Riassunto esame storia della scienza, Prof. Ciancio, libro consigliato "Storia della scienza in Occidente" (R. Maiocchi)

La teoria dei moti accelerati

Nel periodo di prigionia G. porta a compimento la sua opera scientifica più significativa, quel trattato

sul movimento cui pensava da decenni.

1638: Discorso e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze. Vi compaiono i tre interlocutori del

Dialogo e anche quest’opera è scandita in quattro giornate; di particolare importanza è la trattazione nella

terza e quarta giornata del problema del moto uniforme, di quello naturalmente accelerato e

uniformemente accelerato. L’opera tratta, quindi, di tutti gli aspetti della fisica e il nucleo più rilevante è

la teoria dei movimenti accelerati e in questa un ruolo centrale è svolto dalla legge di caduta dei gravi.

Una volta ammessa la possibilità di pensare ad una transizione continua tra la quiete e il moto, e

apertasi dunque la possibilità di accettare la proporzionalità tra velocità di caduta e tempo, G. definisce

il moto uniformemente accelerato come quel moto in cui la velocità cresce con il tempo e cerca una

teoria razionale dei movimenti accelerati.

G. dedica molti sforzi alla fondazione di un calcolo per le tecniche infinitesimali indispensabili ad una

trattazione geometrica del moto naturalmente accelerato secondo la proporzione dello scorrere del

tempo.

Egli rappresenta il moto uniformemente accelerato con un triangolo, e il moto uniforme con un

rettangolo.

Apparentemente G. non fa altro che ritrovare i risultati sulle caratteristiche matematiche del moto

uniformemente accelerato già noti ai calculatores, in realtà egli si muove in un orizzonte concettuale

completamente differente e inaugura una nuova scienza del movimento.

La supposizione secondo cui i vari momenti della velocità sono da intendersi come uniformi, consente

a G. di raggiungere un’altra conclusione importantissima: la dimostrazione che il percorso di un grave

scagliato orizzontalmente è una parabola. G. ora sa che il movimento di caduta è un movimento

uniformemente accelerato che si deve combinare con un moto uniforme orizzontale.

Nella trattazione del moto dei proiettili impiega come sinonimo di momento di velocità il termine

impeto, che ben si presta a designare la capacità più o meno grande di un corpo, in funzione della sua

velocità maggiore o minore, a produrre deformazioni o a rompere altri corpi. G. dice, ad esempio, che

in un moto uniforme l’impeto di un corpo è costante, in un moto accelerato l’impeto è crescente. Si

tratta di affermazioni che apparentemente ricalcano quelle della teoria dell’impetus. La somiglianza è solo

terminologica: G. ormai ha abbandonato le idee giovanili e concepisce l’impeto non come causa del

movimento, ma come suo effetto.

Nei Discorsi si trova anche la dimostrazione di una tesi cui G. era giunto già nel 1615: la legge della

caduta dei gravi, in assenza di attriti, è identica per tutti i corpi, contro la tesi aristotelica che la velocità

di caduta sia proporzionale al peso dei gravi. Infatti, le differenze di velocità dei gravi di peso differenti

tendono a diminuire man mano che i mezzi in cui si effettuano i moti diventano più sottili, meno densi.

Il valore universale della legge di caduta dei gravi costituisce uno dei risultati del pensiero galileiano da

cui meglio risalta il carattere astratto e ideale della sua scienza.

La procedura di purificazione del mondo sensibile è indispensabile per poter giungere a schemi esatti,

rigorosi, per poter applicare la matematica al mondo. Il mondo ideale così costruito è vero, ma non può

trovare immediato riscontro nell’esperienza, la quale sempre presenta fattori perturbatori, e solo

togliendo questi ultimi ci si potrà render conto della verità scientifica.

Principio della relatività del moto: afferma che le leggi della fisica sono sempre della stessa forma nei

sistemi di riferimento inerziali. Afferma quindi l’assoluta equivalenza fisica di tutti i sistemi di

riferimento inerziali. Le leggi della fisica sono identiche in tutti i sistemi inerziali.

Qualità primarie/secondarie: qualità è la determinazione qualsiasi di un oggetto. Di questa famiglia

Aristotele distinse quattro membri: 1. abiti (temperanza, scienza, virtù) e disposizioni (salute, malattia,

caldo, freddo, ecc.); 2. capacità o incapacità naturali; 3. determinazioni geometriche o misurabili (figura,

forma, numero, estensione, ecc.); 4. determinazioni sensibili, cioè che sono fornite da strumenti

organici (colori, suoni, sapori). Le qualità 3. e 4. sono quelle tradizionalmente distinte come primarie

(quantificabili e oggettive) e secondarie (non quantificabili e soggettive). Questi termini rimontano a

Boyle, ma la distinzione rimonta a Democrito. Dopo molti secoli fu ripresa da Galilei, da Cartesio e da

Locke.

Dal “perché” al “come”: scelta consapevole o forzata?

Una delle differenze più significative tra il pensiero della maturità di G. e la produzione precedente è

costituita da una netta separazione tra la cinematica (ramo della fisica che descrive quantitativamente il

moto dei corpi, senza porsi il problema di prevedere il moto futuro a partire da grandezze note; è detta

anche "geometria del movimento") e la dinamica (parte della meccanica che studia le circostanze e le

cause che determinano e modificano il moto dei corpi).

Sin da giovane G. era stato affascinato dall’idea di giungere ad un’elaborazione unitaria della dinamica e

della statica. Dopo molti sforzi inutili G. giunse a convincersi che la statica (parte della meccanica che

studia le condizioni necessarie affinché un corpo, inizialmente in quiete, resti in quiete anche dopo

l'intervento di forze esterne) costituiva un campo d’indagine sostanzialmente indipendente della

dinamica.

Infine giunse al rifiuto di andare alla ricerca delle cause dei fenomeni per concentrarsi sulle leggi che

legano tra di loro i fenomeni stessi.

In questo aspetto dell’opera di G. molti storici hanno visto il tratto più caratteristico della scienza

moderna, che con il grande pisano abbandona la ricerca del “perché” dei fenomeni per concentrarsi sul

“come” essi avvengono.

Avendo separato la ricerca sulle cause del movimento da quella sugli effetti fenomenici, avendo cioè

distinto la dinamica dalla cinematica, G. non poté mai esprimersi con chiarezza sul rapporto esistente

tra la forza (gravità) che causa la caduta e la legge di caduta dei gravi.

G. non giunse mai a fare esplicitamente un passaggio che a noi pare elementare: quello che porta dalla

legge di caduta dei gravi al secondo principio della dinamica; se un peso costante produce un

movimento di caduta uniformemente accelerato, allora si può sostenere che ogni forza costante

applicata ad un corpo genera un’accelerazione costante. Questo passaggio fu invece compiuto dagli

allievi di G. Baliani e Torricelli.

Il secondo principio della dinamica veniva a completare la riformulazione della dinamica aristotelica dei

moti violenti avviata dal principio d’inerzia: mentre per Aristotele una forza costante produce una

velocità costante e in assenza di forza non vi può essere movimento, per la dinamica originata

dall’opera di G. un movimento uniforme non ha bisogno di alcuna forza per mantenersi e l’intervento

di una forza produce una variazione di velocità.

Il metodo della scienza

La rilevanza di G. dipende anche dall’aver indicato un nuovo metodo scientifico. Come per tutti gli

aspetti dell’opera galileiana, anche a proposito del metodo, le interpretazioni proposte dagli storici sono

molteplici e divergenti.

L’aspetto metodologico più interessante è stato l’abbandono della ricerca di nature essenziali e cause

ultime, per limitarsi alla descrizione dei nessi costanti tra i fenomeni.

La scoperta delle leggi fenomeniche, delle “cause prossime”, avviene in G. partendo dalle osservazioni e

ritornando poi alle osservazioni tramite un metodo di “risoluzione e composizione”. Analizzando

l’esperienza, variando le condizioni osservative al fine di isolare di essa gli aspetti rilevanti, si arriva a

formulare delle teorie generali, che vanno poi dimostrate vere o false mediante l’esperimento.

Rispetto alla tradizione dei logici dell’aristotelismo rinascimentale, G. compie un passo avanti,

richiedendo che gli elementi in cui l’esperienza viene analizzata possano essere definiti

quantitativamente, ed espressi in termini matematici, quindi sottoponibili a misurazioni precise.

Pur ammettendo che G. abbia effettivamente compiuto misurazioni di decisiva importanza, nella forma

che si è vista trattando della legge di caduta dei gravi, è indubbio che nel complesso dei suoi scritti

predomini l’argomentazione teorica, la dimostrazione razionale.

G. fu comunque il primo a proporsi di compiere alcune esperienze quantitative per controllare in

maniera non episodica, bensì critica e metodica, le proprie idee, inaugurando così una nuova era per la

scienza, quella della ma tematizzazione anche attraverso la misurazione.

La matematizzazione della natura operata da G. è stata interpretata dagli storici in vari modi. Una

tradizione vi ha visto una decisiva influenza di Platone, del filone platonico-pitagorico. Altri studiosi

hanno invece interpretato i richiami a Platone presenti nei testi galileiani come artifici retorici: per

intaccare il preteso monopolio di Aristotele nell’antichità.

Nel matematizzare il mondo G. aveva piuttosto in mente il “divino”Archimede e andava alla ricerca di

teorie assiomatizzate, euclidee, con le quali descrivere il mondo reale.

Tutti gli storici, in ogni caso, concordano nel ritenere che con la faticosa elaborazione di una scienza

matematizzata G. ha indicato alla scienza moderna la sua via maestra.

CAPITOLO III

LA FILOSOFIA DELLA SCIENZA:

IL MECCANICISMO

Il meccanicismo è un termine filosofico e scientifico usato per indicare una concezione del mondo che

evidenzia la natura esclusivamente corporea, e quindi meccanica, di tutti gli enti, unita al loro

comportamento motorio esclusivamente di tipo meccanico.

Il meccanicismo può essere considerato:

1- come una concezione filosofica del mondo: secondo questa, il meccanicismo si è presentato sin

dall’antichità come una forma di atomismo, corrente che concepiva il mondo come un sistema di corpi

in movimento, e come una corrente deterministica, secondo la quale tutto ciò che esiste o accade,

comprese le conoscenze e le azioni umane, è determinato in modo causale da una catena ininterrotta di

eventi avvenuti in precedenza.

Questa concezione è caratterizzata appunto dalla negazione di ogni ordine finalistico: il finalismo è

quella dottrina che ammette che ci sia un progetto, uno scopo, una direttiva, un principio o una finalità

nelle opere e nei processi naturali, unita allo studio filosofico di tale scopo. Il fine è inteso come la causa

totale dell’organizzazione del mondo e dei singoli eventi. Il finalismo implica due tesi: da una parte che

il mondo è organizzato in vista di un fine; dall’altra parte che la spiegazione di ogni evento del mondo

consiste nell’esporre il fine cui l’evento è diretto.

2- come un metodo o un principio direttivo della ricerca scientifica: secondo questo, nella fisica il

meccanicismo consiste nella tesi che tutti i fenomeni della natura debbano essere spiegati con le leggi

della meccanica e con le sue grandezze (es. la forza, la massa, l’energia).

Nella scienza seicentesca l’universo fu concepito come una grande macchina, un insieme composto da

parti in movimento, un universo-macchina perfettamente determinato in tutti i suoi comportamenti

dalle leggi del moto, perfettamente comprensibile attraverso le medesime leggi.

Cartesio

(1596 - 1650)

C. è colui che più di ogni altro fece per contribuire a far affermare questa concezione meccanicistica del

mondo. Con la sua fondamentale distinzione tra res cogitans e res extensa, tra pensiero e materia

(estensione), C. separa le questioni che riguardano l’anima da quelle che hanno a che fare con i corpi,

rende autonoma la scienza dalla religione e indica alla ricerca scientifica un nuovo grande compito,

quello di comprendere il mondo impiegando solo i concetti di estensione (forma geometrica) e

movimento. Il mondo così ridotto a materia in movimento era un mondo assolutamente chiaro alla

ragione umana.

Il meccanicismo cartesiano rompe dunque decisamente non solo con la tradizione aristotelica, ma

anche con la scienza rinascimentale, che faceva ampio ricorso alle forza occulte.

Ammettendo per il mondo fisico il solo attributo dell’estensione, C. afferma anche in modo nettissimo

quella che fu forse la concezione più caratteristica del nuovo pensiero scientifico: il mondo fisico non è

necessariamente simile al mondo sensibile, la scienza non tratta di oggetti definiti dai sensi, non si fonda

sulle qualità sensibili.

Il mondo cartesiano è una macchina composta da corpi privi di principi attivi, corpi inerti soggetti alla

necessità fisica. Poiché la materia è del tutto inerte, essa non può essere causa del proprio moto.

L’origine del movimento è Dio, che all’atto della creazione ha conferito ai corpi il movimento. Questo

movimento si conserva poi eternamente poiché vale il principio d’inerzia: il movimento di un corpo è

uno stato che si mantiene fino a che non interviene una causa esterna a modificarlo. Il principio

d’inerzia è un principio basilare della fisica cartesiana in quanto esso consente di pensare a un mondo

materiale inerte, privo di principi attivi, eppure in continuo movimento. C. fu il primo a concepire il

moto inerziale come rettilineo: ogni corpo si muove con velocità rettilinea e uniforme fino a quando

non urta in un altro corpo.

L’urto tra i corpi è l’unica forma di interazione che C. ammette nel proprio mondo. Allo studio dei

fenomeni d’urto dedica molta attenzione, proprio perché in essi egli vedeva la strada per individuare le

leggi fondamentali della natura. La sua analisi parte da un principio di conversazione della quantità di

moto: poiché intende la quantità di moto come una quantità scalare, non vettoriale, la maggior parte

delle sue conclusioni sulle leggi dell’urto appaiono oggi sbagliate, ma ciò non toglie che i suoi studi a

riguardo siano stati il punto di partenza ineludibile per quelli successivi.

Il principio d’inerzia e quello della conservazione della quantità di moto sono sufficienti a erigere

un’immagine scientifica dell’universo capace di spiegare qualsiasi genere di fenomeni.

L’aspetto più caratteristico della macchina del mondo cartesiana è costituito dai moti vorticosi, senza i

quali nessun movimento potrebbe avere luogo. Infatti l’identificazione tra materia ed estensione

compiuta da C. implica che ogni porzione di spazio si debba pensare come riempita di materia. Se non

esiste alcun vuoto in cui un corpo si possa muovere, allora un qualsiasi movimento può avvenire solo se

lo spazio lasciato libero da un corpo che si sposta è immediatamente occupato da un altro corpo. Ogni

particella in moto in un pieno deve partecipare di una catena chiusa di materia in movimento, deve

inscriversi in un moto vorticoso. L'universo è il risultato di un numero infinito di vortici.

Un vortice importante è quello formato dal sistema solare, che ha al centro il Sole. Gran parte del

vortice è riempita dal “secondo elemento”, particelle a forma sferica, mentre particelle estremamente

sottili (“primo elemento”) riempiono tutti gli interstizi tra le sfere del secondo elemento e qualsiasi

poro. I pianeti sono formati dalla riunione di una terza forma di materia, particelle grandi che originano

i corpi macroscopici. Il vortice incentrato nel Sole trascina i pianeti e li fa ruotare: è questa la prima

teoria dall’apparenza plausibile che va a sostituire le antiche sfere cristalline e che propone una causa

fisica per i moti planetari.

Per Galileo i moti planetari erano moti circolari naturali, ma per C. il movimento di un pianeta, così

come accade per ogni movimento circolare, non è naturale, in quanto, a causa del principio d’inerzia

rettilineo, ogni corpo esercita costantemente una tendenza ad allontanarsi dal centro intorno al quale

ruota. Per compiere un tragitto curvo deve essere soggetto a qualche vincolo esterno, che C. indica

nell’azione della materia in rapido movimento che si trova nella parte più esterna del vortice, la quale

tende a forzare il pianeta verso l’interno. L’orbita percorsa da un pianeta è dunque il risultato di un

equilibrio tra una tendenza a sfuggire verso l’esterno e una controtendenza a riportare il pianeta verso il

centro.

La teoria dei vortici è applicata da C. alla spiegazione dei principali fenomeni fisici: la luce, la gravità dei

corpi; neppure il magnetismo, che nella scienza rinascimentale era stato l’emblema di tutte le facoltà

occulte, sfugge al processo di riduzione alle leggi del movimento.

Metodo: nella costruzione dei propri meccanismi C. procede con la ragione e con l’immaginazione;

l’esperienza ha per lui un ruolo marginale ed è la ragione che pone i principi costitutivi del mondo, le

leggi di natura, ed è essa che elabora modelli meccanici capaci di simulare i fenomeni. Impiegando solo

la ragione ci si può imbattere in varie possibilità teoriche parimenti plausibili ed allora interviene

l’esperimento a suggerire la scelta tra le alternative. C. non cerca un contatto puntuale tra le proprie

teorizzazioni e l’esperienza. I suoi modelli si limitano a fornire spiegazioni in linea di principio. La sua

fisica parla di figure in movimento, dunque è in via di principio interamente matematizzabile, ma di

fatto non è matematizzata.

La scienza di Galileo tutta protesa alla comprensione matematizzata dei dettagli della natura appariva a

C. una scienza filosoficamente inaccettabile in quanto priva di un fondamento, di principi generali

unificanti. I meccanicismi fantastici descritti da C. sono assurdi, ma esprimono un desiderio di

conoscere i meccanicismi della natura.

Per quanto molto influente, il cartesianesimo non fu l’unica versione di meccanicismo circolante

attorno alla metà del secolo. Un’alternativa forte fu quella rappresentata da Pierre GASSENDI (1592 -

1655), che si fece banditore dell’antica corrente atomistica.

Contro la materia infinitamente divisibile e l’universo pieno di Cartesio, G. sostenne l’esistenza di

particelle indivisibili che si muovono in spazi vuoti. G. e Cartesio concordavano comunque su un

principio fondamentale che costituiva il principale connotato della posizione meccanicistica: la natura è

composta da materia priva di attributi qualitativi e tutti i fenomeni naturali sono prodotti da parti di

materia in movimento.

Questo accordo tra i due pensatori consentì a Robert BOYLE (1627 - 1691), massimo esponente degli

scienziati della generazione successiva, di unificare cartesianesimo e atomismo, concependoli come due

espressioni della medesima “filosofia meccanicistica”, la quale fa risalire tutti i fenomeni naturali ai “due

principi universali”: materia e movimento.

Non facilmente unificabili erano invece le concezioni metodologiche di Cartesio e G. Alla convinzione

cartesiana secondo cui, procedendo razionalmente, per idee chiare e distinte, la scienza può raggiungere

una conoscenza certa dell’essenza della materia, G. oppose una concezione più prudente e scettica: per

G. solo Dio può conoscere le essenze ultime, ma l’uomo deve rinunciare a questa pretesa, che è invece

comune ad Aristotele e Cartesio.

Non si deve dimenticare che, se dal punto di vista filosofico la parte centrale del XVII sec. fu dominata

dal razionalismo meccanicista di Cartesio, questo stesso periodo vide anche il fiorire di una robusta

corrente di ricerca empirica la quale affrontava lo studio diretto della natura tramite nuovi strumenti e

nuovi atteggiamenti intellettuali.

Solo nell’opera di Newton si realizzerà una fusione tra razionalismo e sperimentalismo, tra matematica

ed esperienza, che rappresenterà il culmine della rivoluzione scientifica.

CAPITOLO IV

NUOVI STRUMENTI PER LA SCIENZA

La nuova matematica

Il risultato più significativo raggiunto dalla matematica seicentesca fu il calcolo delle grandezze variabili

con continuità, o calcolo infinitesimale, corpo di conoscenze matematiche che studia il

"comportamento locale" di una funzione tramite la nozione di limite.

ITALIA

In Italia il problema del calcolo infinitesimale venne affrontato col metodo degli indivisibili.

Il pisano Galileo affrontò tale problema nell’ambito della caduta dei gravi, mostrando che i corpi

materiali cadono nel vuoto, escludendo quindi qualunque effetto di attrito tutti con la stessa

accelerazione e indipendentemente dalla loro massa. In questo caso il calcolo infinitesimale si collegava

al calcolo del rapporto tra aree di figure diverse, ricorrendo a considerazioni sugli elementi

infinitamente piccoli in cui si può pensare di suddividere tali aree.

A sua volta, il milanese Cavalieri (1598 - 1647) nella Geometria indivisibilibus propose l’idea di ricavare le

misure delle aree dal confronto degli indivisibili in cui esse si possono scomporre. Il suo principio

suonava così: se due aree piane, tagliate da un sistema di rette parallele, intercettano sopra ognuna di

esse due corde uguali, le due aree sono eguali; se intercettano corde che hanno tra loro un rapporto

costante, anche le due aree hanno tra loro questo rapporto. Allo stesso modo, se due volumi, tagliati da

un sistema di piani paralleli, intercettano sopra ognuno di essi sezioni uguali, anche i due volumi sono

uguali; se intercettano sezioni che stanno tra loro in rapporto costante, anche i due volumi stanno tra di

loro in questo rapporto. Da ciò si può dedurre che in realtà gli indivisibili rettilinei di Cavalieri (corde

per le aree e sezioni per i volumi) non sono delle entità infinitamente piccole, ma delle grandezze

geometriche rigorosamente confrontabili tra di loro.

FRANCIA

In Francia alla nascita del calcolo infinitesimale contribuì la geometria analitica. Con essa venne creata

una tecnica per trattare i problemi geometrici in forma algebrica, per tradurre una qualsiasi curva in una

equazione e per studiare le proprietà della curva attraverso le proprietà dell’equazione.

In Cartesio, o Descartés, la geometria analitica, esposta nella Géometrie, è concepita come un progetto di

grande significato filosofico, come un metodo generale applicabile a tutti i problemi geometrici.

Traducendo i problemi geometrici in termini algebrici, la nuova geometria consentiva di usare

automaticamente gli schemi risolutivi già scoperti dagli algebristi. In questo modo Cartesio pensava di

aver trovato la soluzione della questione filosofica di fondo che egli intendeva affrontare, quella di dare

un fondamento assoluto da cui far derivare ogni verità scientifica.

Fermat (1601 - 1665), al contrario, vedeva nella geometria analitica un particolare metodo, senza dubbio

elegante ed efficacissimo, per dare forma algebrica ai problemi geometrici; la sua validità non è provata

da alcun ragionamento a priori, ma solo dai successi verificati in moltissimi casi.

Nel giro di pochi anni, la geometria analitica divenne il nucleo centrale dell’indagine matematica.

INGHILTERRA

Nell’inglese Newton (1643 - 1702) il calcolo infinitesimale, noto come “calcolo delle flussioni”, fu

concepito come uno strumento della fisica, ed è proprio per questo che egli non si preoccupò mai di

darne una fondazione teorica ma solo di esporne le regole pratiche.

Newton concepisce le linee come descrivibili mediante il movimento continuo di punti, le superfici

descrivibili dal movimento di linee e i volumi descrivibili dal movimento di superfici. A parità di tempo,

le quantità che vengono generate dal movimento di punti, rette e superfici dipendono dalla velocità con

la quale punti, rette e superfici si muovono. A queste velocità Newton attribuisce il nome di flussioni,

mentre chiama fluenti le quantità generate dai movimenti continui. Moltiplicando la velocità (flussione)

di una variabile x (fluente) per un intervallo di tempo, si ottiene l’incremento conseguito dalla variabile

in quell’intervallo.

GERMANIA

Ben diversa da quella di Newton fu la considerazione che ebbe del calcolo infinitesimale il tedesco

Leibniz (1646 - 1716). L’algebra per Leibniz è un simbolismo adatto a esprimere i rapporti tra

grandezze finite. Essa, tuttavia, non è in grado di esprimere le sfumature, o variazioni infinitesime;

occorre perciò un calcolo simbolico delle grandezze infinitesime. Di qui la necessità di creare un’algebra

infinitesimale.

Leibniz studiò i problemi degli infinitesimi con l’obiettivo principale di stabilire simboli capaci di

esprimere con esattezza e semplicità anche le più complesse relazioni tra le differenze infinitamente

piccole. Stabiliti i simboli per gli integrali (aree) e i differenziali (variazioni infinitesime), Leibniz mise in

evidenza l’algebra particolare cui questi nuovi simboli obbediscono, ad esempio le regole per la somma

degli integrali, o del prodotto o del quoziente di differenziali.

Il simbolismo leibniziano dava una metodologia generale per trattare le grandezze infinitesime, che

facilitava enormemente le procedure calcolistiche e ne eliminava molte incertezze.

Fra Leibniz e Newton vi fu una accanita disputa circa la priorità dell’invenzione del calcolo

infinitesimale. Il tedesco cominciò a occuparsi della questione nel 1675, pubblicando però una memoria

nove anni dopo, comunque prima di una qualsiasi pubblicazione di Newton in merito. La disputa

scoppiò apertamente solo nel 1699: Leibniz capì l’importanza di mettere a punto un simbolismo

adeguato e lo realizzò; Newton capì l’importanza del calcolo solo con ritardo, e probabilmente questo

spiega come mai egli si sia deciso ad avviare la disputa ben quindici anni dopo la pubblicazione del

primo lavoro del tedesco.

La scoperta di nuovi strumenti

Grazie all’invenzione di un buon numero di strumenti, la scienza sperimentale compì una vera e propria

rivoluzione. Fra essi, vanno ricordati:

il cannocchiale: dopo quello di Galileo del 1608, divenne lo strumento fondamentale

• dell’astronomo.

il telescopio: venne creato per aumentare l’ingrandimento, scrutare oggetti lontani e ridurre le

• anomalie prodotte da lenti che risultavano sempre cariche di imperfezioni. Furono montati

telescopi lunghi fino a 60m.

Con i giganteschi telescopi vennero fatte scoperte importantissime: l’inglese Halley, ad esempio,

studiò i movimenti delle comete, convincendosi che il loro moto non è parabolico ma ellittico,

dunque ricomparendo nel cielo secondo periodi calcolabili.

I telescopi servirono anche a precisare e ampliare le carte stellari, ma non fu possibile andare al

di là di una catalogazione e passare a uno studio delle stelle. Comunque, era convinzione

generale che l’universo fosse infinito e che le stelle riempissero questo spazio.

Molti ammettevano anche l’esistenza di vari sistemi simili a quello solare, con pianeti che

potevano essere abitati.

il microscopio: venne creato per scrutare nell’infinitamente piccolo. I migliori microscopi del

• tempo di Newton furono quelli dell’olandese Leeuwenhoek, che consentivano di scorgere

oggetti del diametro di un ventimillesimo di centimetro, senza però poterne apprezzare i

dettagli. Leeuwenhoek nel 1674 vide nell’acqua prelevata da uno stagno i protozoi liberamente

viventi.

Il microscopio non diede immediatamente grandi risultati teorici, poiché esso veniva quasi

sempre impiegato per scoprire cose nuove e curiose, piuttosto che per dare risposte a precisi

interrogativi scientifici.

Solo in campo anatomico le osservazioni microscopiche contribuirono a un accrescimento

sostanziale della conoscenza: il romano Malpighi fu il più importante tra coloro che applicarono

il microscopio agli studi anatomici. In particolare, egli applicò il microscopio ai tessuti viventi,

compiendo un’ingente quantità di osservazioni su tessuti umani, animali e sulle piante.

il termometro.

• il barometro.

• l’orologio di precisione.

• la pompa per produrre il vuoto.

•

La nascita delle accademie

Le accademie erano istituzioni culturali create in opposizione alle università a cominciare dal XIV

secolo, che fino alla seconda metà del Cinquecento non si erano mai interessate alla scienza.

Fu nel Seicento che nacquero le accademie specificatamente dedicate allo studio della scienza. I

maggiori scienziati del secolo non furono professori universitari, salvo poche eccezioni come Newton,

ma studiosi che operavano privatamente e che iniziarono a riunirsi in circoli e associazioni, per

scambiarsi informazioni, discutere e organizzare esperimenti comuni.

ITALIA

La prima accademia scientifica sorse a Roma nel 1609 e fu quella dei Lincei, una associazione

puramente privata che nacque ad opera del suo mecenate Federico Cesi, che ebbe fra i suoi membri

Galileo e che si sciolse alla morte di Cesi nel 1630.

Erede di essa fu l’accademia del Cimento, sorta a Firenze per volontà di Leopoldo, fratello del granduca

Ferdinando II, nel 1657, e stipendiata dai Medici. Essa cessò di esistere nel 1667, quando Leopoldo

divenne cardinale.

FRANCIA

In Francia la prima importante associazione scientifica si configurò a Parigi nel 1654 nel salotto di De

Monmort. In essa si facevano soprattutto delle discussioni, mentre pare che non vi fosse l’interesse per

l’organizzazione di esperimenti in comune.

Altra accademia francese da ricordare è la Académie Royale des Sciences fondata da Colbert col consenso di

Luigi XIV e finanziata dallo stato, che alla sua morte passò al Marchese di Louvois. I suoi accademici

ricevevano uno stipendio, avevano a disposizione la biblioteca reale e un osservatorio, ed erano in

genere lasciati liberi di perseguire i propri programmi. Per dar lustro all’accademia furono chiamati

anche studiosi stranieri, come l’italiano Cassini e l’olandese Huygens.

INGHILTERRA

In Inghilterra esistevano vari gruppi di scienziati all’interno dei quali si svolgevano sporadiche attività in

comune. I principali erano il Collegio invisibile e il Mersenne dell’Inghilterra. Da questi due gruppi

nacque ufficialmente nel 1662 la Royal Society.

A differenza di quella francese, l’accademia inglese rimase una associazione sostanzialmente privata, che

si manteneva in vita con le sottoscrizioni dei soci. Ma priva di fondi, la Royal Society lasciò cadere nel

giro di pochi anni l’iniziale ambizione di svolgere ricerche collettive e si limitò a far conoscere, verificare

e criticare le ricerche che nel suo seno venivano riferite.

Dal 1665 le lettere con cui gli scienzati riferivano i propri risultati al segretario della Royal Society,

l’attivissimo Oldenburg, furono pubblicate nel mensile Philosofical Transactions, che divenne così il primo

esempio di rivista scientifica.

Le accademie non furono centri di ricerca né il luogo della scoperta, ma l’ambiente delle idee; esse

offrirono un ambito dove uno scienziato poteva misurare le proprie concezioni in un dibattito

pubblico, e contribuirono moltissimo a far crescere nella pubblica opinione l’interesse per la scienza,

facendo leva sul suo valor pratico.

Che la scienza potesse e dovesse essere una grande forza di emancipazione e di incivilimento dei popoli

era stato il grande messaggio lanciato da Francesco Bacone, o Francis Bacon (1561 - 1626). In Bacone

questo ideale legava indissolubilmente l’utilità della scienza alla conoscenza della proprietà della materia,

fondata sull’applicazione del metodo sperimentale. Per questo motivo, la Royal Society, che nei suoi

primi anni di vita manifestò grandi entusiasmi per il valore pratico della scienza, poté rapidamente

cambiare atteggiamento e dedicarsi a ricerche più speculative.

Particolare infine da ricordare è una lunga disputa, la cosiddetta “battaglia dei libri”, circa la superiorità

dei moderni sugli antichi. Fino al XVII secolo, infatti, si era convinti che la scienza antica fosse stata

superiore a quella moderna, principio che nel corso del secolo cadde in modo definitivo sotto la spinta

dei nuovi risultati scientifici. Uno dei testi più significativi di questo dibattito fu il Plus Ultra di Glanvill

che sostenne la tesi della superiorità dei moderni.

CAPITOLO V

LE SCIENZE EMPIRICHE

L’empirismo è quell’indirizzo filosofico che fa appello all’esperienza come criterio o norma della verità.

In generale tale indirizzo è caratterizzato dai seguenti tratti: in primo luogo nega l’assolutezza della

verità o almeno della verità che è accessibile all’uomo; in secondo luogo riconosce che ogni verità può e

deve essere messa alla prova, e quindi eventualmente modificata, corretta o abbandonata.

Al contrario, il razionalismo è l’atteggiamento di chi si affida alla ragione per la determinazione di

credenze o di tecniche in un dato campo. In campo filosofico il tedesco Kant fu il primo ad assumere

questo termine come insegna della propria dottrina trascendentale, mentre nel suo significato generico il

tedesco Hegel lo adoperò per caratterizzare l’indirizzo che va da Cartesio a Leibniz.

La fisica sperimentale

Con la fisica sperimentale si è in presenza di esperimenti condotti sulla base di teorizzazioni precise, che

analizzano minutamente un aspetto particolare del mondo fisico e che mirano a fornirne spiegazioni

esaustive.

La fisica sperimentale seicentesca è rappresentata da due capitoli molto importanti: la pneumatica, a cui

si occupò principalmente nella prima metà del secolo, e l’ottica.

1- LA PNEUMATICA

Vi erano alcuni fenomeni noti da tempo ma che però non avevano assunto un ruolo significativo nella

scienza, come il fatto che l’acqua non esce da una bottiglia con il collo stretto quando la si rovescia,

oppure che le pompe aspiranti impiegate nelle miniere non riescono a far salire l’acqua al di sopra di

9m. La spiegazione di questi fenomeni veniva data tramite l’idea di una impossibilità del vuoto in

natura.

Il romano Berti costruì il primo barometro con un tubo lungo oltre 9m, chiuso in alto e riempito

d’acqua; liberando l’estremità inferiore, l’acqua scendeva ai soliti 9m circa.

Il romagnolo Torricelli (1608 - 1647) ebbe invece l’idea di mettere alla prova questa ipotesi impiegando

un liquido più pesante dell’acqua, che per il suo maggior peso, essendo immutata la pressione

atmosferica, avrebbe dovuto scendere più in basso. Costruì dunque nel 1644 un barometro a mercurio,

quattordici volte più denso dell’acqua. Secondo la previsione, la colonna di mercurio scese appunto fino

a un’altezza di circa 76cm. Il metodo sperimentale rivelò così tutta la sua forza.

La teoria di Torricelli per affermarsi pienamente aveva però bisogno di altri supporti: grande parte per

l’accoglimento della spiegazione ebbe il francese Pascal (1623 - 1662), che escogitò numerose

esperienze con liquidi diversi e differenti tubi barometrici, sia per confermare in vari modi l’idea di

Torricelli, sia per confutare le ipotesi alternative.

L’esperienza più celebre di Pascal fu quella che egli, malaticcio, fece compiere al cognato Périer, il quale

si arrampicò sul vulcano Puy-de-Dôme nel 1648 con un barometro, per dimostrare che, all’aumentare

dell’altitudine, il peso dell’aria sovrastante, cioè la pressione, deve diminuire.

Inoltre, egli si sforzò di dimostrare agli scettici l’esistenza del vuoto.

Dal punto di vista pratico, la creazione di spazi vuoti divenne possibile grazie all’invenzione della

pompa pneumatica. Ad essa dedicò molta attenzione l’inglese Boyle (1627 - 1691), che compì

numerosissime esperienze che evidenziarono l’elasticità dell’aria. Per Boyle l’aria è un fluido elastico

composto da particelle, che si espande quando si eliminano i vincoli esterni; a causa della sua elasticità,

l’aria esercita una pressione ed è questa pressione, e non solo il suo peso, a sostenere la colonna di

liquido in un barometro.

Secondo Boyle l’aria può essere compressa: esiste una relazione numerica precisa fra la pressione cui è

sottoposta una massa d’aria e il volume da essa occupato, relazione che diverrà a tutti nota come “legge

di Boyle”.

2- L’OTTICA

L’ottica moderna iniziò con il tedesco Kepler, che si interessò di problemi ottici in relazione

all’astronomia.

Prima di Keplero l’ottica partiva dallo studio di una piramide visiva il cui vertice era l’occhio e la cui

base era l’oggetto visivo; l’oggetto trasmetteva la propria immagine come un tutt’uno, emettendo in

continuazione dei “simulacri” che, viaggiando lungo le linee della piramide visiva e rimpicciolendosi, si

diceva penetrassero nell’occhio. Keplero rovesciò questo approccio: egli divide l’oggetto visibile in un

numero infinito di punti, ognuno dei quali è concepito come una sorgente di raggi luminosi che si

propagano lungo linee rette. La figura complessiva dell’oggetto è la somma dei raggi che sono emessi

dai punti-sorgente componenti l’oggetto stesso e che raggiungono l’occhio dell’osservatore. In questo

modo la piramide visiva è rovesciata e viene ad avere il vertice non più nell’occhio ma sull’oggetto.

Quando Cartesio, nella sua Dioptrique si occupò diffusamente di ottica, poté inglobare l’approccio

kepleriano.

Un gran merito dell’ottica di Cartesio fu quello di aver reso lo studio dei colori una parte dell’ottica.

Sino ad allora luce e colore erano ritenute due entità diverse: i colori erano considerati qualità reali dei

corpi, resi visibili dalla luce ma distinti da essa. Colori che comparivano in fenomeni come l’arcobaleno,

che non erano evidentemente appartenenti alla superficie di un qualche corpo, erano considerati colori

apparenti, distinti da quelli reali e attribuiti a modificazioni che la luce subisce passando attraverso un

mezzo non perfettamente trasparente.

Cartesio abolisce la distinzione fra colori reali e colori apparenti, e li interpreta in generale come

sensazioni causate dalla rotazione delle piccolissime sfere che formano la materia; le diverse velocità di

rotazione determinano le diverse sensazioni colorate.

L’approccio all’ottica di Cartesio era teorico e poco rivolto alla sperimentazione. Chi riuscì a portare il

problema dei colori nell’ambito della sperimentazione fu Newton.

Newton propose una concezione differente da quella cartesiana: i mezzi trasparenti non modificano i

raggi luminosi, ma si limitano a separare i vari raggi colorati. La luce bianca è in realtà un miscuglio di

raggi di vari colori che vengono separati l’uno dall’altro passando attraverso mezzi trasparenti diversi

dall’aria.

Per dimostrare la sua ipotesi Newton compì alcune esperienze con dei prismi di vetro: un sottile raggio

di luce solare attraversava un prisma e lo spettro colorato prodotto veniva messo in evidenza su uno

schermo sufficientemente lontano da permettere la separazione dei raggi. Questo esperimento però non

escludeva l’ipotesi che il prisma, anziché limitarsi a separare i raggi preesistenti, li modificasse, facendo

loro assumere anche direzioni differenti. Per eliminare ogni ambiguità Newton realizzò un secondo

esperimento: subito dietro al prisma pose uno schermo forato che lasciava passare un solo raggio.

Dietro allo schermo forato pose un secondo schermo forato, in modo che esso fosse attraversato dal

raggio uscente dal primo schermo. Questo raggio alla fine colpiva un secondo prisma che lo rifrangeva.

Newton poté accertare che ogni colore veniva rifratto dal secondo prisma esattamente dello stesso

angolo con cui era stato rifratto dal primo prisma. I due prismi intervenivano su ogni raggio allo stesso

modo, sia che il raggio fosse isolato, sia che fosse mescolato ad altri. Per Newton questo era un vero e

proprio esperimento cruciale che dimostrava, contro la millenaria convinzione che la luce bianca sia una

entità semplice e primitiva, che essa è in realtà un miscuglio di raggi di differenti colori.

Newton si occupò a fondo anche di altri aspetti del mondo dei colori, studiando ad esempio le

apparenze colorate che si manifestano nelle cosiddette lamine sottili, come le bolle di sapone o gli strati

d’olio distesi sull’acqua. Newton scoprì che, illuminando con luce monocromatica una pellicola di

spessore variabile (ad esempio quella formata dall’aria compresa tra un vetro piano e una lente premuta

contro di esso) compaiono anelli colorati alternati ad anelli scuri, detti “anelli di Newton”, il cui

diametro è legato matematicamente allo spessore della pellicola nel punto corrispondente all’anello.

Questo era un nuovo metodo per misurare con precisione gli spessori di lamine sottili.

Gli anelli di Newton, con la loro precisa alternanza di zone luminose e zone scure, cioè alternanza di

zone in cui la luce viene trasmessa e altre in cui viene riflessa, mettevano in evidenza la presenza di una

qualche periodicità nei fenomeni luminosi. Newton spiegava tale periodicità concependo il substrato

fisico della luce come un insieme di minuscoli corpuscoli che si muovono di moto inerziale rettilineo a

velocità elevatissima. Fu così che durante gli anni settanta Newton elaborò una complessa teoria nella

quale interveniva l’idea di un etere che riempie tutto lo spazio, entro il quale si muovono i corpuscoli

luminosi; questo etere è soggetto a vibrazioni periodiche che ne fanno cambiare la densità in modo

ondulatorio. Le variazioni periodiche dell’etere servono a spiegare la periodicità degli anelli di Newton.

Si avrà un’alternanza di luce e di buio in corrispondenza dell’alternanza della densità dell’etere.

Il carattere periodico presente nei fenomeni luminosi, evidenziato dagli anelli di Newton, poteva

trovare facili spiegazioni anche ammettendo che la luce, anziché consistere di corpuscoli, sia composta

da onde. L’ipotesi ondulatoria ebbe una precisa formulazione solo nel 1690 con l’olandese Huygens

(1629 - 1695).

La maggiore difficoltà della teoria ondulatoria consisteva nello spiegare come, partendo da un’onda, si

possa giungere a parlare di percorso rettilineo di un raggio luminoso. Huygens la superò con il concetto

di “fronte d’onda”. Egli suppose l’esistenza di un etere corpuscolare nel quale si propaga un’onda di

disturbo causata dal moto delle particelle di un corpo luminoso; ogni particella d’etere, disturbata,

diventa a sua volta il centro di una minuscola onda. Solo quando molte onde si uniscono per rafforzarsi

a vicenda il moto diviene abbastanza intenso da farsi percepire. Il fronte d’onda è il luogo dove avviene

questa sommatoria di piccole onde. Esso si forma soltanto lungo linee rette che partono dalla sorgente

luminosa, ed è per questo che la luce percepibile appare propagarsi in modo rettilineo.

La chimica

Mentre la chimica precedente si limitava a catalogare le reazioni e i metodi di preparazione dei prodotti

chimici, l’approccio meccanicista seicentesco si propose di inserire i fatti in un corpo teorico, e questo

fu una spinta decisiva per la sua affermazione.

Significativa è l’opera del maggior chimico francese del secolo, Lemery, con il Cours de chimie. Lemery

svolge una costante polemica contro le spiegazioni solo apparenti della tradizione chimica: la natura di

una cosa per lui non può essere spiegata in modo migliore che attribuendo alle sue parti forme tali da

corrispondere agli effetti che produce.

I fenomeni chimici venivano tutti spiegati ricorrendo ai semplicissimi principi di “materia” e

“movimento”. È evidente comunque che spiegazioni di questo genere non offrivano alcuna teoria

chimica né alcune indicazioni specificatamente chimiche, ma servivano unicamente a mettere d’accordo

la chimica con la filosofia meccanicista divenuta dominante al tempo.

Il più importante chimico del secolo fu Boyle. Il tema centrale di tutta la sua opera, esposto nello

Sceptical Chymist, è rappresentato dalla convinzione che la materia consista di una moltitudine di

corpuscoli piccoli e uniformi, che si uniscono a formare particelle più grandi, che a loro volta

costituiscono i corpi trattati dalla chimica. Il fine di Boyle era quello di dimostrare che la chimica

conferma la validità della concezione meccanicista della natura.

Boyle sottopose a critica serrata la teoria chimica tradizionale, in particolare la concezione di

“principio” o “elemento”, che sosteneva che l’analisi chimica separa i corpi misti nei principi. Per la

filosofia meccanicista era inammissibile l’idea di principi qualitativamente distinti, e Boyle si sforzò di

dimostrare che corpi differenti producono sostanze differenti e che la medesima sostanza può essere

divisa in componenti diverse.

Per compiere questa ricerca Boyle diede enorme impulso alle prove di identificazione delle varie

sostanze. L’impiego delle prove di identificazione chimica si basava su un’idea nuova e importante,

quella secondo cui le sostanze esistenti hanno caratteristiche ben definite, evidenziabili da prove

chimiche. Per i chimici di inizio secolo, al contrario, non esisteva un numero di composti ben definibile

e riconoscibile. L’impiego che fa Boyle delle prove di identificazione implica l’esistenza di un numero

preciso di sostanze identificate e identificabili mediante una precisa serie di prove. Boyle non poté

enunciare esplicitamente questa idea poiché la sua concezione meccanicista di materia, formata in

ultima analisi di corpuscoli uniformi, lo spingeva a credere che si potesse produrre ogni cosa da

qualunque altra cosa. La sua pratica chimica risultò dunque ostacolata dalla sua filosofia meccanicista.

Gli scritti di Boyle ebbero grande influenza anche su Newton. Anche in Newton gli studi chimici erano

strettamente associati a una concezione meccanicista della natura, che si caratterizzava per

l’ammissione, accanto ai principi di materia e di movimento, di un terzo principio, quello di “forza”.

Newton vedeva nei fenomeni chimici la prova dell’esistenza di forze attrattive e repulsive esercitate

reciprocamente dalle particelle materiali.

Newton non si occupò di ampie classi di sostanze, ma di prodotti chimici specifici e di reazioni

altrettanto specifiche. Egli era convinto che le particelle di ogni sostanza avessero attrazioni e repulsioni

con altre particelle, che esistessero cioè delle affinità tra le varie sostanze.

La conoscenza del vivente

In campo biologico il Seicento fu caratterizzato da un aumento enorme di dati osservativi, di

informazioni legate all’uso di nuovi strumenti come il microscopio, di attività di ricerca.

Si possono individuare vari campi di studio.

1- LA BOTANICA

Negli erbari dei secoli precedenti le piante erano organizzate secondo la loro utilità per l’uomo

(purgative, velenose, sonnifere, ecc.), ma nel Seicento ci si rese conto che questo era un criterio troppo

ristretto. Vennero così elaborati schemi di classificazione che tenevano conto di un solo carattere delle

piante e cominciò a farsi strada l’idea della ricerca di una classificazione naturale che mettesse in luce un

ordinamento dei viventi oggettivo.

Si ampliò enormemente il numero delle piante studiate: se all’inizio del secolo negli erbari si

descrivevano circa 6.000 specie, la Historia plantarum generalis di fine secolo del britannico Ray (1627 -

1705) ne riportava più di 18.000. Ray fu uno dei maggiori botanici del secolo e a lui si deve la

fondamentale distinzione tra piante che germinano con una sola foglia e piante che germinano con due

foglie.

Con Ray va ricordato anche il francese De Tournefort, il quale divise tutte le piante in ventidue classi, a

loro volta divise in famiglie e queste in generi.

2- LA ZOOLOGIA

La classificazione degli animali compì progressi minori di quelli della botanica. Notevole anche in

campo zoologico fu il contributo di Ray, che nella Synopsis methodica animalium presentò una

classificazione nella quale per la prima volta si tentava di distinguere i gruppi animali sulla base dei

caratteri anatomici più importanti, come le zampe e i denti.

In tutti i naturalisti era presente la convinzione che le specie non sono soggette ad alcuna evoluzione.

Ray affermò in proposito: «Il numero delle specie esistenti in natura è fisso e limitato, ed è ragionevole

credere che sia anche costante, cioè che non sia cambiato dal giorno della creazione ad oggi».

3- L’ANATOMIA

- La circolazione del sangue

La scoperta anatomica più significativa del secolo fu la scoperta della circolazione del sangue.

Nella fisiologia galenica il sangue non circola; esso è continuamente prodotto dal fegato e consumato

nelle varie parti del corpo. Sistema venoso e sistema arterioso sono considerati due sistemi di vasi

separati.

La rivoluzione avvenne ad opera dell’inglese Harvey (1578 - 1657), che espose la sua teoria del

movimento del sangue nel volume De motu cordis.

Harvey comincia con l’analisi dei movimenti e dei caratteri del cuore: stabilisce che esso è un muscolo e

che la sua funzione consiste nell’espellere il sangue.

Con un gran numero di prove anatomiche compiute su un’ampia varietà di animali, Harvey passa poi ad

analizzare le modalità di svolgimento della circolazione polmonare: prese in considerazione le

dimensioni del ventricolo, il volume di fluido che esso espelle ad ogni contrazione e il ritmo delle

pulsazioni, Harvey calcola che la quantità di sangue inviata dal cuore nelle arterie in mezz’ora è

maggiore della quantità di sangue contenuta in tutto il corpo e che, in un giorno, il cuore espelle una

massa di sangue superiore a quella dell’intero corpo. Questi dati sono clamorosamente incompatibili

con il fondamento della fisiologia galenica. Conclusione: considerando gli effetti prodotti da opportune

legature che occludono le vene e le arterie, Harvey prova che in questi vasi il sangue si muove

rispettivamente dalla periferia al centro e dal centro alla periferia, e che il sangue passa dal sistema

arterioso a quello venoso con comunicazioni piccolissime. L’esistenza di vasi capillari sarà confermata

sperimentalmente in seguito.

Nonostante il suo trattato abbondi di analogie meccaniche con il sangue paragonato all’acqua e il cuore

a una pompa, l’approccio complessivo di Harvey non era meccanicista. Harvey fu molto influenzato

dall’aristotelismo: in Aristotele egli vide un autorevolissimo sostenitore della dottrina della supremazia

del cuore, da opporre al galenico primato del fegato. Il cuore, in particolare, è paragonato al Sole, è il re

e l’ordinatore del microcosmo; il sangue è considerato una sostanza spirituale, in altre parole qualcosa di

analogo al cielo. Con la circolazione, il sangue ripete nel microcosmo il ciclo cosmico di generazione e

corruzione.

Cartesio reinterpretò Harvey in termini puramente meccanicisti, assimilando la struttura e la funzione

del cuore a quelli di una macchina e il sangue a un fluido analogo all’acqua.

Questa sua interpretazione influenzò notevolmente gli studi biologici nel corso del Seicento e diede

origine a una scuola di biologia meccanicista nota come “iatromeccanica”. Il suo più prestigioso

esponente fu Borelli, che applicò sistematicamente i principi delle macchine semplici allo studio di

diversi movimenti dell’uomo, di uccelli e di pesci.

Gli iatromeccanici non si limitarono allo studio del movimento, ma calcolarono anche la velocità di

scorrimento del sangue e la resistenza che esso incontra nei diversi vasi; interpretarono il calore animale

con la frizione del sangue lungo le pareti dei vasi; elaborarono una teoria delle secrezioni basata sulla

velocità di circolazione dei fluidi in un intricato sistema di tubi e conclusero che la salute è data dai moti

regolari dei fluidi e che le malattie sono il prodotto di un’alterazione di tali moti.

La fisiologia iatromeccanica si rivelò sterile e nel corso del Settecento fu abbandonata.

- La respirazione umana

Una continuità di progressi si verificò nello studio della respirazione umana in qualità di fenomeno

chimico simile alla combustione. Vari studi chiarirono che durante la respirazione avviene nei polmoni

una reazione chimica che serve a rivitalizzare il sangue. Rimaneva oscuro quale fosse l’impoverimento

subito dal sangue durante la circolazione e dunque di quale sostanza esso si dovesse arricchire durante

la respirazione.

Un passo avanti nel chiarimento di questo problema fu compiuto dall’inglese Mayow (1645 - 1679), che

realizzò un esperimento nel corso del quale venivano rinchiusi in un vaso rovesciato sopra dell’acqua

alternativamente un topo e una candela accesa. Mayow osservò che l’acqua saliva fino a riempire la

quattordicesima parte del volume d’aria prima che la candela si spegnesse o il topo morisse. Questo

esperimento dimostrò che durante la respirazione e durante la combustione veniva utilizzata solo una

frazione dell’aria.

- La generazione dei viventi

Il capitolo forse più discusso della biologia nel corso del secolo fu il problema della generazione dei

viventi. Harvey fu uno dei protagonisti anche in questo campo. Nel De generatione animalium egli

presentò una concezione unitaria della generazione della vita animale, secondo la quale ogni forma

vivente nasce da un uovo: l’uovo era per lui il sacco amniotico per i grandi mammiferi ma anche il

bozzolo da cui esce la farfalla; esso non era il prodotto di un’ovaia femminile ma un punto omogeneo

di materia che un principio formativo innato modella e trasforma in un individuo articolato.

Il seme maschile per Harvey non svolge alcun ruolo materiale: esso fornisce solo uno stimolo all’uovo

addormentato che, risvegliato, si modifica sotto la direzione del principio innato in lui presente. Per

definire questo processo di formazione, Harvey coniò il termie di “epigenesi”.

Il francese Gassendi, o Gassend (1592 - 1655), reinterpretò l’epigenesi in termini meccanici: per

Gassend il seme, sia quello degli animali che quello delle piante, non è materia omogenea, ma contiene

le particelle di tutti gli organi del futuro individuo. La direzione del processo generativo è affidata al

concetto di “attrazione del simile per il simile”: in un seme le particelle simili si riuniscono e attirano

altre particelle simili. Secondo questa dottrina il risultato finale della generazione, ovvero l’individuo, è

già in qualche misura presente nel seme, è già preformato, e da qui la teoria del “preformismo”.

La teoria di Gassendi fu sviluppata su basi sperimentali dal massimo studioso di embriologia del

periodo, il romano Malpighi, che introdusse l’uso del microscopio in embriologia studiando lo sviluppo

del pulcino: steso un uovo appena aperto su un vetro, Malpighi distinse la regione cefalica e la spina

dorsale dopo solo sei ore; i profili delle vertebre comparvero dopo dodici ore; il secondo giorno vide il

cuore che batteva, la testa e l’embrione degli occhi.

Le evidenze parvero a Malpighi schiaccianti: il pulcino è presente nell’uovo fin dall’inizio come

preformato. Occorre comunque ammettere che nel pulcino preformato dentro un uovo ci sono anche

uova preformate e che dentro queste ci sono pulcini preformati, e così via all’infinito. Si affermò così la

teoria dell’”inscatolamento” o dell’”emboitement”, la quale, applicata all’uomo, portò necessariamente a

sostenere che nelle uova di Eva esistevano preformati tutti gli individui della razza umana.

Il cosiddetto “ovismo”, teoria secondo la quale tutti gli organismi derivano da un uovo, durò pochi

anni, precisamente fino al 1677, quando l’olandese Leeuwenhoek osservò per la prima volta gli

spermatozoi. Il seme maschile soppiantò così rapidamente l’uovo femminile (teoria

dell’”animalculismo”).

- La generazione spontanea

Rimaneva ancora una possibile minaccia quella rappresentata dalla generazione spontanea di alcune

forme di vita, come vermi e mosche, dalla materia inerte, non da altri organismi. Questa minaccia fu

scongiurata dal toscano Redi, il quale nel 1688 mostrò che, protetto dal contatto delle mosche, un

pezzo di carne si putrefaceva senza produrre larve, mentre le larve brulicavano in altri pezzi di carne

non protetti, cosa che dimostrava efficacemente che le larve nascono dalle mosche, non per

generazione spontanea. CAPITOLO VI

LA MECCANICA, SCIENZA REGINA

La meccanica prima di Newton

1- GALILEO E CARTESIO

Negli studi di meccanica di Galileo e di Cartesio, la meccanica è sostanzialmente ridotta a cinematica,

essendo escluso il concetto di forza esterna ad un corpo. La cinematica, infatti, è quel ramo della fisica

che si occupa di descrivere quantitativamente il moto dei corpi, senza porsi il problema di prevedere il

moto futuro a partire da grandezze note, mentre la dinamica studia le forze che provocano il

movimento.

In particolare, Galileo parla di “forza della percossa”, intendendo con ciò la proprietà che risiede in un

corpo in movimento, dovuta alla sua velocità. Cartesio da parte sua ammette come unica interazione tra

corpi l’urto, e, quando parla di “forza”, anche lui non la intende come agente esterno al corpo ma come

proprietà che il corpo possiede in quanto è in movimento.

2- TORRICELLI

Torricelli, allievo di Galileo, fu il primo ad applicare una serie di considerazioni dinamiche alla

cinematica. Egli, in particolare, per spiegare che cosa conferisce a un corpo in caduta la capacità di

spezzare ad esempio un tavolo che lo sopporta perfettamente quando esso è fermo, assimila la gravità

del corpo a una fontana, sorgente continua di impulso che, istante dopo istante, durante la caduta,

conferisce al corpo una velocità crescente, quindi una “forza”.

Torricelli considera dunque la gravità come una forza esterna al corpo, che produce il suo movimento

di caduta accelerato, e riconosce che vi deve essere proporzionalità tra forza e accelerazione.

Egli enunciò così in termini generali il secondo principio della dinamica:

F (uniforme) • ∆t = ∆m (quantità di moto) • v

3- HUYGENS

L’olandese Huygens, riguardo l’urto, afferma che in un sistema di due o più corpi che si urtano, il

centro di gravità del sistema si muove sempre di moto rettilineo uniforme.

Nella trattazione delle leggi dell’urto compiuta nel De motu corporum ex percussione, Huygens si mantiene

entro un ambito cinematico senza far intervenire la nozione di forza esterna ad un corpo.

La forza è sempre una proprietà del moto, espressa da: 2

m (quantità di moto) • v

Huygens si accorse tuttavia che, prendendo come misura della forza la quantità di moto e

considerandola come una quantità scalare, cioè indipendente dalla direzione della velocità, non vale in

generale il principio di conservazione della quantità di moto su cui Cartesio aveva edificato la propria

meccanica. Egli notò però che nell’urto di corpi perfettamente duri esiste un’altra quantità che rimane

costante, ed è la somma dei prodotti delle masse dei corpi per le loro rispettive velocità elevate al

quadrato.

Oltre a risolvere il problema degli urti, Huygens affrontò anche la questione del moto circolare. Già

Cartesio aveva evidenziato la tendenza dei corpi durante il moto circolare a sfuggire verso l’esterno.

Huygens coniò per questa tendenza il nome di “forza centrifuga”.

Contrariamente a quanto aveva fatto trattando degli urti, nello studio del moto circolare Huygens non

esita a impiegare il concetto di forza agente su un corpo, in quanto ritiene che la forza centrifuga sia

analoga al peso statico: così come attaccando un peso a una corda noi sentiamo il peso tendere verso il

basso, allo stesso modo ruotando una fionda sentiamo la corda tendere verso l’esterno. Huygens non

considera la forza centrifuga come una forza che agisce sul corpo, ma come una tendenza che il corpo

possiede in una determinata situazione.

L’analisi geometrica del moto circolare condusse Huygens a determinare un’espressione quantitativa per

la forza centrifuga: 2

F = mv /r

Huygens ottenne anche altri brillanti risultati meccanici, come il calcolo del periodo del pendolo

cicloidale, che gli consentì di progettare il primo orologio di precisione del mondo occidentale.

4- LEIBNIZ

L’allievo più brillante di Huygens fu il tedesco Leibniz. Come già aveva fatto il maestro, Leibniz portò

lo scompiglio nelle file dei cartesiani. Nel 1686 egli pubblicò la Brevis demonstratio erroris memorabilis

Cartesii, nella quale sosteneva la tesi che la quantità di moto non può essere considerata la misura della

forza posseduta da un corpo in movimento.

Leibniz chiama le forze statiche “forze morte”, che sono l’inizio o la fine di una tendenza al moto; e

“forze vive” le forze dei corpi in movimento.

Per evidenziare questa nuova meccanica incentrata sul concetto di forza, Leibniz coniò il termine di

“dinamica”: la forza viva leibniziana corrisponde alla moderna “energia cinetica”; essa non è una forza

esterna al corpo che agisce su di esso, ma una proprietà che il corpo possiede in quanto è in

movimento.

Al di là delle parole, Leibniz rimaneva molto vicino al concetto di forza cartesiano. La decisa rottura di

questa tradizione avvenne con Newton.

La meccanica di Newton

Con la sua opera Newton riuscì a comporre una sintesi di due tradizioni scientifiche che erano

compresenti ma non armonizzate nel Seicento: da una parte la tradizione che cercava nella scienza

l’espressione esatta matematizzata nei fenomeni, che aveva in Keplero e Galileo i suoi esponenti più

prestigiosi, e dall’altra parte la corrente cartesiana con alle spalle l’aristotelismo, che ricercava

spiegazioni sistematiche dei fenomeni. Per conseguire questo risultato di enorme valore, Newton

dovette arricchire del meccanicismo tanto la filosofia della natura, quanto il linguaggio matematico,

elaborando il calcolo infinitesimale.

- L’idea di etere

Nella prima parte della sua attività Newton espose una filosofia della natura basata sul concetto di etere

composto da particelle minuscole e priva del concetto di forza.

Le spiegazioni eteree non soddisfacevano Newton che le lasciò cadere per giungere alla prima edizione

latina dell’Opticks del 1706 con spiegazioni fondate su forze attrattive e repulsive agenti tra corpi a

distanza, e non solo tra corpi macroscopici ma anche tra ipotetiche particelle che compongono tali

corpi. Per Newton le forze sono la fonte di attività del mondo, sono “principi attivi” la cui causa diretta

è Dio; esse sono la manifestazione dell’intervento della divinità nella natura. La più celebre delle forze a

distanza è naturalmente la forza gravitazionale, forza attrattiva che Newton pose a fondamento della

propria fisica astronomica, la quale agisce tra qualsiasi coppia di corpi. L’introduzione di forze agenti a

distanza veniva ad aggiungere alla meccanica una modalità di interazione tra i corpi ovviamente

differente dall’urto.

- Il moto circolare

Negli anni sessanta Newton studiò il moto circolare, partendo dall’ipotesi che il corpo in moto urtasse

un numero n di corpi identici che lo obbligavano a deviare costantemente dal proprio moto rettilineo

inerziale, costringendolo a muoversi lungo un poligono che, per n che diventa infinito, si approssima a

un cerchio. L’analisi del moto gli permise di trovare un’espressione per la forza centrifuga agente sulla

Luna per effetto del suo moto rotatorio attorno alla Terra equivalente a quella di Huygens, ma che

questi non aveva ancora pubblicato.

Supposte le orbite planetarie circolari, Newton ricavò facilmente che le forze centrifughe agenti sui

pianeti sono inversamente proporzionali al quadrato delle loro distanze dal Sole. Questo risultato aveva

un’importanza enorme, in quanto significava che un’unica forza attrattiva, posta nel Sole, di intensità

decrescente con il quadrato delle distanze, era sufficiente a mantenere i pianeti nelle loro orbite

circolari, controbilanciando le varie forze centrifughe. Anche la Luna, come i pianeti, poteva

approssimativamente venire mantenuta nella propria orbita circolare da una forza attrattiva decrescente

con il quadrato della distanza, questa volta incentrata sulla Terra.

- Che cosa fa muovere i pianeti lungo le loro orbite?

Nel 1666 il napoletano Borelli, nelle Theoricae mediceorum planetarum, avanzò l’idea che i pianeti siano

mossi da una forza che nasce dal Sole, effetto di raggi luminosi. Un anno dopo anche l’inglese Hooke

presentò alcune ipotesi per la spiegazione del “sistema del mondo”, la prima delle quali sosteneva che

tutti i corpi celesti possiedono un’attrazione, o potere gravitazionale, grazie alla quale attraggono tutte le

loro parti e tutti gli altri corpi che sono presenti nella loro sfera d’azione. Si trattava della prima

enunciazione della gravitazione universale, ma Hooke non fu mai in grado di elaborare

matematicamente questa idea. Anche lui comunque, come Newton ed altri cultori precedenti, vide con

chiarezza che nello studio del moto circolare assume grande importanza la forza attrattiva diretta verso

il centro, che controbilancia la forza centrifuga.

Newton riuscì a dimostrare che quando un corpo ruota seguendo un’orbita ellittica intorno ad un

centro di attrazione situato in un fuoco, la forza di attrazione deve variare inversamente al quadrato

della distanza dal fuoco. Nel 1684 l’inglese Halley gli pose l’annoso problema circa l’orbita che avrebbe

percorso un corpo soggetto a una forza attrattiva variabile. Newton rispose che l’orbita sarebbe stata

ellittica, ma non riuscì a ritrovare i calcoli. Promise così ad Halley una nuova dimostrazione e mantenne

la promessa in un intero trattato sul moto, pubblicato nel 1687 con il titolo Philosophiae naturalis principia

mathematica, il libro più importante della storia della scienza.

Esso è diviso in tre libri:

I- è uno scritto di meccanica che tratta dell’applicazione delle leggi del moto ai punti materiali,

particolarmente a quelli che ruotano intorno a centri attrattivi. Per designare la forza attrattiva, viene

introdotto il termine di “forza centripeta”. Qui la meccanica seicentesca è elevata al suo massimo livello

di perfezione, in quanto fondata appunto sulle tre leggi del moto: la prima legge è il principio d’inerzia

derivante da Galileo e da Cartesio; la seconda legge segna l’ingresso in meccanica del concetto di forza

esterna ad un corpo, del quale vengono distinti massa e peso; la terza legge è il principio di azione e

reazione proprio di Newton.

II- si occupa di corpi che sono in moto in mezzo a fluidi resistenti e dei movimenti di questi stessi

fluidi. L’obiettivo principale di questo secondo libro è l’analisi dei vortici cartesiani: Newton dimostra

che nessun sistema planetario mosso da un vortice può muoversi e che un vortice non può mantenersi

in moto autonomamente ma che persiste solo se una forza esterna lo fa ruotare.

III- qui Newton applica la teoria dinamica al sistema solare. Suo scopo è quello di dimostrare che tutte

le forze che mantengono in orbita i pianeti attorno al Sole e i satelliti attorno a Giove e alla Terra sono

identiche; non solo, ma sono identiche anche alla forza di gravità terrestre.

Alla fine del suo trattato Newton riuscì finalmente ad enunciare la legge della gravitazione universale,

impiegata soprattutto per spiegare vari fenomeni complessi, come le maree, le anomalie del moto

lunare, la precessione degli equinozi e l’orbita delle comete. Essa afferma che «due corpi si attraggono

con una forza di intensità direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse ed inversamente

proporzionale al quadrato della distanza che li separa, e tale forza ha la direzione parallela alla retta

congiungente i baricentri dei corpi considerati». In formula: 3

F (r) = [(Gm m ) / r ] • r

2,1 1 2

dove F è la forza con cui l’oggetto 1 è attratto dall’oggetto 2, G è la costante di gravitazione

2,1

universale, m e m sono le masse dei due corpi, r è la distanza del corpo dal centro della Terra e r = r –

1 2 1

r dove gli indici si riferiscono alle due masse.

2

- Scienza e religione

Newton aveva sempre considerato l’universo meccanicista un argomento contro l’ateismo. Il suo dio

non era quello cristiano né quello di qualche altra religione, ma era un dio della scienza, dio della legge e

costruttore intelligentissimo e perfettissimo della meccanica del mondo.

Newton riteneva che concetti puramente scientifici, ovvero quelli di tempo e di spazio, rinviassero in

maniera precisa alla divinità: egli distingue nettamente fra le quantità spazio-temporali misurate, che

sono relative e basate sul confronto fra corpi, e le quantità assolute, che sono le quantità vere.

In un universo in cui sono concepibili soltanto moti relativi, nessuno, neppure Dio, può stabilire quali

corpi siano in movimento e quali in quiete. Questo appariva un limite inaccettabile imposto a Dio, una

bestemmia per Newton. A suo parere, Dio doveva avere la possibilità di sapere se è il Sole a girare

attorno alla Terra o viceversa. Questo bisogno metafisico trovava fortunatamente soddisfazione in un

argomento fisico: la forze d’inerzia.

Le forze inerziali, in primo luogo la forza centrifuga, sono la manifestazione sensibile dell’azione dello

spazio assoluto sui corpi, sono le prove della sua esistenza che consentono di stabilire che cosa è fermo

e cosa si muove. I pianeti del sistema solare posseggono una forza d’inerzia, altrimenti cadrebbero sul

Sole; dunque bisogna riconoscere che i moti planetari sono assoluti, mentre il Sole e le stelle sono fissi.

PARTE VI

IL SETTECENTO:

TRIONFO DEL NEWTONIANESIMO

Rispetto al secolo che lo ha preceduto, il Settecento si presenta meno movimentato e meno ricco di

novità. Per lungo tempo la storiografia lo ha ritenuto un secolo poco interessante dal punto di vista

della scienza, vedendo tutto questo periodo come una fase di lineare espansione del grande lascito

intellettuale newtoniano.

Il centro dell’attività scientifica si spostò durante il XVIII secolo dall’Inghilterra, dove operò Newton,

alla Francia: in Inghilterra non vi fu alcun potenziamento delle istituzioni interessate alla scienza; la

scienza inglese venne istituzionalizzata, trasformandosi in attività di ricerca delle verità naturali, svolta

da curiosi dilettanti o curiosi insegnanti. In Francia, invece, la Corona diede un forte sostegno alla

Académie, offrendo ai migliori ingegni l’occasione di elevarsi in una posizione di prestigio ed

economicamente vantaggiosa. Il movimento illuminista fece della scienza l’asse portante del proprio

programma di trasformazione della cultura e della società: l’Illuminismo fu visto come un tentativo di

estendere il modello metodologico newtoniano dalla fisica alla natura, all’uomo e alla società.

CAPITOLO I

LA COMPLESSITA’ DEL PENSIERO NEWTONIANO

L’importanza dell’opera di Newton fu talmente grande che per quasi due secoli la scienza e la filosofia

europee si sono evolute assumendo il pensiero del grande inglese come punto di riferimento

privilegiato.

I multiformi aspetti della sua opera, però, non furono unificati in un unico schema, ma rimasero sospesi

in un sistema ambiguo. Già i due suoi maggiori lavori, i Principia e l’Opticks, affrontando ambiti di ricerca

giunti a ben differenti stadi di maturità, sembravano offrire insegnamenti opposti riguardo la natura di

una corretta spiegazione scientifica: nel primo testo è presentata una scienza deduttiva che si risolve

nella costruzione di rigorosi schemi matematici astratti, da interpretare poi fisicamente e da confrontare

con i fenomeni quantificati; nell’Opticks, invece, prevale la visione di una scienza non deduttiva

matematizzata in modo elementare, ricca di ipotesi filosofiche. Fu proprio questo secondo testo, che

poteva essere letto da tutti, ad essere il più diffuso ed influente nel Settecento.

In Newton questo duplice approccio alla ricerca era il riflesso dei differenti problemi che venivano

affrontati nei due testi: i Principia si occupano di astronomia e di meccanica, mentre l’Opticks si occupa,

oltreché di ottica, anche di elettricità, magnetismo, chimica, coesione, capillarità, fermentazione, dunque

problemi che non erano mai stati sottoposti ad uno studio sperimentale adeguato, né tantomeno

tradotti in linguaggio matematico.

Il privilegiare l’uno o l’altro aspetto dell’opera di Newton portava con sé differenti atteggiamenti

riguardo importanti aspetti della metodologia, in primo luogo quello della funzione della matematica:

nei Principia la matematica è strumento ordinatore dell’esperienza, che procede nelle sue dimostrazioni

in modo indipendente da considerazioni fisiche e che solo alla fine si confronta con l’esperienza;

nell’Opticks, invece, la matematica compare (quando compare!) con funzioni sussidiarie all’esperienza e

alle considerazioni fisiche, e l’ordine della natura è dettato o comunque suggerito dall’esperienza.

Anche la funzione dei modelli risultava soggetta a valutazioni contrapposte: il modello è lo strumento

che permette di applicare la teoria alla comprensione dell’esperienza. La teoria fissa le regole di

comportamento comuni a vari mondi possibili, mentre il modello specifica i caratteri di uno di questi

mondi possibili e permette di ricavare dalla teoria dichiarazioni controllabili sperimentalmente.

Entrambi, modello e teoria, sono poi ben distinti dalla realtà. Ma, mentre nella costruzione della teoria

si devono rispettare alcuni “vincoli esterni”, come le regole della matematica, nella costruzione del

modello si è completamente liberi.

Questa concezione complessa dei rapporti fra teoria, modello ed esperienza era possibile nei Principia in

quanto qui Newton aveva a disposizione un corpo di teorie (la dinamica e l’astronomia) già maturo,

largamente matematizzato e ben fondato, su cui lavorare. Tutt’altra era invece la situazione quando si

trattava di affrontare i problemi oggetto dell’Opticks, quali potevano essere i fenomeni elettrici o

magnetici: qui teoria e modello venivano a confondersi e a identificarsi. Il modello non faceva più da

tramite tra una teoria (che non esisteva!) e la realtà, ma era esso stesso applicato direttamente

all’ordinamento dell’esperienza.

Dal punto di vista della teoria, poi, la fisica di Newton conteneva una serie di dualismi non risolti:

I- continuo vs discontinuo, azione a distanza vs azione per contatto: è il dualismo più famoso. Nel corso della sua

produzione, Newton assunse posizioni differenti sul problema, considerando spiegazioni tramite fluidi

eterei in gioventù, cercando di eliminare la questione in quanto non scientifica nelle prime edizioni dei

Principia e dell’Opticks, reintroducendo poi nuovamente considerazioni fluidistiche nei suoi ultimi lavori.

A complicare ancor più il problema, l’etere newtoniano, che a prima vista sembrava fondare una fisica

del continuo, poteva anche essere interpretato come un fluido discontinuo, composto da particelle

piccolissime, capaci di esercitare forze molto intense.

II- materia vs forza: nei Principia i corpi materiali sono considerati puntiformi, dei centri di forza. Il

problema della struttura della materia e dei suoi rapporti con la forza è affrontato nell’Opticks: qui

Newton, partendo da esperienze sulle proprietà ottiche delle pellicole sottili, arrivò a sostenere l’estrema

piccolezza delle particelle materiali. Da queste affermazioni partiranno vari newtoniani per sostenere la

“teoria del guscio di noce”, secondo la quale tutte le particelle presenti nell’universo potrebbero essere

ammassate in un piccolo guscio di noce. Da qui a far completamente scomparire tutta la materia e fare

della forza il concetto fondamentale della fisica approdando a una concezione puramente dinamista

della realtà il passo è breve.

III- quantità vs qualità: la materia è concepita da Newton inerzialmente omogenea, qualitativamente

indifferenziata, quantitativamente differenziabile. Tuttavia, il postulato della omogeneità inerziale della

materia fu esplicitamente contraddetto da Newton quando questi postulò, nella seconda edizione

dell’Opticks, due tipi di particelle non trasmutabili l’una nell’altra: le particelle pesanti e le particelle

eteree responsabili della gravità; queste ultime, a differenza di quelle pesanti, esercitano forze che sono

inversamente proporzionali alle loro dimensioni, ed è dubbio se debbano essere considerate dotate di

inerzia. L’etere diede dunque avvio al processo di introduzione di un tipo di materia qualitativamente

differente e aprì la via ai successivi fluidi portatori di qualità specifiche.

IV- scienza vs metafisica vs religione: Newton si era pubblicamente raccomandato di non mescolarle. In

realtà gli scritti inediti e i carteggi hanno rivelato un Newton che elabora la propria fisica in polemica

con la metafisica cartesiana, fortemente interessato allo studio della teologia e all’uso encomiastico delle

proprie scoperte. Alcuni critici recenti sono arrivati addirittura a sostenere che il metodo dei “Principia”

non è altro che la trasposizione sul piano scientifico del metodo seguito da Newton nei suoi studi

interpretativi del libro dell’Apocalisse.

Newton, inoltre, stimolava e aiutava teologi di professione a sistemare le grandi acquisizioni teoriche dei

Principia in una nuova apologetica cristiana e a formulare una fisica pia da contrapporre alla fisica empia

dei cartesiani.

Tanto la creazione quanto l’ordine del mondo venivano affrontati da Newton in modo matematico e

rinviavano quasi matematicamente a un Dio assai esperto in meccanica e geometria: egli sostenne che la

causa dei vari tipi di forze presenti in natura sta in certi principi attivi (l’etere è un esempio di principio

attivo), che a loro volta sono la manifestazione del potere spirituale di Dio nella realtà. Senza il costante

intervento di Dio il mondo non potrebbe mantenersi.

Nei primi anni del Settecento vi fu chi, come il filosofo irlandese Toland, sviluppò l’idea di moto come

essenziale alla materia e mirò così a spogliare la meccanica di Newton del suo sfondo metafisico per

togliere di mano agli apologeti un’arma decisiva. Sarà questa linea che prenderà il sopravvento nel corso

del secolo. CAPITOLO II

VARIANTI DEL NEWTONIANESIMO

La scienza inglese

I primi discepoli inglesi di Newton erano per la maggior parte pensatori di non grande valore

matematico o sperimentalisti puri, che o produssero lavori di fisica teorica ricalcata sull’Opticks o si

sforzarono di tradurre sperimentalmente quelle idee che Newton non era ancora riuscito ad agganciare

a una solida base sperimentale: si ha ad esempio il britannico Cheyne per la chimica e l’inglese di origini

francesi Desaguliers per le ricerche sulle forze elettriche, sulle forze magnetiche, sulla capillarità e

sull’attrito.

La figura più importante da ricordare è comunque l’inglese Hales. La sua Vegetable staticks raccoglie

moltissime esperienze importanti tanto per la fisiologia delle piante quanto per la chimica. Egli fu il

primo a mettere in rilievo le enormi quantità di aria che si può ottenere per distillazione distruttiva da

moltissime sostanze solide e liquide; studiando le proprietà dell’aria, Hales introdusse con decisione

nella scuola newtoniana le forze repulsive, concependo la natura come un dinamico equilibrio tra

attrazione e repulsione.

La visione newtoniana del mondo fondata sulla azione a distanza si trova nel celebre Course of

experimental philosophy di Desaguliers (1683-1744), il quale fu per molti anni il più famoso sperimentatore

e divulgatore newtoniano. Nelle sue mani il metodo newtoniano subì un profondo rimaneggiamento: la

via alla conoscenza del mondo non è più quella matematica, ma la via dell’esperimento. La matematica

non ha più funzioni ordinatrici, l’ordine del mondo è scoperto con la sperimentazione e la matematica

interviene a posteriori a precisare tale ordine.

La scienza olandese

Nel terzo decennio del Settecento la scienza olandese conobbe un periodo di grande splendore,

destinato però a oscurarsi rapidamente. Come in Desaguliers, conosciuto assai bene anche in Olanda,

nei maggiori scienziati di questo paese l’esperimento scopre l’ordine del mondo, la matematica è solo

uno strumento di precisazione di quell’ordine di cui si può persino fare a meno.

Rispetto agli inglesi, gli olandesi reintrodussero spiegazioni fluidistiche e l’idea di materia composta da

elementi qualitativamente differenti. Ciò fu in buona parte dovuto all’influenza della chimica tedesca di

Stahl, medico che, contro il programma newtoniano basato sulla omogeneità della materia, rivendicò un

ritorno alla chimica dei principi e all’idea di elementi chimici differenziati qualitativamente e portatori di

qualità specifiche.

Particolare fu la teoria di Stahl dei processi di combustione, calcinazione e respirazione: Stahl spiegava

questi fenomeni ipotizzando l’esistenza nei corpi combustibili di un principio di combustione detto

“flogisto”, il quale durante la combustione viene emesso dai corpi e assorbito dall’aria; quando l’aria è

satura di flogisto la combustione non si può mantenere.

La scienza francese

La teoria newtoniana fu conosciuta in Francia attraverso la mediazione dei fisici olandesi, ma già in

precedenza Newton era stato accolto qui come grande matematico e grande sperimentatore grazie a

Varignon e a Geoffroy e della sua lettura si fece banditore Volteire. Si pensi che l’Opticks fu tradotto in

francese già nel 1720.

Il dibattito sulla forma della Terra cominciò nel 1732 con l’intervento di Maupertuis, che sostenne

davanti all’Acedémie l’opinione di Newton secondo la quale la Terra, per effetto del proprio moto,

dovrebbe essere uno sferoide appiattito ai poli, opponendosi così all’italiano Cassini che già nel 1718

aveva pubblicato delle misure che confermavano l’idea cartesiana di una Terra allungata ai poli.

Per porre fine alla questione furono organizzate due spedizioni allo scopo di compiere misurazioni sulla

curvatura della Terra all’equatore e al circolo polare artico. La prima spedizione partì nel 1735 per la

regione sudamericana dell’Ecuador sotto la direzione di La Condamine; la seconda, invece, fu guidata

da Maupertius e Clairaut. Con queste due spedizioni furono ottenute misure che diedero ragione a

Newton.

La discussione teorica avviata da questi dibattiti produsse una più attenta ricognizione della meccanica

newtoniana che negli anni ’30 cominciò in tutto il continente a essere studiata, approfondita, rielaborata

in un processo che condusse alla edificazione della meccanica razionale.

La meccanica razionale e l’analisi

La meccanica razionale, o meccanica analitica, è la parte della fisica matematica che studia il moto dei

sistemi meccanici con un numero finito di gradi di libertà, nonché un numero finito di variabili

indipendenti necessarie per determinare la posizione di un punto nello spazio (coordinate). L'attenzione

della disciplina è diretta verso lo studio, la sistematizzazione e la generalizzazione delle strutture

matematiche utilizzate in questi modelli.

La costruzione della meccanica razionale fu opera di scienziati continentali di formazione

prevalentemente matematica e quasi sempre scarsamente interessati alla sperimentazione. Studiosi come

i francesi Maupertuis e Clairaut non compirono una semplice estensione delle leggi del moto di

Newton, ma formularono principi nuovi ed elaborarono nuovi metodi per la loro applicazione a nuovi

settori.

L’inserimento dell’empirismo newtoniano nella concezione razionalista di scienza avvenne in un primo

tempo con l’assunzione della meccanica in un quadro filosofico razionalista: i principi della meccanica

furono intesi come verità di ragione, dimostrabili a priori, e tutta la meccanica fu ritenuta garantita non

dal controllo dell’esperienza ma dalla deduzione analitica. Il razionalismo garantiva alla meccanica quella

certezza che Newton non sembrava in grado di conferirle.

In nessun altro periodo della storia della scienza la matematica fu tanto strettamente legata a problemi

fisici. La matematica dominante fu l’analisi. L’analisi era concepita come il metodo per risolvere

problemi matematici riconducendoli ad equazioni, e comprendeva l’algebra, il calcolo differenziale e

integrale e le loro applicazioni alla meccanica.

Nel corso del Settecento l’analisi si legò sempre più strettamente alla meccanica e i maggiori analisti del

secolo furono tutti grandi studiosi di meccanica razionale. Studiando problemi meccanici, si aprirono

nuovi campi per l’analisi, come accadde con la nascita del calcolo delle variazioni, elaborato per

risolvere il problema di trovare una traiettoria che massimizza o minimizza alcune proprietà.

L’applicazione dell’analisi a vari problemi meccanici complessi richiese non solo lo sviluppo della

matematica, ma anche una ristrutturazione della meccanica. Le formulazioni newtoniane erano adatte a

descrivere i movimenti di punti-massa individuali, ma mal si prestavano a trattare un corpo rigido o un

fluido, e, per questi fini, la meccanica dei Principia dovette essere riplasmata alla ricerca di una forma

delle sue equazioni, più generale e adattabile ai casi concreti più diversi.

La Mécanique analitique del francese De Lagrange rappresenta l’apice di questo processo di

generalizzazione: fondendo i vari principi enunciati in precedenza, Lagrange fornì un metodo analitico

generale di risoluzione dei problemi meccanici di straordinaria potenza, in cui non si impiegano

ragionamenti geometrici o meccanici ma solo operazioni algebriche.

Tra i nuovi concetti messi a punto nel corso di questo sviluppo delle tecniche matematiche spiccano

quelli di “forza viva” e di “azione”. La forza viva era un’idea introdotta dal tedesco Leibniz ed

esprimeva la quantità dinamica che è conservata nel corso delle trasformazioni dell’universo; il concetto

di azione fu posto dal francese Maupertuis nel 1745 al centro di un principio metafisico estremamente

generale, secondo cui, quando in natura avviene qualche mutamento, la quantità d’azione di questo

mutamento è la più piccola possibile. Lunga fu la discussione nel Settecento su quale delle due

grandezze fosse più adatta a rappresentare la forza di un corpo in movimento e quale principio di

conservazione fosse rispettato nell’universo. Ad ogni modo, nel corso del secolo i concetti di forza viva

e di azione spodestarono il concetto newtoniano di “forza” ponendosi al centro della trattazione

meccanica dei problemi.

All’interno della meccanica analitica si ebbe un notevole mutamento anche della concezione di

“modello meccanico”. Il modello non fu più considerato, come in Newton, un costrutto provvisorio e

ipotetico che fa da tramite tra teoria ed esperienza, ma assunse la funzione di rappresentare qualche

aspetto parziale del comportamento della realtà, ma in quanto rappresentante parziale il modello è

sempre incompleto e impotente di fronte al compito di organizzare e spiegare compiutamente

l’esperienza.

Le difficoltà del meccanicismo

Lo sviluppo della meccanica newtoniana si realizzò attraverso momenti di difficoltà profonda, difficoltà

che conobbe anche il nucleo forte della scienza newtoniana, ovvero l’astronomia.

Con l’inglese Bradley (1693 - 1762) gli astronomi osservativi colsero un grande successo, raggiungendo

la prima prova del moto terrestre: nel 1728 Bradley spiegò parte degli spostamenti delle stelle fisse con

l’ipotesi che la velocità finita della luce si compone con la velocità della Terra sull’eclittica, in modo che

l’osservatore dirige il proprio cannocchiale non direttamente alla stella ma verso la direzione risultante

dalla composizione dei due moti.

Più tormentata fu la storia dell’astronomia teorica: quando negli anni quaranta si intraprese uno studio

serio e dettagliato dell’astronomia newtoniana, ci si accorse che l’immagine di un cosmo di cui Newton

aveva colto con sicurezza le leggi di funzionamento non corrispondeva alla realtà. Al centro delle

discussioni fu in particolare la teoria del moto della Luna, attorno alla quale si aprì nel 1749 una

clamorosa polemica tra i francesi Clairaut, d’Alembert e Buffon e lo svizzero Euler, durante la quale fu

posta seriamente in forse la validità della stessa legge gravitazionale.

Contemporaneamente, il concetto di “fluido sottile” divenne il fondamento esplicativo della fisica

sperimentale, ma fu impiegato anche per reinterpretare vecchie nozioni come la gravità, attribuita ora

all’azione di un etere e non più concepita quale azione a distanza. Questo passaggio al mondo del

continuo si rivelò fruttuoso soprattutto nel campo dell’elettricità.

All’inizio del secolo vi erano state infatti le notevoli ricerche sull’elettricità dell’inglese Hauksbee, il

quale aveva messo a punto i generatori di elettricità statica, che verranno poi impiegati per tutto il

secolo, realizzati con sfere o piatti di vetro rotanti e elettrizzati per strofinio.

Nel 1733 il francese Dufay enunciò le conclusioni da trarsi relativamente alla elettrizzazione: secondo

lui, esistono due tipi differenti di elettricità, quella “vetrosa” e quella “resinosa”; i corpi che possiedono

un tipo di elettricità respingono corpi con elettricità del medesimo tipo e attraggono quelli con

elettricità del tipo differente; Dufay propose di spiegare i fenomeni elettrici partendo dall’esistenza di

due correnti opposte di fluido elettrico lanciate da corpi elettrizzati. Lo statunitense Franklin avanzò

invece una teoria ispirata all’etere newtoniano, secondo la quale le azioni elettriche sono dovute a una

sola atmosfera statica che attrae e respinge per mezzo di una pressione.

La più recente scoperta in campo elettrico fu comunque compiuta dall’olandese Van Musschenbroek

nel 1746: si tratta della “bottiglia di Leida”, il primo condensatore capace di produrre scariche elettriche

fortissime.

Le scienze della vita

Nei primi decenni dei secolo prevaleva la convinzione ottimistica che sarebbe stato possibile spiegare

meccanicisticamente il vivente. Si può affermare che dopo il 1740 le scienze della vita cominciarono a

passare dal meccanicismo al vitalismo, termine ottocentesco utilizzato per indicare ogni corrente di

pensiero che esalta la vita come forza energetica e fenomeno spirituale, al di là del suo aspetto

biologico-materiale. Il vitalismo considera i fenomeni vitali irriducibili ai fenomeni fisico-chimici; questa

irriducibilità può significare in primo luogo che i fenomeni vitali non possono essere interamente

spiegati con cause meccaniche e che quindi la stessa indagine scientifica dei fenomeni vitali non

riuscirebbe mai a cogliere la forza che costituisce l’essenza della vita; in secondo luogo che un

organismo vivente non potrà mai essere prodotto artificialmente in un laboratorio di biochimica; in

terzo luogo che la vita sulla terra non ha avuto un’origine naturale o storica dovuta all’organizzarsi o

all’evolversi della sostanza nell’universo, ma è frutto di un disegno provvidenziale o di una creazione

divina.

L’animismo, da parte sua, viene usato in antropologia per classificare le tipologie di religioni o pratiche

di culto nelle quali vengono attribuite qualità divine o soprannaturali a cose, luoghi o esseri materiali; si

basa dunque sull’idea di un certo grado di identificazione tra il principio spirituale divino, ovvero

l’anima, e gli aspetti “materiali” di esseri e realtà. Il termine animismo fu usato per la prima volta nel

1720 in ambito medico dal chimico e biologo tedesco Stahl per definire una teoria secondo la quale

l’anima svolgeva una funzione diretta nel controllo di ogni funzione corporea, in particolare come

meccanismo di difesa nei confronti degli agenti patogeni.

Il più importante fisiologo del secolo fu lo svizzero Haller, il quale condusse fondamentali ricerche

sull’irritabilità e la sensibilità dei tessuti animali: l‘irritabilità è per Haller la proprietà che il tessuto ha di

contrarsi quando è toccato, la sensibilità invia invece un messaggio al cervello. Il francese Bordeu criticò

la distinzione di Haller tra irritabilità e sensibilità, sostenendo che tutta la materia vivente è sensibile e

che l’irritabilità è solo un caso speciale della sensibilità.

Il francese Diderot si convertì a un materialismo dinamico, secondo il quale la sensibilità è una

proprietà universale della materia, non vi è differenza tra l’organico e l’inorganico tranne che nel grado

di organizzazione, l’universo è un enorme corpo elastico che conserva la propria “vis viva”, e non esiste

una reale distinzione tra il dinamico e il vitale e tra la fisica e la fisiologia.

Sempre negli anni quaranta presero avvio alcune ricerche sulla generazione dei viventi che fecero di

questo tema il più studiato e discusso nella parte centrale del secolo. Il francese Bonnet dimostrò che gli

afidi, o pidocchi delle piante, si riproducono per partenogenesi, modo di riproduzione in cui lo sviluppo

dell’uovo avviene senza che questo sia stato fecondato, rafforzando così la vecchia concezione ovista

secondo cui l’embrione è preformato nella madre e passa poi attraverso un semplice processo di

crescita. Anche lo svizzero Trembley mise in luce le straordinarie capacità dell’idra, o polipo d’acqua

dolce, di rigenerarsi in un individuo completo partendo da un qualsiasi proprio pezzo.

La questione della generazione venne affrontata anche dal punto di vista dell’ereditarietà. Il tedesco

Kӧlreuter studiò gli ibridi, nonché gli individui generati dall'incrocio di due organismi che differiscono

per più caratteri, delle piante di tabacco per provare che gli ibridi sono sterili; con sua sorpresa si

accorse che gli ibridi della seconda generazione erano fertili.

Naturalmente nel campo delle scienze della vita non cessò il tradizionale lavoro di classificazione,

caratteristico della storia naturale. Grandissima importanza a questo proposito ebbe l’opera dello

svedese Linnaeus, il quale propose un sistema di classificazione con nomenclatura binaria per genere e

specie, che è poi rimasto nell’uso comune. Linnaeus credeva nella fissità della specie. Buffon attaccò il

suo sistema, ritenendo che le suddivisioni dei viventi in generi, ordini, specie, ecc. siano solo nostre