L'eredità scientifica di Galilei: tra fede, esperimenti e matematica

L'innovazione del cannocchiale

Le osservazioni rese possibili dal cannocchiale, perfezionato da Galilei e usato come telescopio, incominciano a fornire prove osservative all’ipotesi copernicana, e vengono esposte in una delle sue opere principali, Sidereus Nuncius (1610). Il cannocchiale permette di vedere un numero di stelle molto superiore a quello precedentemente osservabile, rendendo evidente che non si trovano sullo stesso piano e dilatando enormemente le dimensioni dell’universo. Viene meno la concezione del cielo delle stelle fisse, secondo la quale tutte le stelle occupavano una stessa sfera che segnava i limiti dell’universo. Galilei non afferma ancora che l’universo è infinito, ma apre la strada a questa ipotesi. Inoltre sempre attraverso l’osservazione del cielo aveva notato un altro particolare a sfavore della teoria aristotelica, la superficie della luna, egli si accorse che su di essa vi erano alcune irregolarità, ed assumeva un aspetto simile a quello della terra. Smentisce così il dualismo aristotelico, secondo il quale ciò che sta oltre il mondo sublunare è composto di un materiale eterno, l’etere. La scoperta che ebbe maggior rilievo nel progressivo superamento del vecchio sistema, è il movimento dei satelliti intorno a Giove, la quale andavano a delineare il principio del sistema solare. La teoria copernicana era guardata con sospetto dalla Chiesa, in quanto risultava in contrasto con alcuni passi della Bibbia. Perciò, le indagini di Galilei, indussero le autorità ad aprire un vero e proprio processo, alla fine del quale egli verrà condannato nel 1633.

Galilei e la fede

Però non bisogna pensare che Galilei fosse ateo, anzi egli era un uomo di fede, cattolico convinto, profondamente convinto che tra parola di Dio e la ragione non può esservi conflitto. Questo perché lo scopo della bibbia è l’insegnamento morale, e non quello scientifico, le affermazioni in essa contenute non vanno perciò prese alla lettera. In una celebre lettera al padre benedettino Castelli, Galilei sottolinea che le Sacre Scritture e la natura procedono entrambe da Dio, ma le prime hanno dovuto adattarsi all’intendimento degli uomini, mentre la seconda procede necessariamente secondo il proprio corso.

Contraddizioni della visione aristotelica

La visione aristotelica del mondo presenta poi, un’altra evidente contraddizione: da un lato considera la Terra imperfetta e inferiore rispetto ai cieli, ma dall’altro considera tuti i corpi celesti come creati da Dio in funzione degli uomini e quindi della Terra stessa, affermando con grande presunzione che l’intero universo è finalizzato all’uomo. Nell’universo galileiano la Terra è decisamente rivalutata, proprio per il divenire e per la vita che ne facevano un corpo imperfetto agli occhi degli aristotelici.

Dialogo tra i protagonisti

Dei tre protagonisti, Salviati difende il sistema copernicano, l’aristotelico Simplicio quello tolemaico, mentre Sagredo funge da moderatore, anche se nasconde il proprio apprezzamento per il primo. Una delle principali obiezioni degli aristotelici è che, se la terra si muovesse di moto diurno verso oriente, un grave lasciato andare dall’alto di una torre dovrebbe cadere spostato verso occidente. Essa è una concezione del moto alla quale ogni movimento presuppone un motore in atto per cui il grave lasciato cadere, non ha in sé alcun moto. Mentre invece per Salviati il moto, una volta impresso, appartiene al corpo, e si conserva finché non intervengono cause contrarie. Per Aristotele il moto appartiene invece al motore e viene a meno non appena l’azione del motore cessa sul corpo. Salviati per dimostrare tale teoria, propone un esperimento mentale, cioè immagina di porre una sfera alla sommità di un piano inclinato e di lasciarla andare, la sfera inizierà a rotolare lungo il piano aumentando progressivamente la velocità. La causa dell’accelerazione è l’inclinazione del piano. Bisogna successivamente immaginare che alla fine vi sia un altro piano in salita, la sfera inizierà a salire perdendo via via velocità. La causa della decelerazione è l’inclinazione del piano verso l’alto. Infine immagina di porre alla fine del primo piano uno perfettamente orizzontale, a questo punto la sfera continuerà ad andare, senza accelerare o decelerare, cioè conserverò il movimento. Dopo aver confutato altre obiezioni di Simplicio contro il moto della Terra, Salviati propone l’esperimento mentale conclusivo, quello del gran naviglio, nella quale Galilei immagina di riprodurre nella stiva di una nave una serie di situazioni che secondo gli aristotelici sarebbero state influenzate dal moto della nave, quando invece la nave partirà non cambierà nulla. L’esperimento si conclude con l’affermazione della relatività galileiana: all’interno di un sistema è impossibile decidere se il sistema stesso è in quiete o in moto uniforme. In questo modo risultano risolti i problemi relativi al moto della Terra, dato che non potremmo accorgerci se è immobile o se si muove.

Esperimenti mentali e metodo galileiano

Nel Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo vengono proposti esclusivamente esperimenti mentali, poiché essi colgono la ragione dei fenomeni. L’esperienza è dunque importante, ma deve essere trattata scientificamente, astraendo quelli che sono gli impedimenti della materia. Galilei opera mediante una serie di esperimenti, usando i famosi piani inclinati, che rendono misurabili i fenomeni, poiché per la ricerca scientifica è essenziale quantificare. Perciò l’esperienza sulla quale deve basarsi la scienza non è quella comune, ma quella quantificata che consente di applicare ai dati matematici, misurandoli e usandoli per i calcoli. La nuova scienza vede nella matematica un vero e proprio metodo per rielaborare le osservazioni e per poterle trattare scientificamente. L’esperimento è il cuore del metodo galileiano, che è appunto definito metodo sperimentale, esso è definito come un’esperienza costruita in base a ipotesi, in modo da isolare le variabili che vogliamo effettivamente misurare. Nell’esperimento dobbiamo rendere costanti le variabili che non ci interessano, in modo che cambiano solo quelle che vogliamo misurare. Si tratta perciò di isolare alcune variabili, in base all’ipotesi che siano determinanti per il fenomeno studiato. A questo punto possiamo misurare la loro variazione, indipendentemente dagli altri fattori che abbiamo reso costanti. Il risultato è l’individuazione di un rapporto matematico costante tra due grandezze correlate. Se l’esperimento è positivo possiamo trasformare la nostra ipotesi in una legge, che è espressione di un rapporto matematico, cioè di un rapporto tra quantità misurabili. In sintesi, si parte dall’osservazione, si formulano delle ipotesi, si traducono in esperimenti e si verificano le ipotesi iniziali.

Ruolo della matematica

La matematica svolge un ruolo centrale nel metodo galileiano, poiché l’universo è visto come un libro scritto in una lingua matematica. Galilei distingue infine le qualità tra primarie e secondarie. Le prime sono oggettive, cioè appartengono alle cose e sono misurabili, e le seconde, derivando dai sensi, sono soggettive e non possono essere studiate scientificamente. Alcune qualità sono quindi proprie dei corpi (grandezza, forma...), mentre altre sono proprie degli organi di senso (sapori, colori…).