Creatività della Scienza

È un vero miracolo che i moderni sistemi pedagogici

non siano ancora giunti a soffocare

la sacrosanta curiosità umana;

perché essa è una piccola, delicata pianticella…

che ha soprattutto bisogno di libertà;

senza questa, va sicuramente verso la rovina

e la più completa distruzione.

A. Einstein

LA CREATIVITA’ DELLA SCIENZA

di

Elisa Guglielmini

Classe VB Scientifico

Liceo Scientifico Montessori - Da Vinci

Porretta Terme (BO)

A partire fin dal IV secolo a.C., nella Grecia antica, i filosofi cominciarono a elaborare i primi

modelli volti a spiegare la disposizione dei corpi celesti nel cielo.

L’universo degli antichi era unico in virtù della teoria dei luoghi naturali secondo cui ogni materia

deve trovarsi concentrata in un determinato posto, chiuso poiché immaginato come una sfera

limitata dal cielo delle stelle fisse oltre il quale non c’era nulla, neanche il vuoto ed essendo chiuso

l’universo era anche finito. Inoltre era fatto di sfere concentriche intese come qualcosa di solido e di

reale su cui erano incastonate le stelle e i pianeti.

Così la terra si trovava immobile al centro di tutto, mentre la Luna, il Sole e gli altri pianeti allora

conosciuti (Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno) le ruotavano attorno disegnando orbite

perfettamente circolari. Le stelle poi si trovavano infisse nella sfera celeste, tutte equidistanti dalla

terra stessa. Questa teoria mostrò ben presto la sua fallibilità in quanto non riusciva a spiegare il

sembravano descrivere nel cielo degli ‘occhielli’.

moto retrogrado di alcuni pianeti che

Nel 300 a.C. l’astronomo Aristarco propose il primo modello eliocentrico che fu criticato perché

spostava la terra da una posizione preminente e perché di conseguenza si sarebbe dovuto osservare

anche uno spostamento della posizione delle stelle che invece non ebbe riscontro.

L’ipotesi geocentrica fu ripresa in seguito da Ipparco, nel 150 a.C., il quale introdusse il sistema ad

epicicli che fu diffuso e reso noto, 300 anni dopo da Tolomeo. Secondo questo modello i pianeti

interni (Luna, Mercurio e Venere) compiono un epiciclo attorno al sole il quale compie un deferente

attorno alla terra, trascinando i suddetti pianeti nel proprio moto.

Per quanto riguarda i pianeti esterni (Marte, Giove, Saturno) essi hanno il centro del loro epiciclo in

un punto immaginario che compie un deferente attorno alla terra.

Il modello Tolemaico risultò valido per 15 secoli, fino alla Rivoluzione Copernicana.

Copernico elaborò di nuovo una teoria eliocentrica in cui i pianeti avevano orbite circolari e la

terra,che ruotava su se stessa, era al centro della sfera lunare. Questo movimento genera il moto

apparente attorno ad essa del sole, dei pianeti e delle stelle. Spostando il sistema di riferimento dalla

terra al sole, Copernico fu accusato di mettere in dubbio le parole della Bibbia che invece ponevano

l’uomo al centro dell’universo. Copernico, teorico e matematico, riteneva che la dottrina tolemaica

nell’idea eliocentrica e,

fosse troppo complessa. Così, cercando nei libri degli antichi, si imbatté

facendola propria, si convinse di poter semplificare il calcolo matematico dei movimenti celesti,

anche se in realtà talvolta risultava più complessa di quella tolemaica.

Tuttavia per alcuni aspetti il cosmo di Copernico rimaneva simile a quello degli antichi, poiché lo

concepiva come sferico, unico e chiuso dal cielo delle stelle fisse.

al centro dell’universo, secondo Copernico, ricorda le

Un altro motivo per cui il sole era posto

spiegazioni ‘aprioristiche’ della scienza antica: dovendo illuminare il cosmo, è soltanto dal centro di

questo che esso può svolgere la sua funzione nel modo migliore.

Copernico era convinto che la sua teoria non fosse soltanto un’ipotesi matematica, ma la

riproduzione esatta della struttura reale del cosmo.

Successivamente, Tycho Brahe, propose un modello ibrido, cioè a metà strada dei due opposti di

Tolomeo e Copernico, dove tutti i pianeti ruotavano attorno al sole, ma il sole ruotava attorno alla

che rimane al centro dell’universo.

terra, Questo modello ebbe miglior accoglienza di quello

copernicano perché, pur conservandone molti vantaggi matematici, era sostanzialmente

conservatore per quanto riguarda la posizione della terra e quindi sembrava escludere ogni ragione

di conflitto con le Sacre Scritture.

Soltanto nel 1600 con Keplero possiamo parlare di un modello eliocentrico giustificato da tre leggi

che descrivono la forma dell’orbita dei pianeti attorno al sole, la loro velocità nei vari punti

dell’orbita stessa e il loro tempo di rivoluzione.

Il fondamento della teoria di Keplero era che nell’universo la presenza di Dio fosse manifestata

dall’ordine geometrico dei corpi celesti, per cui cercò nelle relazioni geometriche una spiegazione

del moto dei cieli. Keplero ipotizzò che esistesse un rapporto tra i sei pianeti allora noti e i solidi

platonici (cubo, tetraedro, ottaedro, dodecaedro, icosaedro). Egli elaborò un modello in cui questi

cinque solidi erano posti uno dentro l’altro e tra essi rimena spazio per quattro sfere planetarie,

mentre altre due sfere delimitavano l’intero e l’esterno del sistema.

Il sole era immobile al centro, mentre i pianeti gli ruotavano attorno, mossi da una qualche forza

che inizialmente aveva attribuito all’anima motrice del sole o dei pianeti, ma che poi catalogò come

semplice forza fisica.

Egli rimase sempre fedele al principio che l’oggettività del mondo è nella proporzione matematica

implicita in tutte le cose e a questo principio è dovuta la scoperta maggiore di Keplero: le leggi dei

movimenti dei pianeti.

Con Galileo la teoria eliocentrica riceve ulteriori conferme poiché, grazie all’utilizzo del

cannocchiale, egli è in grado di fare osservazioni precise sui corpi celesti, ottenendo risultati mai

raggiunti prima. Galileo scopre quattro satelliti di Giove (Io, Europa, Ganimede, Callisto) che con

Giove formano una specie di sistema solare e confutano così la teoria che l’unico sistema esistente

fosse quello geocentrico; scopre le fasi di Venere, spiegabili soltanto se Venere ruota attorno al

sole; infine con le macchie solari e la loro ciclicità, dimostra che il sole compie una rotazione su se

stesso.

Con Galileo comincia quello che sarà chiamato Metodo Scientifico, cioè basato sull’osservazione e

naturali, per giungere all’elaborazione di una

la verifica sperimentale delle ipotesi dei fenomeni

teoria.

Newton spiega qual è la forza che agisce sui pianeti obbligandoli a ruotare attorno al sole: essa è

espressa dalla legge di gravitazione universale la quale afferma che “La forza gravitazionale con cui

si attraggono due corpi è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente

proporzionale al quadrato della loro distanza.” Il sole perciò, costituendo il 99% della massa di tutto

il sistema solare, esercita la sua forza gravitazionale su tutti i pianeti, i quali a loro volta la

esercitano sui satelliti.

Nell’introdurre la gravità, lo stesso Newton riconobbe i limiti della sua teoria: egli infatti affermò

più volte che stava tentando di calcolare gli effetti della gravità come forza universale e non di

spiegare la natura della gravità stessa. Einstein dimostrò che la gravità è una semplice proprietà

geometrica dello spazio/tempo. Partendo dal principio di equivalenza (che anche Newton conosceva

ma non era riuscito a dimostrare) secondo cui la massa inerziale (che compare nella legge della

dinamica F=ma) e la massa gravitazionale (che compare nella legge newtoniana F=Mm/d2 ) di un

corpo sono coincidenti, egli elaborò la sua teoria della relatività generale che dimostrava tale

principio.

L’intuizione creativa di Einstein prendeva forma da alcuni esperimenti mentali (Gedanken

Experimenten) che egli immaginava non potendo realizzarli veramente e dovendosi dunque affidare

all’immaginazione supportata dalle sue conoscenze.

l’esperimento è quello dell’Ascensore: considerando un

In questo caso mentale di cui si servì

ascensore immobile rispetto alla terra e sospeso dal suolo, ogni corpo all’interno è soggetto

all’accelerazione di gravità g. Se l’ascensore precipitasse in caduta libera, ogni corpo all’interno

galleggerebbe come privo di peso. Analogamente se l’ascensore fosse trasportato nello spazio da un

astronave, in assenza di gravità, ogni corpo galleggerebbe comunque privo di peso; se poi

l’astronave accelerasse verso l’alto, con un accelerazione –a=g, ogni corpo si comporterebbe come

nel primo caso e avvertirebbe la gravità.

Questo implica che nel nuovo sistema di riferimento accelerato nasca un nuovo campo

gravitazionale in grado, per così dire, di cancellare la gravità terrestre. Possiamo così affermare che

ogni sistema di riferimento uniformemente accelerato [(ascensore accelerato dall’astronave) rispetto

a un sistema inerziale(terra)] in cui si annulla il campo gravitazionale è fisicamente equivalente a

un sistema di riferimento non accelerato, e come tale inerziale,(ascensore immobile rispetto alla

terra) nel quale esista un campo gravitazionale uniforme.

Conseguentemente tutte le leggi della fisica devono avere la stessa forma in tutti i sistemi di

riferimento, qualunque sia la loro condizione di moto e di quiete

Secondo Einstein la gravità non è una forza, ma è una deformazione geometrica nello spazio/tempo

dovuta alla presenza di una massa.

Lo spazio di cui parla Einstein è di natura astratta a quattro dimensioni di cui una è il tempo.

Immaginando lo spazio/tempo come un grande telo elastico, nel quale una massa imprime una

deformazione, ci sono tre casi possibili, qualora un oggetto in movimento incontri tale

deformazione.

!) Se la sua velocità è molto alta, viene deviato nella sua traettoria.

2) Se la sua velocità e troppo bassa, cade nella deformazione.

3) Se ha una velocità ben precisa, rimane in orbita attorno alla deformazione.

La curvatura dello spazio è misurata principalmente dalla massa, cioè dalla quantità di materia che

esiste nello spazio.

Come afferma J.A.Wheeler “La materia dice allo spazio come incurvarsi e lo spazio dice alla

materia come muoversi.”

Alla luce di queste considerazioni, dunque, l’unica teoria plausibile è quella di Einstein?

Dobbiamo svalutare completamente la fisica Newtoniana?

No, perché , per quanto riguarda deboli campi di gravità, cioè piccole curvature dello spazio/tempo,

possiamo avvalerci della teoria di Newton in quanto, pur essendo sbagliata concettualmente, è in

grado di fornire risultati corretti.

Inoltre entrambe hanno il pregio di essere scaturite da una ricerca scientifica rigorosa e hanno

valore proprio perché possono essere confutate.

Secondo Karl Popper, infatti, qualsiasi teoria scientifica per essere tale, deve essere soggetta alla

falsificabilità, ovvero al rischio di essere confutata da ulteriori esperienze.

La teoria di Newton, che per secoli aveva ricevuto conferme, è stata alla base di un progresso

scientifico (Relatività di Einstein) proprio perché confutabile.

Tutto ciò che non è criticabile, tipo i dogmi religiosi, non porta a una conoscenza scientifica, ma è

valido solo per chi ha fede. Popper distingue tra scienze e pseudo scienze proprio basandosi sul

principio della falsificabilità, poiché non è da ritenersi scientifico ciò che è verificabile, ma soltanto

ciò che è confutabile. Tutte le conoscenze che non possono essere falsificate non permettono un

effettivo accrescimento della conoscenza, perché non si prestano al processo per tentativi ed errori.

avanza per tentativi ed errori, poiché l’uomo è portato a elaborare congetture

La scienza infatti

quando si trova di fronte a un problema, le quali rimarranno valide fino al momento in cui una

particolare esperienza non le metterà in crisi. Ciò che permette un avanzamento delle conoscenze

dell’uomo non è tanto il fatto che un’idea – cioè la convinzione che si forma nella nostra mente in

–

risposta a un problema sia verificata dalle successive esperienze, quanto che essa sia falsificata.