Newton e la rivoluzione scientifica: dai Principia alla gravitazione universale

Qual è la rivoluzione scientifica di Newton?

Nei Principi matematici della filosofia naturale, giunge a compimento e trova una sistemazione la rivoluzione scientifica iniziata da Copernico e proseguita da Galileo. I principi della filosofia naturale hanno carattere matematico. Il mondo di Newton non è composto, come quello di Cartesio, da due elementi, ma di tre: la materia (infinito numero di particelle impenetrabili e immodificabili, ma non identiche), il movimento (uno stato relativo che non modifica in nessun modo le particelle, ma si limita a trasportarle qua e là per il vuoto infinito e omogeneo), lo spazio (il vuoto realmente finito e omogeneo in cui, senza incontrare opposizione, le particelle compiono i loro movimenti), Newton arrivò all’invenzione del calcolo infinitesimale, alla teoria sulla natura composita della luce bianca, alla formulazione del principio di gravitazione universale.

• I Principia

I principi matematici di Newton

Diversamente da Cartesio, Newton presenta i principi della filosofia naturale (cioè della fisica) in linguaggio matematico, esprimendosi nel tradizionale linguaggio della geometria.

I Principia prendono le mosse dalle definizioni. Si definisce la quantità di materia o massa ci un corpo come il prodotto della densità per il volume e la si distingue nettamente dal peso, che dipende dalla forza di gravità. La forza di attrazione esercitata da un corpo è proporzionale alla sua massa. La quantità di moto è il prodotto della massa di un corpo per la sua velocità. Si ha poi la “forza insita o innata” della materia, per la quale ogni corpo tende a perseverare nel suo stato attuale, cioè la forza d’inerzia. La “forza impressa” è un’azione esercitata su un corpo che gli fa cambiare il suo stato di quiete o di moto. La forza centripeta è quella forza per la quale i corpi tendono verso un punto centrale; è l’opposto della forza centrifuga.

Poichè il rinvio a ulteriori sistemi di riferimento si riproduce all’infinito, il flusso eterno e uniforme del tempo (tempo assoluto) e l’estensione infinita dello spazio (spazio assoluto) costituiscono per Newton le coordinate alle quali è necessario fare ricorso per definire, al limite, lo stato di quiete o di moto dei corpi.

Le regole del filosofare

Il primo libro dei Principia si apre con l’enunciazione dei tre assiomi del moto. Il secondo libro affronta la meccanica dei fluidi. Il terzo passa dal piano delle definizioni, dei teoremi e delle definizioni a quello di una descrizione del mondo. Bisogna enunciare le “regole del filosofare”: la prima afferma la semplicità della natura, inserendo nel cuore della scienza moderna il rasoio di Ockham. Viene quindi teorizzato il principio metodologico della parsimonia o della semplicità. La seconda regola afferma l’uniformità della natura o la validità generale delle leggi naturali. La terza regola afferma l’omogeneità della natura, il suo carattere di entità invariabile, regolare, prevedibile. Le qualità dei corpi non si conoscono altrimenti che per mezzo di esperimenti, e perciò devono essere giudicate generali tutte quelle che, in generale, concordano con gli esperimenti. Le generalizzazioni alle quali si giunge per induzione sono valide quando nascono sul piano dei sensi. Ma la generalizzazione giunge anche al di là di esso. La quarta regola afferma la necessità di un controllo delle teorie. Le teorie scientifiche devono essere in accordo con gli esperimenti e devono essere considerate vere finché tale accordo sussiste. Si ingloba nel metodo scientifico la diffidenza verso le ipotesi prive di connessioni con l’evidenza empirica.

La legge della gravitazione universale afferma che due corpi nell’universo si attraggono l’un l’altro con una forza che è direttamente proporzionale al prodotto delle due masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa. Newton era dunque giunto a formulare una sola legge capace di spiegare contemporaneamente il comportamento, con un’unica forza, il comportamento di oggetti celesti così come terrestri. Ne risultava un quadro unitario del mondo e una irreversibile riunione della fisica terreste e della fisica celeste. Cadeva il dogma di una differenza essenziale fra i cieli e la terra, fra la meccanica e l’astronomia.