Galileo Galilei: scoperte, conflitti e rivoluzione scientifica

Infanzia e studi di Galileo

Galileo Galilei nacque a Pisa il 15 febbraio 1564, da genitori della media borghesia, che si spostarono a Firenze nel 1574, dove Galileo portò a termine i primi studi di letteratura e di logica.

Nel 1581, per volere del padre, s'iscrisse alla facoltà  di medicina dell'Università  di Pisa. Ma per quel tipo di studi non ebbe alcun interesse e fece ritorno a Firenze senza aver conseguito titoli accademici. Qui approfondì la matematica, sotto la guida di Ostilio Ricci, allievo del celebre Tartaglia e intraprese a compiere osservazioni fisiche. Nel 1583 scoprì l'isocronismo delle oscillazioni del pendolo. Negli anni seguenti giunse a elaborare alcuni teoremi di geometria e di meccanica, che più tardi mise alla luce. Dallo studio di Archimede scoprì la bilancetta per stabilire il peso specifico dei corpi (1586). Intanto nel 1588 diede pure un saggio della propria cultura letteraria delle due Lezioni tenute all'Accademia fiorentina, circa la figura, la grandezza, dell'inferno Dante e nelle Considerazioni sul Tasso, di poco posteriori.

Scoperte e insegnamento a Pisa

La sua cultura matematica gli procurò stima e simpatia, e nel 1589 ottenne la cattedra di matematica dell'università  di Pisa. Rimase in tale città  per tre anni, durante i quali scoprì tra l'altro la legge di caduta dei gravi. Nel 1592 passò a insegnare matematica presso dell'università  di Padova dove trascorse i diciotto anni più fecondi della sua vita. Con la realizzazione del cannocchiale (1609) si aprì la serie delle grandi scoperte astronomiche, di cui diede l'entusiastico annuncio nel del 1610. Keplero riconobbe immediatamente l'esattezza e l'importanza delle scoperte di Galileo, che accrebbero enormemente la fama dello scienziato pisano e gli procurarono il posto, da lui ambito, di matematico a Pisa.

Conflitti con la Chiesa

Tuttavia, le scoperte astronomiche e le sue idee copernicane lo misero gradualmente in contrasto con gli aristotelici e con le gerarchie ecclesiastiche. Infatti, nel febbraio del 1616, fu ammonito dal cardinale Bellarmino di professare la nuova astronomia. Pochi giorni dopo, il 3 marzo, l'opera di Copernico fu messa all'indice. Nonostante la sconfitta, Galileo proseguì i suoi studi e nel 1623, polemizzando con il padre gesuita Orazio Grassi, pubblicò il dedicato a problemi concernenti le comete, e nello stesso tempo a rilevanti considerazioni di tipo metodologico. Frattanto proseguì a lavorare al , il Tolemaico e il Copernicano, incoraggiato anche dall'ascesa al pontificato del cardinale Barberini Urbano VIII), che gli aveva sempre mostrato benevolenza. ll fu stampato nel febbraio del 1632. Ma già  nel settembre Galilei era citato dal Papa a comparire dinanzi al S. Uffizio di Roma.

Principio d'inerzia e dinamica

Per comprendere in maniera adeguata il metodo di Galileo è utile conoscere le scoperte scientifiche, fisiche e astronomiche, nelle quali esso si é incarnato e riguardo al quale diviene concretamente intelligibile. La demolizione della tradizionale osservazione del cosmo, alla quale Galileo ha dato un basilare contributo, é strettamente connessa ai suoi studi fisici di meccanica, e in particolare a quella parte che riguarda il moto dei corpi (la dinamica). Infatti, il problema del moto occupò la mente di Galileo per tutta la vita, dal De Motu (1590) ai le dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze (1639), in cui giunse a risultati così apprezzabili da poter essere pensato il promotore della dinamica scientifica moderna. Per la fisica aristotelica la quiete era lo stato naturale dei corpi sublunari essendo il moto qualche cosa di temporaneo, che viene meno non appena cessa l'applicazione della forza che lo produce. E i moti erano divisi in due tipi: naturali e violenti. Naturale é il moto con cui un corpo si dirige verso il suo luogo naturale (che per i corpi pesanti é il basso e per quelli leggeri l'alto), violento è il moto che lo conduce fuori del suo luogo naturale. Per spiegare come i corpi muovendosi di moto violento (per esempio una freccia o i proiettili) potessero continuare a muoversi, per un certo tempo, in una direzione differente da quella naturale, si ricorreva all'azione motrice dell'aria. Invece, con l'intuizione teorica del principio d'inerzia, secondo cui un corpo tende a conservare indefinitamente il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme sinché non intervengano forze esterne a modificare tale stato, Galileo superava il doppio pregiudizio per cui la quiete é qualcosa di “naturale”? e il moto si mantiene solo fino a quando permane la forza che l'ha provocato. Il principio d'inerzia, valido per la dinamica terrestre, si rivelava altresì utile in sede astronomica, perché spiegava come il movimento dei pianeti e della Terra potesse continuare indefinitamente. Tuttavia la delucidazione scientifica dei moti astrali richiedeva la doppia presenza di una forza centrifuga e di una forza centripeta, che saranno fissate solo più tardi, rispettivamente, da Huygens e da Newton. La fisica aristotelica pensava che la velocità  di caduta dei corpi fosse direttamente proporzionale al peso dei corpi che cadono e che essa fosse accelerata dalla spinta che l'aria comunica al moto. Galileo, con un ragionamento teorico (di quelli che si chiamano “esperimenti mentali”?) arrivò invece a risultati differenti e per certi versi, opposti.

Esperimenti e leggi del moto

Se due corpi dello stesso peso, argomenta lo scienziato, cadono insieme, e durante la caduta si uniscono, essi rappresenteranno un corpo unico, che avrà  un peso doppio rispetto ad ogni singolo corpo, ma che si muoverà  con la stessa velocità , in quanto nessuno dei due varia la propria velocità  per il fatto di essere unito o staccato dall'altro. Ciò vuol dire che tutti i corpi, qualunque sia il loro peso, cadono con la stessa velocità . E se l'esperienza immediata sembra confutare tale legge, tipico l'esempio della pietra e della piuma, che sembrano smentirla clamorosamente ciò é dovuto alla resistenza del mezzo, ossia, in tale caso, dell'aria. Nel vuoto la legge si realizza invece nella sua purezza. Poiché Galileo non disponeva ancora della pompa ad aria, che sarà  inventata da Torricelli e mediante la quale si possono studiare i corpi cadere nel vuoto, la tradizione vuole che egli abbia eseguito una serie di esperimenti reali, lasciando cadere, dall'alto della torre di Pisa, una sfera del peso di una libbra e una di cento libbre, appurando come la seconda giungesse a terra con brevissimo anticipo rispetto alla prima. In tale ambiente di studi Galileo giunge alla basilare scoperta del così chiamato secondo principio della dinamica che é un altro dei suoi apporti decisivi alla meccanica moderna, ossia al principio che le forze applicate ai corpi non provocano loro delle velocità , bensì delle accelerazioni, che sono proporzionali alle forze che le hanno prodotte. Ciò gli consente di definire il concetto di accelerazione come variazione di velocità , e il concetto di massa di un corpo, come relazione di proporzionalità  fra le forze a esso applicate e le accelerazioni generante da queste forze.

Contributi alla fisica e astronomia

I famosi esperimenti sulle leggi del moto uniformemente accelerato, le ricerche sulle relazioni tra spazio percorso e il tempo adoperato a percorrerlo rappresentano l'ulteriore coronamento di tali studi. Nonostante il genio di Galileo si sia distinto soprattutto nella meccanica, egli ha spaziato pure in altri campi della fisica, dalla termica all'idrostatica, dall'ottica all'acustica lasciando in tutte una sua personale impronta.

Demolizione della cosmologia aristotelica

Ma le scoperte che dovevano renderlo più celebre ai suoi tempi e che lo hanno impegnato in una battaglia culturale di vasto respiro sono quelle astronomiche. La messa in crisi della fisica aristotelica e la formulazione di una nuova meccanica si accompagnano strettamente, in Galileo, alla demolizione del sistema tolemaico. Infatti, l'esistenza di un'unica scienza del moto e il rifiuto della diversità  di natura tra moti rettilinei (considerati tipici del mondo sublunare) e moti circolari (considerati tipici del mondo sopralunare), entrambi dimostrabili alla luce dei due fondamentali principi della dinamica conduce al rifiuto della diversità  di struttura tra cielo e terra, basata appunto sulla diversità  dei relativi movimenti. Galileo aveva intuito la verità  del copernicanesimo sin dall'avvio dei suoi studi. In seguito, grazie all'utilizzo del telescopio, che gli consentiva di scrutare i vasti spazi del cielo con più acuta vista, egli giunse a delle scoperte divulgate nel Sidereus Nuncius del 1610 le quali costituivano al tempo stesso la verifica empirica del copernicanesimo ed il colpo decisivo all'antica cosmologia, tutta basata sul dualismo tra cieli e terra. Le scoperte astronomiche di Galileo sono “il funerale della scienza aristotelica”?. Infatti, tradizionalmente si pensava che la luna, alla stregua degli altri corpi celesti e a differenza della Terra, fosse ricoperta di una superficie liscia e levigata. Invece le osservazioni telescopiche di Galileo dimostrano come molte delle macchie scure di essa, visibili a occhio nudo, siano ombre proiettate dalle montagne lunari sotto effetto della luce del sole, e come la superficie della luna sia pertanto “rugosa”? e ricoperta, allo stesso modo della terra, di prominenze, valli e anfratti. Chiaramente, alla luce di tali scoperte, l'ipotesi pensata dal gesuita Gristoforo Clavio che per salvare la presunta “perfezione”? dei cieli aveva supposto che la Luna fosse ricoperta di una materia cristallina trasparente e sferoidale, appariva a Galileo solo uno scorretto sotterfugio di menti ormai costrette alla difensiva. Aristotele riteneva che solo la Terra, essendo immobile, fosse centro di moti astrali, e che un corpo in moto nello spazio non potesse rappresentare un nucleo di movimento per altri corpi. Invece Galileo scopre i quattro satelliti di Giove, battezzati “pianeti medicei”?, che compivano attorno ad esso, movimenti simili a quelli che la luna compie intorno alla terra. Ma se Giove ruota insieme ai suoi satelliti intorno al Sole, come ipotizza Copernico, nulla vieta di pensare, secondo Galileo, che anche il nostro pianeta, con il suo satellite, possa ruotare attorno al Sole. La cosmologia tolemaica riteneva che i corpi celesti, essendo perfetti, fossero incorruttibili e non soggetti al divenire. Tale pregiudizio era già  stato messo in dubbio dalla tarda Scolastica e chiaramente negato, su base teorica, da Leonardo e Bruno. Ma è solamente con Galileo che riceve il suo colpo di grazia su base sperimentale. Infatti, grazie all'utilizzazione del telescopio, lo scienziato toscano scoprì le macchie oscure sulla superficie solare, che si plasmavano e scomparivano, dimostrando l'esistenza di un processo di trasformazione in atto e provando straordinariamente come pure i corpi celesti fossero soggetti a fenomeni di trasformazione e cambiamento. E poiché Galileo parlò subito, a ragione, di “funerali”? della scienza aristotelica, i portavoce della cultura peripatetico-scolastica reagirono stizziti. Vi fu chi si rifiutò di guardare al telescopio, ritenendolo uno strumento “diabolico”? o “deformante”? delle immagini. Ma Galileo fece osservare, che le macchie, nel loro apparire e scomparire, erano a intervalli, e si presentavano difformi tra di loro, per cui non potevano essere attribuite a passaggi regolari di astri.

Uso del telescopio e scoperte

La paternità  storica del cannocchiale é ancora adesso aperta tra gli studiosi. La grandiosità  di Galileo non consiste tanto nell'aver “costruito”? il cannocchiale, ma nell'averlo adoperato in modo scientifico. Infatti, le lenti erano conosciute fin dal XIII secolo, o, forse, dal XII. Tuttavia esse, come l'“occhiale”? olandese di cui parla Galileo, erano state considerate solamente come strumenti di divertimento o per piacevoli giochi di società  da parte dei nobili di corte. Gli stessi marinai e militari ne avevano fatto un utilizzo ristretto, mentre la cultura “ufficiale”? li guardava con distacco, per l'inveterato preconcetto contro gli “ordigni meccanici”?, oppure li condannava apertamente, considerandoli fonti di illusioni ottiche. Molti teologi li ritenevano dei veri e propri “diabolici”? sostituti degli occhi naturali creati da Dio. Da ciò scaturisce il rifiuto da parte di alcuni studiosi, di accostare i loro occhi al nuovo mezzo. Invece Galileo ebbe l'ingegnosità  e il coraggio di rivolgere il cannocchiale verso il cielo, convertendolo in questo modo in telescopio, ossia in uno strumento fondamentale per l'osservazione astronomica, e facendo, grazie ad esso,le sensazionali scoperte diffuse dal Sidereus Nuncius. Ma é proprio il modo di usare il cannocchiale come mezzo scientifico che gli sarà , fra l'altro, aspramente contestato e che costituirà  una delle ragioni fondamentali della ricambiata incomprensione tra lo scienziato da un lato e i teologi e gli aristotelici dall'altro. Come ci si poteva fidare più di Galileo e dei suoi strumenti che della Bibbia? Come si poteva “seppellire”? la scienza astronomica di Aristotele sulla base di un discutibile congegno “meccanico”??

Metodo scientifico di Galileo

Un altro esito realmente decisivo dell'opera di Galileo che fa di lui il padre della scienza moderna é l'individuazione del metodo della fisica, ossia del procedimento che ha aperto le porte ai maggiori progressi scientifici dell'umanità , da Newton ad Einstein e ai giorni nostri. Tuttavia, in Galileo, non vi é una teoria organica del metodo, simile per esempio a quella che Bacone svolgeva nel dal momento che egli, tutto preso dalle sue ricerche concrete di fisica e di astronomia, applica il metodo, più che teorizzarlo filosoficamente. Ciò nonostante, nei suoi scritti si trovano sparse, qua e là , alcune preziose analisi metodologiche e vari tentativi di scandire o schematizzare il procedimento della scienza. Ciò che si è detto sinora serve a far risaltare ancora di più i limiti della scienza vecchia rispetto a quella galileiana. Si afferma spesso che Aristotele e gli scienziati greci sbagliavano perché non si attenevano abbastanza ai fatti. Tale affermazione è vera solo in parte. Se da un lato gli antichi sbagliavano per eccesso di teoria e di deduttivismo perché pensavano di spiegare i fenomeni concreti prendendo il via da principi generali astratti, dall'altro lato erravano per troppa “aderenza”? alla realtà , vale a dire per una passiva accettazione dei fenomeni come si presentano a prima vista, senza sottoporre l'esperienza ad una approfondita critica teorica. Per di più, la scienza antica di tipo aristotelico non faceva uso della matematica e lo stesso platonismo cui va riconosciuto il merito di aver tenuto viva l'idea di una costituzione matematica dell'universo si fondava su di una matematica magico - metafisica, consistente nel far coincidere simboli numeri e figure geometriche con determinati fenomeni, che su di una matematica scientifica, fondata sulla misurazione e sul calcolo dei dati. Ma il limite più grave della scienza vecchia risiedeva, come ben sappiamo, nella mancanza del controllo sperimentale.

Conflitto con la Chiesa e abiura

Lo scontro tra la nuova scienza galileiana e la Chiesa di Roma prende il via all'indomani della diffusione delle Lettere copernicane, in cui Galileo dimostra di essere favorevole a un'interpretazione non letterale delle Sacre Scritture. Il 20 marzo 1615 il domenicano fiorentino Tommaso Caccini si reca a Roma per segnalare Galileo al S. Uffizio. Galileo filosofo e copernicano, e capo di una “setta”? che ha acquisito una “publichissima fama”?, che “in Firenze ha molti seguaci che si chiamano galileisti et questi sono quelli che vanno magnificando e lodando la sua dottrina et opinioni”?: sono queste, nel 1616 (anno in cui ha avuto luogo il primo processo a Galileo e della condanna del De revolutionibus orbium coelestium di Niccolò Copernico), le tematiche poste al centro della polemica e su cui prese piede lo scontro che avrebbe portato, quindici anni dopo, alla condanna e all'abiura. Il Dialogo, che si stampa a Firenze nel 1632, era munito del permesso ecclesiastico. Nonostante nel Proemio Galileo dichiarasse “di aver preso nel Discorso la parte Copernicana, procedendo in pura ipotesi matematica”?, in realtà , non ci è voluto molto a comprendere che le cose non stavano così. Galileo non rispettò l'ammonimento ricevuto sedici anni prima dal cardinale Bellarmino di non propugnare, né divulgare o insegnare, la concezione copernicana del movimento della Terra. Galileo tentò in tutti i modi di evitare il processo, fece anche ricorso alla diplomazia fiorentina, ma, ogni tentativo non sortì l'effetto sperato. Lo stato d'animo del nostro scienziato si deduce dalla lettera che nel 1633 scriveva a Elia Diodati: “Hora sono in procinto d'andare a Roma, chiamato dal Santo Officio, il quale ha già  sospeso il mio Dialogo; e da buona parte intendo, i Padri Giesuiti haver fatto impressioni in teste principalissime che tal libro è esecrando e più pernicioso per Santa Chiesa che le scritture di Lutero e di Calvino; e per ciò tengo per fermo che sarà  proibito”?. Il 23 giugno 1633, Galileo fu pubblicamente costretto a pronunciare l'abiura al copernicanesimo.