Riassunto esame Filosofia della Scienza, prof. Musso, libro consigliato La Scienza e l'Idea di Ragione

Prologo: il nome di tutte le stelle

La scienza ci fa conoscere la realtà. Ci sono solo due modi per dubitare della scienza:

• Non conoscerla;
• Far finta di non conoscerla.

Il problema di fondo riguarda la conoscenza della scienza. Tutto nasce da un'idea di ragione razionalista, ma non ragionevole. Questa idea di ragione sorge la prima volta con Cartesio, colui che viene sempre accomunato a Galileo come co-fondatore della scienza moderna. Loro mostrano come razionalismo e meccanicismo non avevano nulla a che fare con la scienza: il realismo scientifico non si dimostra, si mostra. Pochi sanno che Cartesio non fece nessuna scoperta scientifica e non capì niente del metodo di Galileo: nei testi destinati al pubblico viene scritto tutt'altro.

La vera difficoltà è andare a controllare le fonti senza prendere niente per buono senza averlo prima controllato. La scienza si basa su una concezione aperta della ragione (non ammette come suo fondamento nessuna struttura rigida definita). Da questa tesi ne discendono altre:

• Opposizione tra metodo di Galileo e quello di Cartesio = esistenza di due differenti concezioni della scienza;
• Nesso tra razionalismo e meccanicismo;
• Nessi tra autori ritenuti lontani o addirittura opposti tra loro;
• Indivisibilità dell'aspetto intenzionale e analogico della ragione accanto a quello logico-deduttivo;
• Importanza di altre forme di conoscenza diverse dalla scienza sperimentale = possibile dialogo tra esse.

La scienza è rimasta uno dei pochissimi luoghi dove vi è fiducia nella capacità dell'uomo di conoscere la verità dentro l'esperienza.

Parte prima: le due modernità

Galileo e la nascita della scienza

Contesto storico e culturale

La scienza naturale nacque per opera di Galileo Galilei. Primo di sette fratelli, Galileo nacque nel 1564 a Pisa dal fiorentino Vincenzo Galileo, primo a studiare la musica dal punto di vista matematico, contribuendo alla nascita della musica barocca, e dalla pistoiese Giulia Ammannati. Dopo aver frequentato uno studio di pittore, lo lasciò per ragioni economiche: nel corso della sua vita egli dovette provvedere alle sorelle e ai suoi figli avuti dalla veneziana Marina Gamba. Galileo, oltre a vendere le sue invenzioni, fece l'astrologo. Dal 1581 al 1585 Galileo studiò medicina a Pisa, ma qui iniziò ad appassionarsi a matematica e fisica, scoprendo la legge dell'isocronismo del pendolo. Nel 1586 passò a studiare matematica a Firenze dove ascoltò le lezioni di Cristoforo Clavio, più grande matematico del suo tempo. Proprio a quest'ultimo Galileo mandò i suoi lavori chiedendo e ottenendo aiuto per la sua carriera accademica che iniziò a Pisa nel 1589 come professore di matematica. Nel 1592 a Padova costruì diversi strumenti e iniziò i suoi primi lavori sul moto dei corpi.

Nel periodo in cui arrivò a Padova già molte scoperte in ambito matematico erano state fatte tra cui l'introduzione dello zero, ripreso dagli indiani. Alla fine del 1400 Leonardo Da Vinci tentò l'applicazione di questa matematica allo studio della natura. Nel 1543 Copernico pubblicò il suo trattato "De revolutionibus orbium coelestium" contenente la teoria dell'eliocentrismo, mentre nello stesso anno Vesalio inviò i primi studi su anatomia umana. Dal 1576 al 1597 l'astronomo Tycho Brahe realizzava osservazioni astronomiche senza precedenti nella storia che permetteranno a Keplero di ricavare le leggi del moto dei pianeti. Nello stesso periodo il cartografo Mercatore costruiva il primo planisfero moderno, il botanico Cesalpino dava la prima classificazione coerente delle piante e l'ingegnere Stevin scopriva le leggi dell'idrostatica. La riforma del calendario fu fortemente voluta da papa Gregorio XIII.

L'iniziatore della scienza moderna

Galileo:

• Prova l'unità della natura del mondo sublunare e celeste;
• Scopre le leggi di natura universali e del moto dei corpi;
• Stabilì il metodo della scienza della natura;
• Scopre le leggi del pendolo;
• Risolve il problema della massima gittata di un proiettile (rialzo di 45 gradi);
• Impostò correttamente il problema del tempo minimo di caduta di un corpo senza risolverlo;
• Intuì che la velocità della luce era finita;
• Scoprì la prima proprietà dell'infinito meccanico;
• Realizzò numerose invenzioni (pianto inclinato, meccanismo dello scappamento, orologio a pendolo, bilancia idrostatica, microscopio, telescopio...ecc);
• Difese il valore autonomo dell'arte;
• Impostò correttamente la soluzione del problema dei rapporti tra scienza e teologia;

La cosmologia antica e medioevale

All’epoca di Galileo il sistema accettato era quello geocentrico, ispirato alla filosofia di Aristotele, dove la terra si trovava al centro dell’universo ed era circondata da nove sfere concentriche in cui si trovavano incastonati i corpi celesti. Secondo la fisica di Aristotele la Terra, la sua atmosfera e lo spazio circostante erano formati dalla combinazione dei quattro elementi fondamentali: terra e acqua ritenuti pesanti, aria e fuoco ritenuti leggeri. Per i corpi composti dipendeva da quale elemento fosse prevalente. I corpi avevano una tendenza spontanea a raggiungere il proprio luogo naturale: per i corpi pesanti era la Terra, mentre per quelli leggeri era il cielo, con una velocità proporzionale al peso. Da ciò conseguiva che la Terra dovesse stare al centro dell’universo essendo il corpo più pesante di tutti.

Il moto delle sfere celesti veniva spiegato così: essendo essi gli oggetti più perfetti, dovevano muoversi di moto circolare uniforme perché era tra tutti il più simile all’immobilità di Dio (motore immobile: muove tutto tranne se stesso). Le sfere celesti e i corpi incastonati erano formati dalla “quintessenza” o “etere” che essendo liscio permetteva un movimento regolare e senza fine. Il primo a sostenere che gli altri dovevano muoversi di moto circolare uniforme fu Platone. A ciò si opponeva il problema del moto retrogrado dei pianeti. Oggi sappiamo che questo moto è solo apparente e si origina per la differente ampiezza delle orbite, quindi una diversa velocità di rivoluzione dei pianeti: quello che percorre l’orbita più vicina al sole risente di più dell’attrazione gravitazionale e deve avere una velocità maggiore perché le due forze restino in equilibrio. Ciò comporta che periodicamente la Terra venga superata da Venere e Mercurio (+ interni) e a sua volta superi tutti quelli all’esterno creando l’illusione che rallentino. Da qui la denominazione di pianeti e stelle fisse. Gli antichi pensavano che i corpi celesti avessero tutti la stessa natura e la sola differenza visibile era quella tra qualche stella che sembrava vagabonda e le altre che avevano un corso regolare (stelle fisse=non cambiavano posizione le une rispetto le altre). Per risolvere questo problema senza rinunciare al Geocentrismo, Eudosso di Cnido propose un modello successivamente perfezionato da Callippo, nel quale la sfera in cui era incastonato un pianeta era a sua volta dentro altre sfere con assi di rotazione differenti: nel modello di Eudosso le sfere erano 27, mentre in quello di Callippo 34. Il loro sistema funzionava dal punto di vista matematico ma non nella fisica reale.

Aristotele ne introdusse un altro che superava questa difficoltà introducendo sfere intermedie che divennero in tutto 55. Anche questo modello non andava bene: c’era ancora il problema del moto retrogrado e a volte i pianeti sembravano cambiare dimensione e luminosità. Questo è esattamente ciò che accade per la diversa velocità con cui i pianeti percorrono le loro orbite e per la loro ellitticità: ciò non poteva accadere in un sistema dove la Terra era al centro dell’universo e le orbite erano circolari. Si pensò di abbandonare il sistema geocentrico. Eraclide Pontico propose il “sistema egizio” nel quale solo Mercurio e Venere giravano intorno al sole, che a sua volta girava intorno alla Terra insieme a Luna, Marte, Giove, Saturno e stelle fisse.

Successivamente Aristarco da Samo introdusse un modello interamente eliocentrico, ma queste cosmologie eretiche vennero presto abbandonate. Ipparco di Rodi e poi Tolomeo introdussero il sistema degli epicicli: i pianeti non stanno più nella sfera principale che ruota intorno alla Terra, ma su una più piccola che ruota attorno ad un punto situato sul deferente cosicché per effetto della combinazione dei due movimenti, in certi periodi dell’anno ne compiano uno all’indietro: per riprodurre fedelmente ciò che si osservava occorrevano ulteriori epicicli incastonati negli epicicli principali per un totale di 40. Il sistema tolemaico spiegava i fenomeni del moto retrogrado e delle variazioni di dimensioni e luminosità anche se presentava diversità rispetto l’osservazione: ciò era dovuto al fatto che le orbite si credeva fossero circolari, mentre sono ellittiche. Per questo la Terra pur restando il centro del sistema non era in realtà il centro geocentrico: le sfere principali avevano come centro di rotazione un punto posto a metà strada tra Terra e equante (punto ideale). Perciò il moto dei pianeti risultava uniforme solo rispetto l’equante (rendeva uniforme questo moto). Da Tolomeo in poi gli astronomi cercarono di trovare modelli matematici che permettessero di far tornare i conti. Con il passare del tempo si affermò il funzionalismo, ovvero il poter dare spiegazioni diverse per uno stesso insieme di fenomeni senza poter sapere quale sia quella vera oppure senza che nessuna sia vera di fatto. In tutti i sistemi di cui si è parlato in precedenza la Terra era rotonda: la storia che nel medioevo si pensava che la terra fosse piatta è solo una leggenda. Nel 230 a.C. il matematico Eratostene di Cirene, direttore della biblioteca di Alessandria d’Egitto, aveva calcolato con esattezza il raggio della Terra (6314,5 km) con un margine d’errore di meno dell’1%: oggi il raggio accettato è di 6378 km.

Lattanzio nel 300 sostenne che la Terra fosse rettangolare in quanto nella Bibbia l’universo viene descritto come un Tabernacolo. A parte questo episodio, in tutti gli altri testi antichi, da Dante a Sacrobosco, la terra viene descritta di forma sferica. Colombo non riusciva a trovare chi gli desse le navi non perché avevano paura che la sua spedizione precipitasse oltre l’orlo della terra allora creduta piatta, ma perché sapendo che era rotonda il viaggio per le Indie risultava troppo lungo.

Moto retrogrado: quando un pianeta si muove verso una direzione inaspettata

Finalmente l’eliocentrismo (cioè, quasi…)

Il sistema tolemaico (geocentrico) divenne il sistema ufficiale per oltre 14 secoli. Nel 1543 l’astronomo Copernico ripropose un modello di tipo eliocentrico, con il sole al centro di tutti i pianeti, terra compresa, che gli giravano attorno. Copernico studiò diritto canonico e medicina prima a Bologna poi a Padova. Si avvicinò alla matematica e all’astronomia studiando nell’accademia di Cracovia, quando dovette interrompere gli studi per andare a Frauenburg dove abitò vicino la cattedrale e lavorò grazie allo zio, vescovo della città, come canonico. Egli non era interessato al moto della Terra che introdusse solo quando capì che era l’unico modo di eliminare il problema degli equanti, rendendo di nuovo il moto degli astri circolare uniforme come voleva la fisica aristotelica. Il problema era che questa teoria era contraddetta dal sistema copernicano: la teoria dei moti naturali diventava inapplicabile se si rimuoveva la Terra dal centro dell’universo.

Copernico fece gravitare la Terra al posto del cielo. Il peso di una pietra voleva dire che essa aveva tendenza a cadere verso il centro della terra (senso della gravità: ora il Sole e la Luna diventano essi stessi centri di gravità). Se la Terra è un pianeta, scompare ogni distinzione tra mondo sublunare e cieli eterei. Fu proprio Copernico a costruire un sistema completo basato sull’eliocentrismo: egli elimina il problema del moto retrogrado dei pianeti con gli epicicli e gli equanti ad esso collegati. In compenso dovette introdurre altri epicicli per spiegare le diversità rispetto le osservazioni (48 epicicli contro i 40 di Tolomeo, di cui 9 della Terra). Il sistema copernicano non era neanche completamente eliocentrico: benché il Sole si trovasse immobile all’interno dell’orbita terrestre, il centro geometrico di quest’ultima cadeva in un punto dello spazio al di fuori del Sole. In questo sistema l’anno terrestre (periodo di rivoluzione della terra) determinava le orbite degli altri pianeti che oscillavano nello spazio avendo come punti di riferimento non il Sole, ma l’orbita della Terra.

Copernico aveva fatto poche osservazioni astronomiche, si era fidato di quelle fatte dagli antichi, precise ma non impeccabili portando l’astronomo a commettere errori più gravi. Quando se ne accorse riscrisse la sua teoria dall’inizio alla fine. Per questo motivo la pubblicazione del “De revolutionibus” continuò a tardare. In tutto ciò un ruolo importante lo ebbe Retico, astronomo dell’università di Wittenberg che si recò da lui nel 1539 e a cui Copernico affidò l’editoria del suo libro. Retico scrisse un riassunto delle scoperte di Copernico e poi venne autorizzato a pubblicare il "De revolutionibus". Nonostante gli accordi non fu Retico a curarne la stampa perché nel libro, tra i ringraziamenti, Copernico non lo nominava nemmeno. Retico lasciò Norimberga per Lipsia e la cura dell’edizione del "De revolutionibus" passò nelle mani di Osiander, il quale vi aggiunse una prefazione dove sosteneva che la cosa importante era che le ipotesi mostrino il calcolo in armonia con i fenomeni osservati. Molti, primo tra tutti Keplero, sostenevano che la prefazione di Osiander sminuiva la portata rivoluzionaria dell’opera presentandola come ipotesi matematica e che Copernico non aveva mai approvato quel testo visto che la prima copia uscì quando egli fu sul letto di morte.

Retico sostiene invece che Copernico aveva oltre che letto, approvato la prefazione. La prefazione di Osiander si apre sostenendo che alcuni studiosi si siano risentiti di quest’opera che pone la terra mobile e il sole immobile. La verità è che Copernico si era si convinto della realtà del moto della Terra, ma non credeva alla realtà del meccanismo da lui costruito per dimostrare questa tesi: anche se la prefazione non gli era piaciuta, non aveva nulla da obbiettargli. Scritta la prefazione, la passò all’editore che chiese l’autorizzazione per pubblicarla al canonico, il quale la concesse. Ciò che fece diventare Copernico importante furono le sue tavole astronomiche, in grado di fornire le posizioni del Sole, dei pianeti e delle stelle e le date delle eclissi nell’arco di anni, le quali furono utilizzate per la riforma del calendario. In breve tempo esse sostituirono le tavole alfonsine, realizzate da cinquanta astronomi per volere di re Alfonso X di Castiglia e Leon. I calcoli di Copernico, essendo più recenti, presentavano un margine d’errore inferiore: si trattava però comunque di posizioni calcolate in base ad osservazioni altrui.

La trama si infittisce: Tycho Brahe

Nel 1588 l’astronomo danese Tycho Brahe propose un altro modello, una via di mezzo tra le opposte visioni, mantenendo la Terra al centro dell’universo, ma facendo girare i pianeti attorno al Sole e quest’ultimo intorno alla Terra: usò per la prima volta le orbite al posto delle sfere celesti. Tycho era diventato famoso come astronomo in seguito all’avvistamento di una supernova comparsa nel 1572: ciò metteva in discussione il principio aristotelico dell’immutabilità dei cieli. Grazie agli straordinari strumenti astronomici che si era costruito, Brahe poté stabile con certezza che la stella era assolutamente immobile. Nel 1573 Tycho espose i suoi risultati nel libro “De stella nova“ e la fama così ottenuta gli permise di entrare nelle grazie del re Federico II, il quale regalò all’astronomo l’isola di Hveen dove venne costruito un osservatorio e l’annesso Castello delle stelle. La costruzione dell’osservatorio risultò uno dei progetti di ricerca più costosi della storia. Tycho era il signore assoluto dell’isola, incamerava i tributi e tiranneggiava come un vero sovrano: per questo motivo dopo la morte di Federico II, il nuovo re Cristiano IV lo punì riducendogli la rendita. L’astronomo così si decise ad abbandonare definitivamente l’isola recandosi a Praga dall’imperatore Rodolfo II d’Asburgo. Osservò 4 comete, calcolandone le orbite e convincendosi che incrociavano le orbite dei pianeti: per questo motivo dovevano essere fenomeni celesti. Poiché le comete non avrebbero potuto passare attraverso le sfere celesti essendo ritenute corpi soliti, Brahe le abbandonò introducendo il moderno concetto di orbita intesa come traiettoria descritta da un corpo nello spazio vuoto. Nel sistema tychonico anche le orbite del Sole e dei pianeti si intersecavano in modo incompatibile con l’esistenza delle sfere solide: per questo gli astronomi non credevano all’esistenza fisica delle sfere.

La grande occasione mancata: le leggi di Keplero

A dare senso compiuto ai dati astronomici raccolti da Tycho Brahe fu Keplero. Nonostante quest’ultimo non sembrasse destinato a diventare un genio dell’astronomia per via della vita burrascosa e del problemi fisici, venne...