, ma rappresentavano una
sorta di dispense a uso interno per i membri della scuola filosofica diretta dallo stesso
Aristotele e chiamata Liceo. Questo comporta spesso una mancanza di organicit dei testi
stessi nonch grandi problemi di interpretazione e di coerenza, sui quali gli storici si sono
esercitati da sempre (sulla questione della sopravvivenza delle loro opere, Platone e
Aristotele si trovano in situazioni speculari)
Gli scritti di Aristotele, che ci sono pervenuti in forma imperfetta e molto alterata, trattano i
soggetti che noi chiamiamo ora fisica, chimica, astronomia, biologia e medicina, come pure
argomenti che non hanno a che fare con le scienze naturali, come la logica, la metafisica, la
politica, la retorica e la critica letteraria. Ad ognuno di questi, e in modo particolare alla
biologia, alla logica e alla metafisica, egli diede il contributo di idee nuove e assolutamente
originali; ma ancora pi importante dei suoi molti, sparsi e sostanziali contributi di idee fu la
sua organizzazione dellintero scibile umano in un insieme sistematico e coerente. Non in
tutto riusc e non difficile trovare disarmonie e contraddizioni occasionali nei suoi scritti. Ma
c, nella sua visione delluomo e delluniverso, una fondamentale unit che non stata pi
raggiunta in una sintesi di tale vastit e originalit. Questa una delle ragioni per cui i suoi
scritti ebbero uninfluenza cos enorme []
T.S. Kuhn, La rivoluzione copernicana. Lastronomia planetaria nello sviluppo del pensiero occidentale, Einaudi, 1972 pp. 100-101 (ed. orig. 1957)
:
Nel passato anche recente, si spesso sostenuto che la riflessione scientifica aristotelica sia
completamente priva di valore da una prospettiva moderna:
Possiamo dire che niente della visione aristotelica del cosmo rimasto valido
C. Natali, Aristotele, Carocci 2014, p. 138
Tradizionalmente gli studiosi hanno trovato congeniale lidea che il metodo di Aristotele nelle sue opere di scienze naturali fosse empirico, pur criticandone gli svariati errori da questo punto di vista. La generazione attuale ha rovesciato completamente questo verdetto. La Fisica in particolare attualmente considerata come un paradigma delluso da parte di Aristotele del metodo dialettico, inteso come una tecnica di indagine largamente concettuale o apriori adatta per la filosofia, in contrapposizione alle ricerche maggiormente empiriche che noi oggi consideriamo come tipiche della scienza.
R. Bolton, Aristotles method in natural science: Physics I, 1995
In questa visione ha giocato un ruolo essenziale anche linfluenza di Galileo:
Simplicio:
Ma quando si lasci Aristotile, chi ne ha da esser scorta nella filosofia? nominate voi qualche
autore.
Salviati:
Ci bisogno di scorta ne i paesi incogniti e selvaggi ma ne i luoghi aperti e piani i ciechi
solamente hanno bisogno di guida; e chi tale, ben che si resti in casa, ma chi ha gli occhi
nella fronte e nella mente, di quelli si ha da servire per iscorta.
N perci dico io che non si deva ascoltare Aristotile, anzi laudo il vederlo e diligentemente
studiarlo, e solo biasimo il darsegli in preda in maniera che alla cieca si sottoscriva a ogni suo
detto e, senza cercarne altra ragione, si deva avere per decreto inviolabile; il che un abuso
che si tira dietro un altro disordine estremo, ed che altri non si applica pi a cercar
dintender la forza delle sue dimostrazioni.
E qual cosa pi vergognosa che l sentir nelle publiche dispute, mentre si tratta di
conclusioni dimostrabili, uscir un di traverso con un testo, e bene spesso scritto in ogni altro
proposito, e con esso serrar la bocca allavversario?
Ma quando pure voi vogliate continuare in questo modo di studiare, deponete il nome di
filosofi, e chiamatevi o istorici o dottori di memoria; ch non conviene che quelli che non
filosofano mai, si usurpino lonorato titolo di filosofo
[...]
Per, signor Simplicio, venite pure con le ragioni e con le dimostrazioni, vostre o di Aristotile,
e non con testi e nude autorit, perch i discorsi nostri hanno da essere intorno al mondo
sensibile, e non sopra un mondo di carta.
Galileo Galilei, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (1632),
seconda giornata
Ti ringrazio di aver prestato piena fede per primo, anzi quasi lunico, alle mie asserzioni solo
dopo un primo breve esame delle mie ricerche, come cera da aspettarsi dallacutezza e dalla
lealt del tuo spirito. Ma cosa diresti dei pi eminenti filosofi della nostra accademia, che
malgrado i ripetuti inviti si rifiutano con ferrea ostinazione di osservare i pianeti o la luna o
anche il cannocchiale e che di conseguenza chiudono a ogni costo gli occhi alla luce della
verit? []
Questa sorta di uomini crede che la filosofia sia un libro, come lEneide o lOdissea, e che la
verit non debba essere ricercata nel mondo o nella natura, ma (queste sono parole loro)
con il confronto dei testi. Come rideresti se tu potessi udire il pi reputato filosofo della
nostra accademia sforzarsi di contendere e strappare al cielo i nuovi pianeti con argomenti
logici, come se fossero formule magiche.
Lettera di Galileo a Keplero
anche se Galileo attacca pi gli aristotelici (e la loro ortodossia) che Aristotele stesso
Avete voi forse dubbio che quando Aristotile vedesse le novit scoperte in cielo, e non
fusse per mutar opinione e per emendar i suoi libri e per accostarsi alle pi sensate
dottrine, discacciando da s quei cos poveretti di cervello che troppo pusillanimamente
sinducono a voler sostenere ogni suo detto, senza intendere che quando Aristotile fusse
tale quale essi se lo figurano, sarebbe un cervello indocile, una mente ostinata, un animo
pieno di barbarie, un voler tirannico, che, reputando tutti gli altri come pecore stolide,
volesse che i suoi decreti fussero anteposti a i sensi, alle esperienze, alla natura stessa?
Galilei, Dialogo sopra i due massimi
sistemi del mondo (1632), seconda giornata
Keplero, con atteggiamento analogo, scrive nel 1606:
So bene quanto questa mia opinione sia nemica della filosofia aristotelica, ma mi piace
dire la cosa come sta: essa in odio alla sua scuola, ma non al suo fondatore. Se Aristotele
potesse tornare in vita, e la mia fatica astronomica aver buon esito cos come io spererei di
persuaderlo! [] se qualcuno insegnasse ad Aristotele che col passare dei secoli si sono
osservati nel cielo molti nuovi fenomeni, egli sarebbe ben lieto di abbandonare la sua
dottrina. Ma oggi i discepoli di Aristotele guardano non al suo atteggiamento, ma solo alle
sue nude sentenze e, ben lungi dallinsegnamento del filosofi che ricercava la verit
nellesperienza, proprio il metodo empirico essi osano contrastare e tentano di scalzare,
ricorrendo a varie scappatoie.
Di fatto, comunque, si determinata storicamente una forte sottovalutazione delle analisi
aristoteliche dei fenomeni naturali
Le analisi aristoteliche realt contengono sia una forte dose di attenta osservazione
empirica, sia un uso sottile del ragionamento teorico, sia pure in una cornice quasi
esclusivamente qualitativa (in cui, cio, non si usa la matematica come strumento
essenziale per analizzare le relazioni tra fenomeni)
La fisica aristotelica sbagliata naturalmente; del tutto antiquata. Nondimeno una
fisica, cio una scienza studiata in modo elevato, sebbene non matematico. Non una
fantasia fanciullesca, e nemmeno unesposizione in parole (e senza significato) del senso
comune, bens una teoria, una dottrina, che basandosi naturalmente sui dati del senso
comune, li sottopone a una manipolazione molto coerente e sistematica.
A. Koyr, Galileo e Platone, in Introduzione a Platone,
Editori Riuniti, 1996, p. 116 (larticolo originale stato
pubblicato nel 1943 sul Journal for the History of Ideas)
La visione aristotelica del mondo non fu la sola ideata nellantichit, n fu la sola a
guadagnare seguaci. Ma fu molto pi vicina alla primitiva concezione del mondo
delle sue antiche competitrici e corrispose pi strettamente allevidenza della pura
e semplice percezione sensoriale. Questa unaltra ragione per cui ebbe una cos
immensa influenza, particolarmente durante il tardo Medioevo.
Kuhn, La rivoluzione copernicana, p. 127
La rappresentazione aristotelica vede il cosmo come unentit sferica divisa al suo interno
in due ulteriori regioni: una detta sublunare e una detta lunare o delle stelle
Luniverso contenuto tutto allinterno della sfera delle stelle e ogni suo punto contiene
materia: nelluniverso aristotelico, come vedremo dopo, il vuoto non contemplato
(punto di contatto con la fisica di Cartesio, molti secoli dopo)
Al di fuori della sfera non c assolutamente niente:
evidente dunque da quanto esposto che al di fuori del cielo non c, n possibile che
si generi, alcuna massa corporea. Il mondo nella sua totalit costituito di tutta la
materia che gli propria [] Ne segue che attualmente non esistono pi cieli, che non ne
sono mai esistiti e che non ne potranno mai esistere; invece, il nostro cielo uno e
perfetto.
insieme evidente che fuori del cielo non vi sono n luogo, n vuoto, n tempo. In ogni
luogo pu trovarsi un corpo. Quanto al vuoto, definito come quello dove non c un
corpo, ma dove possibile che venga a essercene uno. Il tempo, poi, il numero del
movimento (rono arimo kinhse) e senza un corpo naturale non c movimento.
Ma si dimostrato che fuori del cielo non c n pu esserci nessun corpo: quindi
evidente che fuori del cielo non esistono n luogo, n vuoto, n tempo. (Sul cielo, 279a,
4-18)
[Il tempo, poi, il numero del movimento La natura del tempo dipende dallesistenza del cambiamento (Fisica, 4, 218b-223b)
I costituenti fondamentali del mondo naturale: le implicazioni
La totalit del cosmo contiene corpi costituiti di 5 (4+1) elementi fondamentali:
TERRA, ACQUA, ARIA, FUOCO sfera sublunare
ETERE sfera delle stelle
A questa distinzione corrisponde una differenza di leggi e di statuto fisico
sfera sublunare regione della variet e del mutamento continui
sfera delle stelle regione delleternit, dellimmutabilit, della perfezione
etere: sostanza pura, inalterabile, trasparente e priva di peso (la materia di cui sono fatte le sfere celesti e le relative stelle)
La sfera delle stelle era concepita come un complesso sistema di sotto-sfere celesti: poich
il cosmo era inteso come pieno, le sotto-sfere confinavano le une con le altre e le pi
esterne trasmettevano via via in modo meccanico il movimento a quelle pi interne
Fino alla sfera sublunare, il moto delle varie sfere e dunque delle stelle incastonate sulle
sfere era concepito come circolare e uniforme: i moti retrogradi successivamente
individuati dagli astronomi non erano facilmente compatibili con questassunzione di
armonia sferica, ma di fatto si costituiva una sorta di indipendenza tra la fisica di tipo
aristotelico e il lavoro degli astronomi professionisti:
la rappresentazione aristotelica del mondo fisico si disinteressava delle eccezioni al
moto circolare uniforme ed eterno delle stelle
lastronomia dei professionisti si disinteresseva del problema se le sfere addizionali
della cosmologia aristotelica fossero reali, e dunque se i moti trasmessi dalle sfere
esterne a quelle interne fossero realmente meccanici
per [gli astronomi antichi], gli involucri avevano almeno una realt metaforica; tuttavia
raramente questi astronomi tentarono di dare una spiegazione fisica al moto di un
pianeta dentro la sua sfera (Kuhn, La rivoluzione copernicana, p. 103)
Senza fattori di cambiamento, i quattro elementi fondamentali della sfera sublunare si disporrebbero in involucri concentrici sferici, analogamente alle sfere celesti e nellordine dettato dal luogo naturale cui ogni elemento appartiene in linea di principio (torneremo pi avanti sulla nozione di luogo naturale, che svolge un ruolo essenziale
nella teoria dinamica aristotelica): vale a dire, nellestremit inferiore la Terra, poi lAcqua, lAria e infine, nellestremit superiore il Fuoco
Ma la sfera sublunare, come abbiamo detto, il regno del mutamento: il confine tra la sfera delle stelle e quella sublunare genera processi di trasformazione in questultima, cosicch ogni corpo nella sfera sublunare risulta essere un composto, in proporzione variabile, dei quattro elementi fondamentali
Sulla base di queste assunzioni sulla costituzione fondamentale della materia, Aristotele
formula una teoria dinamica dei fenomeni del moto
Il fondamento di questa teoria la distinzione (p.es. Fisica, VIII, 254b, 7-27) tra
MOTI NATURALI MOTI VIOLENTI
Moti dei corpi lasciati a se stessi Moti causati dallintervento di agenti
esterni
Sulla base di questa distinzione, i moti naturali possono essere
moti delletere circolari intorno al centro
o
moti dei 4 elementi verticali in direzione del luogo naturale di ciascun
elemento
In base a questa teoria
il centro della Terra, o pi precisamente il centro geometrico delluniverso, era il luogo
naturale di tutti corpi pesanti. Per converso, i corpi leggeri si muovevano naturalmente
verso lalto, in linea retta verso la sfera lunare, che era concepita come il loro luogo
naturale. Tutti questi moti naturali, ascendenti o discendenti, erano caratterizzati come
movimenti accelerati.
E. Grant, La scienza nel Medioevo
Infatti
[] il moto secondo natura cos delle sue parti come della Terra tutta intera diretto
verso il contro del Tutto, ed per questo che essa si trova attualmente posta al centro
(Sul cielo)
Che dunque [la Terra] non si muova, e non sia posta al di fuori del centro [del Tutto],
risulta evidente da tutto questo; inoltre da quel che abbiamo detto si fa anche manifesta
la causa della sua quiete. Se per natura che essa ha la propriet di muoversi da ogni
parte verso il centro, come noi constatiamo, e il fuoco viceversa dal centro verso
lestermo, abbiamo che impossibile che una qualunque parte di essa si muova
allontanandosi dal centro, se non sotto lazione di una forma esterna []
Se pertanto impossibile che una qualsiasi parte [della Terra] si muova allontanandosi
dal centro, chiaro che sar ancora a maggior ragione impossibile che lo faccia la Terra
tutta intera, poich, ove secondo natura portata a dirigersi la parte, ivi portato anche
il Tutto. (Sul cielo)
La teoria giustifica inoltre la sfericit della Terra:
Quanto poi alla forma, diremo che questa necessariamente sferica [] evidente che,
se in ugual misura che le parti si dirigono da tutti i punti estremi verso un unico centro,
dovr costituirsi una massa uniforme da ogni parte. Infatti, se si aggiunge da ogni parte
una quantit uguale, la superficie esterna del corpo sar necessariamente equidistante dal
centro. Ma questa figura quella della sfera. (Sul cielo)
Questo aspetto mette in evidenza la forte connessione tra fisica e astronomia, dal
momento che la teoria dinamica a giustificare la tesi che la Terra sia ferma e al centro
del cosmo
[] astronomia e fisica terrestre non sono scienze indipendenti. Osservazioni e teorie
sviluppate per una di esse si intrecciano intimamente con quelle tratte dallaltra.
Pertanto, sebbene le difficolt incontrate nella soluzione dei problemi dei pianeti
avrebbe potuto suggerire ad un astronomo un pretesto per sperimentare sul piano
astronomico il concetto della Terra in movimento, questi non era in grado di farlo senza
sconvolgere nel processo le basi ormai accettate della fisica terrestre.
Kuhn, La rivoluzione copernicana, p. 110
Sempre secondo la teoria aristotelica dei moti naturali
- i corpi pi pesanti cadono pi velocemente
- a parit di peso, un corpo cade pi velocemente al diminuire della densit del mezzo
[] noi vediamo che lo stesso peso e lo stesso corpo si muovono pi rapidamente per due
cause: o perch differente ci attraverso cui loggetto passa (ad esempio se passa attraverso
lacqua e la terra, ovvero attraverso lacqua e laria), oppure perch loggetto spostato, qualora
gli altri fattori siano gli stessi, differisce per leccesso del peso o della leggerezza. (Fisica, IV,
215a, 24-29)
Innanzitutto si definisca, conformemente a quanto a tutti manifesto, pesante assoluto il
corpo che si colloca sotto tutti gli altri, e leggero quello che si solleva al di sopra di tutti gli
altri. [] evidente, per esempio, che una quantit qualsivoglia di fuoco si dirige verso lalto,
se non vi sia qualche corpo estraneo che glielo impedisce, e che una qualsiasi quantit di terra
si dirige verso il basso. Una quantit maggiore si comporta allo stesso modo, e lo fa, anzi, a
velocit pi elevata. (Sul cielo, IV, 311a, 16-21)
In una terminologia moderna (si vedano per esempio E. Grant, La scienza nel Medioevo, Il
Mulino 1997, pp. 58-59, oppure C. Rovelli, Aristotles physics: a physicists look, ArXiv:
1312.4057, p. 3),
se poniamo
= velocit di caduta
= peso del corpo
= densit del mezzo nel quale si svolge il moto di caduta
la teoria aristotelica assume che
=
dove una costante che sembra dipendere dalla forma del corpo (Le figure non sono
causa dei movimenti assoluti verso il basso o verso lalto, bens della loro maggiore o minore
velocit, Sul cielo, IV, 313a, 14-15)
La formula
=
era essenziale per uno degli argomenti aristotelici contro il vuoto. Se infatti andasse a 0,
la velocit di caduta del corpo diventerebbe infinita
[] se lo spostamento attraverso il mezzo pi sottile si compie in un dato tempo e lungo
un dato percorso, lo spostamento attraverso il vuoto, invece, supererebbe ogni
proporzione. (Fisica, IV, 215b, 21-23)
Per quanto riguarda invece i moti violenti, lesempio canonico era rappresentato dal lancio
di un oggetto
Secondo la fisica aristotelica dei moti violenti, per spiegare il fenomeno del lancio erano
necessari due elementi:
una forza o agente esterno che, allontanando temporaneamente loggetto dal suo luogo
naturale, lo mettesse in movimento
un meccanismo che tenesse loggetto in movimento dopo la sua separazione dalla
sorgente della forza iniziale
Secondo Aristotele, il motore originale non soltanto metteva in movimento loggetto, ma
nello stesso tempo attivava laria
La prima unit di aria adiacente alla regione dalla quale partiva loggetto lanciato
riceveva parte della forza dal motore originale e la trasmetteva alla successiva
Nel corso del processo la potenza motrice diminuiva progressivamente: si raggiungeva poi
ununit in cui la potenza motrice non era pi sufficiente ad attivare lunit successiva. A
quel punto loggetto iniziava a cadere con moto discendente
In questa analisi dei moti violenti, laria fungeva dunque sia da fattore di trasmissione
della potenza motrice, sia da resistenza: se infatti laria non agisse anche da resistenza, la
potenza motrice iniziale darebbe luogo a un movimento infinito (eventualit assurda per
Aristotele)
Il rapporto tra il sistema fisico-astronomico di Aristotele e gli astronomi professionisti
non era tuttavia lineare
Da un lato, naturalmente, le teorie astronomiche che culminarono nel cosiddetto
Almagesto di Claudio Tolomeo (vissuto nel II secolo d.C. e autore del sistema in voga fino
al XVI secolo) accoglievano elementi centrali del sistema aristotelico come la fissit della
Terra
In un passo di grande interesse, per esempio, Tolomeo riporta un ragionamento per
assurdo, relativo allipotesi della Terra in movimento, che ritroveremo ma in una
prospettiva completamente diversa in Copernico e Galileo
Certi pensatori [] hanno architettato uno schema che essi considerano pi accettabile e pensano che nessuna prova possa essere portata contro di loro se insinuano, per amor di polemica, che il cielo immobile e che invece la Terra ruota attorno ad uno e allo stesso asse da occidente ad oriente, compiendo circa una rivoluzione al giorno.
[]Queste persone tuttavia dimenticano che, mentre non possono forse esservi forti obiezioni a questa teoria per quel che concerne le apparenze del mondo stellare, pure, a giudicare
dalle condizioni [terrestri] che riguardano noi stessi e a quelle dellaria attrono a noi, una tale ipotesi deve essere vista come completamente ridicola. [Se la Terra] facesse in un tempo tanto breve un giro cos enorme, tornando di nuovo alla stessa posizione, ogni cosa che non stesse effettivamente sulla Terra sembrerebbe necessariamente fare il medesimo
movimento sempre in senso contrario alla Terra, e le nuvole ed ognuna delle cose che volano o possono essere lanciate non potrebbero mai essere viste spostarsi verso est, poich la Terra le precederebbe sempre tutte quante e preverrebbe il loro moto verso est, tanto che ogni cosa sembrerebbe indietreggiare verso ovest e verso i luoghi che la Terra lascia dietro di s
Questo passo di Tolomeo fa appello allesperienza comune come strumento di argomentazione
contro lipotesi del moto terrestre
Ma esisterebbe anche unaltra conseguenza inaccettabile per la teoria aristotelica se la Terra
compisse il moto che Tolomeo cerca di combattere:
come abbiamo visto prima, i moti naturali dei corpi sono determinati dai loro luoghi naturali
e le traiettorie che questi moti seguono realmente o idealmente sono ben determinati
dalla geometria dello spazio, che assoluto
Se la Terra si muovesse durante il moto discendente di un corpo verso il suo luogo naturale, il
corpo raggiungerebbe un punto diverso da quello che raggiungerebbe sotto lipotesi della
Terra fissa, e questa dualit di luoghi non potrebbe essere giustificata nella struttura spaziale
assoluta
Modello delle sfere omocentriche di Eudosso di Cnido (400-347 a.C.)
Teoria epiciclica di Apollonio di Perge (220-190 a.C.) e Ipparco di Nicea (141-127 a.C.)
Gli astronomi antichi e la tradizione del salvare i fenomeni
Il titolo originale dellopera fondamentale di Claudio Tolomeo, cui solitamente ci si riferisce
con il nome di Almagesto, era in effetti (cio Raccolta matematica)
Questo titolo rappresenta efficacemente il fatto che lastronomia era pensata dai Greci in
larga misura come una disciplina matematica (addirittura computazionale, diremmo oggi),
senza necessit di indagare lo statuto di realt dei suoi enti
La formula che sintetizza questo atteggiamento nei confronti della natura e il ruolo delle
indagini astronomiche salvare i fenomeni: si tratta di un approccio con una lunga storia,
che in un certo senso dura tuttora
Lo stesso sistema tolemaico il primo che rinuncia a postulare la circolarit e la regolarit
per tutti i moti celesti, al fine appunto di salvare i fenomeni, cio di conservare la
compatibilit con i fenomeni osservati
Ma forse Platone e i pitagorici non ammettevano che la sostanza corporea fosse
realmente e assolutamente una combinazione di questi triangoli; forse essi facevano
come gli astronomi, alcuni dei quali ammettono certe ipotesi e altri ne ammettono altre
senza affermare in modo categorico che questi diversi meccanismi esistono davvero nei
cieli. Se essi hanno assunto quei principi, lo hanno fatto soltanto per rendere possibile
salvare i fenomeni osservati, attribuendo a tutti i corpi celesti moti circolari e uniformi []
perch non compito di un astronomo conoscere ci che per natura adatto a una
posizione di riposo, e quali tipi di corpi sono adatti a muoversi; piuttosto egli introduce
ipotesi sotto le quali alcuni corpi rimangono fissi, mentre altri si muovono, e poi considera
a quali ipotesi i fenomeni realmente osservati nel cielo corrisponderanno
Simplicio (VI secolo d.C.), Commento a Sul cielo di Aristotele
In epoca medievale, la tradizione del salvare i fenomeni si collega in modo complesso
allingresso della filosofia aristotelica in Europa nel XII e XIII secolo
Questa tradizione fu cio, di fatto, rafforzata dallondata antiaristotelica suscitata alla fine
del XIII dalle condanne ecclesiastiche nei confronti di una serie di assunti ispirati alla
filosofia di Aristotele
Queste condanne determinarono lo sviluppo di posizioni scettiche sulla conciliabilit di
verit naturali e verit di fede (posizione di cui Guglielmo di Ockham lesponente pi
sofisticato)
In un simile quadro di fondamentale scetticismo nei confronti delle pretese di verit delle
teorie scientifiche sulla costituzione e i meccanismi dei cieli, la dottrina del salvare i
fenomeni si dimostra dunque congeniale
Conseguenza delloccamismo fu la possibilit di ammettere ipotesi anche stravaganti o
controintuitive, purch non implicassero contraddizioni (nel XIV secolo compare molto
frequentemente nelle opere scientifiche lespression secundum imaginationem)
Ulteriore conseguenza fu una prima forma dellidea che modernamente viene indicata
con il termine di sottodeterminazione:
Ai logici scolastici era ben noto il principio secondo cui i fenomeni non possono
determinare univocamente le ipotesi che devono salvarli, o spiegarli, dal momento che
le stesse conclusioni possono essere dedotte da premesse molto diverse, e la verifica
sperimentale del conseguente non ci consente di affermare la verit dellantecedente.
Questo principio, sviluppato a Oxford nei secoli XIII e XIV, era stato un luogo comune
della scuola padovana di logica agli inizi del XVI secolo
M. Clagett, Medieval and Early Modern
Science
In questa prospettiva si muove anche Jean Buridan (noto come Buridano, 1300-1361), che
ammettendo in linea di principio la sostenibilit dellipotesi del movimento terrestre
sostiene:
la sola autorit non in grado di dimostrare, ed sufficiente per gli astronomi assumere un
metodo capace di salvare i fenomeni, quale che sia la realt delle cose. I fenomeni possono
essere salvati in entrambi i modi, dunque essi assumono il metodo che preferiscono
Se qualcuno si muove in una nave e immagina di essere in quiete, allora, qualora dovesse
osservare unaltra nave che realmente in quiete, avr limpressione che sia laltra nave a
muoversi [] E dunque assumiamo anche che la sfera del Sole sia ovunque in quiete e che sia
la Terra a ruotare nel trasportarci. Dal momento, tuttavia, che noi immaginiamo di essere in
quiete, proprio come luomo collocato sulla nave che si muove rapidamente non percepisce il
proprio movimento n il movimento della nave, allora certo che il Sole ci apparirebbe
sorgere e poi tramontare, proprio come succede quando esso si muove e noi siamo in quiete.
Lunico fenomeno che lipotesi della rotazione della Terra non sembra spiegare quello
della freccia: sotto lipotesi della rotazione della Terra, una freccia lanciata verso lalto in
linea retta non dovrebbe ricadere sulla verticale, ma dovrebbe essere lasciata indietro dal
moto terrestre: poich lesperienza smentisce questa conseguenza, lipotesi non regge
(si tratta di fatto dello stesso argomento degli anticopernicani contro Galileo, che lo
smentisce in un passo molto celebre, da discutere pi avanti)
Nicola dOresme (1323-1382) nega anche questa possibilit:
Se una persona si trovasse su una nave che si muove verso est molto rapidamente e non
fosse consapevole di questo moto, e se egli stendesse una mano verso il basso descrivendo
una linea retta sullo sfondo dellalbero della nave, avrebbe limpressione che la sua mano si
muova soltanto di un moto rettilineo. Secondo questa opinione [cio lipotesi del moto
terrestre], abbiamo la stessa impressione sul fatto che la freccia si muova in alto o in basso
di moto rettilineo []
Concludo che non si potrebbe mediante alcuna esperienza dimostrare che sono i cieli, e non
la Terra, che si muovono di moto diurno.
N. Copernico, Le rivoluzioni dei corpi celesti (1543)
Ogni mutazione locale apparente deriva o dal movimento della cosa guardata, o da quello
di chi guarda, o da mutazione certamente ineguale di entrambi. Perch fra cose mosse in
modo eguale nello stesso senso non si percepisce movimento, intendo dire tra loggetto
veduto e colui che lo vede. Ora proprio la Terra quella da cui visto quel circuito celeste e
offerto alla nostra vista. Se dunque si ipotizza qualche movimento della Terra, esso apparir
in tutte le cose che gli sono esterne come di egual velocit, ma in senso opposto, come se
quelle cose passassero via, quale innanzitutto la rivoluzione diurna. Questa, infatti,
sembra trascinare lintero mondo, fuorch la Terra e quelle cose che sono intorno ad essa.
Ma se si ammettesse che il cielo non ha nulla di questo movimento, e invece la Terra ruota
da occidente a oriente, se qualcuno esaminasse seriamente quanto riguarda lapparente
sorgere e tramontare del Sole, della Luna e delle altre stelle, troverebbe che proprio cos
avviene. E poich il cielo quello che contiene e abbraccia tutto, il luogo comune di tutte le
cose, apparir subito perch si debba attribuire un movimento piuttosto al contenuto che al
contenente, a ci che collocato piuttosto che a ci che colloca.
quella che Alexandre Koyr definisce relativit ottica (tudes galilennes, Hermann,
Paris 1939, p. 171 delled. del 2001): cio una relativit non ancora supportata da una
nuova fisica
Lidea di Copernico riecheggia direttamente nel Dialogo galileiano (su cui torneremo). In un passaggio della seconda giornata, Salviati afferma:
E prima, se noi considereremo solamente la mole immensa della sfera stellata, in comparazione della piccolezza del globo terrestre, contenuto da quella per tanti milioni di volte, e pi penseremo alla velocit del moto che deve in un giorno e in una notte fare una intera conversione, io non mi posso persuadere che trovar si potesse alcuno che avesse per cosa pi ragionevole e credibile che la sfera celeste fusse quella che desse la volta, ed il
globo terrestre restasse fermo
Al che Sagredo argutamente commenta:
[] stimerei che colui che reputasse pi ragionevole il far muovere tutto luniverso, per ritener ferma la Terra, fusse pi irragionevole di quello che, sendo salito in cima della vostra Cupola non per altro che per dare una vista alla citt ed al suo contado, domandasse che se gli facesse girare intorno tutto il paese, acci non avesse egli ad aver la fatica di volger la testa
Dialogo, pp. 142-3 delled. Einaudi 1970
Copernico per certi versi lultimo degli astronomi antichi (Kuhn ne parla cos), ma anche il
primo degli astronomi moderni per il nuovo atteggiamento nei confronti delle ipotesi
astronomiche:
La concezione [di Copernico] della funzione e il ruolo di unipotesi cos radicalmente
diversa da quella dei suoi predecessori che serve a simboleggiare il suo drastico
allontanamento dalla tradizione scolastica quasi quanto il suo nuovo sistema cosmologico.
[]
Copernico realmente liniziatore di un atteggiamento di fondo cui aderirono in una forma o
nellaltra la maggior parte delle grandi figure della Rivoluzione scientifica un atteggiamento
in base al quale i principi fondamentali sotto forma di ipotesi o assunzioni sulluniverso
devono essere fisicamente veri e incapaci di essere altrimenti.
E. Grant, Late medieval thought, Copernicus and the Scientific Revolution, Journal of the History of Ideas, 23, 1962, pp. 197-220
Il teologo protestante Andreas Osiander, in rapporti con Copernico, aveva tentato di
convincerlo a presentare il suo sistema come puramente ipotetico: in una lettera a
Copernico del 20 aprile 1541 (si trattava di una risposta a una lettera di Copernico del luglio
1540, andata perduta), Osiander aveva scritto:
Ho sempre pensato che le ipotesi non sono articoli di fede ma soltanto la base per i calcoli;
cos che anche se le ipotesi sono false non importa, a condizione che esse riproducano
esattamente i fenomeni dei moti. Perch se noi seguiamo le ipotesi di Tolomeo, chi ci
informer se il moto ineguale del Sole viene spiegato da un epiciclo o dalleccentricit, dal
momento che luna o laltra di queste configurazioni possono spiegare i fenomeni?
Sembrerebbe dunque desiderabile che toccassi questo punto nella tua Introduzione, perch
in questo modo ammorbidiresti gli aristotelici e i teologi, la cui opposizione ti preoccupa.
Anche se non possediamo la risposta di Copernico, risulta chiaramente che egli non
condivideva la posizione di Osiander
In un commento successivo Keplero aveva scritto infatti: Rafforzato da una stoica
fermezza danimo, Copernico riteneva di dover pubblicare le sue convinzioni apertamente,
anche se la scienza dovesse riceverne un danno.
Osiander tuttavia non rispett queste convinzioni. Incaricato di preparare ledizione del
testo di Copernico De revolutionibus orbium celestium, poi pubblicato nel 1543, sostitu
lintroduzione scritta da Copernico con un proprio testo ma senza firmarlo, per indurre a
pensare che quella fosse le posizione di Copernico stesso:
Prefazione di Osiander al De Revolutionibus
Non dubito che alcuni studiosi, diffusa ormai la fama della novit di questa opera, che
pone la terra mobile e il sole immobile in mezzo all'universo, si siano fortemente risentiti, e
ritengano che non c'era alcun bisogno di rendere incerte le discipline liberali, una volta
sapientemente stabilite. Se essi vorranno per riflettere saggiamente sulla cosa, troveranno
che l'autore di questa opera non ha commesso nulla che meriti rimprovero. infatti
proprio dell'astronomo prima registrare la storia dei moti celesti mediante osservazioni
abili e accurate; quindi, escogitare e supporre le loro cause, ossia certe ipotesi, in un
modo qualsiasi, non potendole dimostrare in alcun modo come vere. Partendo da tali
ipotesi, si possono calcolare correttamente i moti celesti, in base ai princpi della
geometria, tanto nel futuro che nel passato.
Perch queste ipotesi non devono necessariamente essere vere e nemmeno probabili;
se esse forniscono un calcolo consistente con le osservazioni, questo sufficiente.
[]
E se delle cause sono escogitate dallimmaginazione, esse non sono proposte per
convincere nessuno della loro verit, ma semplicemente per fornire una base corretta per
il calcono. Ora quando di tanto in tanto sono proposte diverse ipotesi per lo stesso moto,
lastronomo accettr quella che pi facile da afferrare. Il filosofo forse andr alla ricerca
della somiglianza con la verit, ma nessuno di loro comprender o affermer alcunch di
certo, a meno che non labbia acquisito per rivelazione divina. Permettiamo dunque che
queste nuove ipotesi diventino note accanto alle antiche, che non sono pi probabili;
facciamolo specialmente perch le nuove ipotesi sono ammirevoli e anche semplici, e
portano con s un grande tesoro di ingegnose osservazioni. Finch ci si occupa di ipotesi,
nessuno autorizzato ad attendersi certezze dallastronomia, che non pu fornirle
Keplero comprese perfettamente che la prefazione non era di Copernico e non ci mise
molto a identificare il vero autore. In una lettera scriveva:
Sostengo che sia una finzione assurda sostenere che i fenomeni della natura possano
essere dimostrati da false cause. Ma questa finzione non si trova in Copernico. Egli credeva
che le sue ipotesi fossero vere [] Vuoi sapere chi lautore di questa finzione? Nella mia
copia si fa il nome di Andreas Osiander. Andreas, che ha curato la stampa dellopera di
Copernico, ha considerato la prefazione pi prudente (come si pu dedurre dalla sua
lettera a Copernico) e lha collocata allinizio del libro quando Copernico o era gi morto o
certamente alloscuro [di quanto Osiander stesse facendo]. Perci Copernico non sta
creando un mito ma sta attribuendo sincera espressione a dei paradossi, vale a dire sta
facendo della filosofia, che ci che si richiede a un astronomo.
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