Lezioni di storia (e filosofia) della fisica

Federico Laudisa

Universit di Milano-Bicocca

federico.laudisa@unimib.it

PRELUDIO

I problemi della fisica e le questioni della filosofia: quale relazione?

Non intendo negare ogni valore alla filosofia, gran parte della quale non ha niente a che fare con la scienza. Non intendo nemmeno negare ogni valore alla filosofia della scienza,

che nel miglior dei casi mi appare come un piacevole commento sulla storia e le scoperte della scienza. Ma non dovremmo attenderci che essa fornisca una guida agli scienziati di oggi su quale direzione intraprendere nel loro lavoro o su ci che probabilmente troveranno.

Steven Weinberg, Dreams of a Final Theory, 1993 (la citazione tratta dal capitolo 7 del suo libro, un capitolo intitolato niente meno che Against Philosophy!).

Ci che solitamente trovo cos stimolante negli sforzi filosofici di questi colleghi

intellettuali il modo in cui riflettono profondamente sulla conoscenza umana, accumulata

grazie alle esplorazioni empiriche in aree che spaziano dalla scienza alla storia, per chiarire

problemi che sono rilevanti per le decisioni da prendere in vista di unesistenza pi piena e

felice sia come individui sia come membri di una societ. Come fisico militante, tuttavia, la

situazione piuttosto diversa. In quel campo io, insieme alla maggior parte dei colleghi con

cui ho discusso di questi problemi, ho trovato che le speculazioni filosofiche sulla fisica e la

natura della scienza non sono particolarmente utili e che hanno avuto un impatto scarso o

inesistente sul progresso della mia disciplina

L. Krauss, A Universe from Nothing. Why There is Something Rather Than

Nothing, Simon & Schuster, London 2012

Come possiamo comprendere il mondo in cui ci troviamo? Come si comporta luniverso? Qual la natura della realt? [...] Per secoli questi interrogativi sono stati di pertinenza della filosofia, ma la filosofia morta, non avendo tenuto il passo degli sviluppi pi recenti della scienza, e in particolare della fisica. Cos sono stati gli scienziati a raccogliere la fiaccola nella nostra ricerca della conoscenza.

Stephen Hawking, Leonard Mlodinow, Il grande disegno (2011)

C chi la pensava diversamente...

Rispondendo alla lettera di un giovane docente di fisica che, alle prese con il suo primo corso, chiedeva consiglio sullipotesi di inserire una corposa quota di filosofia della scienza nel corso, Albert Einstein rispondeva:

Concordo completamente con lei sullimportanza e il valore educativo della metodologia, della storia e della filosofia della scienza. Molte persone al giorno doggi compresi scienziati professionisti mi appaiono come colui che ha visto migliaia di

alberi senza mai vedere una foresta. Una conoscenza dello sfondo storico e filosofico fornisce proprio quella indipendenza dai pregiudizi della propria generazione dai quali la maggior parte degli scienziati sono afflitti. Questa indipendenza determinata

dallanalisi filosofica a mio giudizio il segno di distinzione tra un semplice artigiano o specialista e un autentico cercatore di verit

Albert Einstein (1944), cit. in D. Howard, Einstein and the Development of Twentieth-Century Philosophy of Science, in M. Janssen, C. Lehner (Eds.), The Cambridge Companion to Einstein, Cambridge University Press, Cambridge 2014, p. 357)

Concetti che si sono dimostrati utili per ordinare le cose acquistano una tale autorit su di noi che ci dimentichiamo la loro origine terrena e li accettiamo come dati inalterabili. Cos essi diventano necessit del pensiero, dati a priori, ecc. Il cammino del progresso scientifico spesso reso impossibile per lungo tempo proprio da questi errori. Per questa ragione, tuttaltro che un gioco irrilevante cercare di diventare abili nellanalizzare i concetti che per lungo tempo sono stati un luogo comune e mettere in evidenza quelle circostanze dalle quali dipendono la loro

giustificazione e la loro utilit, mostrando come siano emersi individualmente, a partire dai dati dellesperienza. In questo modo, la loro soverchiante autorit sar rovesciata. Essi saranno rimossi se non possono essere adeguatamente giustificati,

corretti se la loro correlazione con oggetti dati troppo vaga, sostituiti da altri concetti se possibile costruire un nuovo sistema che preferiamo per altre ragioni

A. Einstein, Ernst Mach, Physikalische Zeitschrift, 17 (1916), pp. 101104

Facciamo qualche esempio!

La fisica studia, in determinati campi,

le relazioni causali tra fenomeni

Cosa significa causalit?

vero che la scienza cerca le cause?

Ha senso affermare che la meccanica quantistica mette in crisi la causalit?

In che senso esattamente?

Domande filosofiche ed epistemologiche

Determinismo/indeterminismo in fisica

Cosa rende una teoria deterministica o indeterministica?

Quali sono le implicazioni di una teoria deterministica o indeterministica?

Il determinismo o lindeterminismo sono davvero l dove ce li aspettiamo? (esempi di indeterminismo nella meccanica

newtoniana e di determinismo nella meccanica quantistica)

Domande filosofiche ed epistemologiche

La centralit delle leggi in fisica

Perch i fenomeni obbediscono alle leggi nel modo in cui lo fanno?

Da dove vengono le leggi?

Le leggi posso cambiare nel tempo?

Esistono leggi che governano leggi (es. principi di simmetria)?

Domande filosofiche ed epistemologiche

Il ruolo e lo statuto della matematica nella fisica

Perch la matematica cos efficace nel descrivere molti fenomeni fisici?

Quali implicazioni dallipotesi che almeno parte del mondo naturale sia di natura matematica?

Domande filosofiche ed epistemologiche

.... e sono soltanto pochi esempi!

La questione dei rapporti tra scienza e filosofia naturalmente una questione complessa.

Una visione equilibrata stata proposta dal filosofo della scienza statunitense Clark

Glymour: dovremmo partire non tanto da definizioni di fatto impossibili di scienza da

un lato e filosofia dallaltro, quanto da una serie di domande:

Cos una spiegazione scientifica?, Quali sono i limiti della conoscenza?, Cos una

dimostrazione?, Cos un calcolo?, Cosa significa che i fenomeni obbediscono a

relazioni causali?, Cos una legge naturale?, Cos il linguaggio, Cos la mente? e

via di seguito

Che tipo di domande sono? Chi o che cosa esattamente dovrebbe incaricarsi di trovare

una risposta?

Queste domande hanno qualcosa a che fare con la fisica o la psicologia (o con la

matematica o la linguistica), ma non si trova risposta a domande simili in un manuale

dedicato a queste materie. In qualche senso queste domande paiono troppo fondamentali

per trovare risposta nella scienza; sembra un tipo di domande per rispondere alle quali non

siamo capaci di stabilire un programma dettagliato di osservazioni ed esperimenti. Tuttavia,

le domande non paiono oziose: a seconda di come rispondiamo, la ricerca in matematica, in

fisica, in psicologia o nelle altre discipline scientifiche sar orientata in modo molto

differente.

C. Glymour, Dimostrare, credere, pensare. Introduzione

allepistemologia, Raffaello Cortina, Milano 1999

La proposta di Glymour configura una relazione per cos dire a due facce tra scienza e filosofia:

da una parte, domande come queste nascono inequivocabilmente dentro le teorie scientifiche ma finiscono per forzarne i limiti e richiedere per il loro approfondimento unanalisi che sembra dover ricorrere inevitabilmente alla cassetta degli attrezzi dei filosofi

dallaltra, assistiamo talvolta anche al processo inverso: alcune di queste domande dotate a quel punto di una caratterizzazione filosofica pi sofisticata sembrano mostrare retroattivamente la capacit di stimolare a loro volta la crescita del pensiero scientifico in senso stretto

Cos una dimostrazione?

logica matematica moderna

Cos il linguaggio o Cos la mente? (domande tra le pi tipicamente filosofiche, dal

Cratilo di Platone alle cartesiane Meditazioni metafisiche)

scienza cognitiva

Premessa fondamentale per inquadrare gran parte dei contenuti che saranno discussi:

fino a ben oltre la Rivoluzione scientifica del XVII secolo non esiste una netta distinzione, n di fatto n di principio, tra

problemi che oggi sarebbero classificati come scientificie

problemi che oggi sarebbero classificati come filosofici

Il Settecento rappresenta per luomo di scienza una sorta di et-laboratorio della modernit.

In quellepoca infatti giunsero a maturazione processi di lungo periodo come la fase di

identificazione di un nuovo sapere, la sua legittimazione, il suo consolidamento istituzionale

necessario per creare le basi di una vera e propria professione, cos come apparvero

allorizzonte questioni nuove e laceranti tra cui spicca, per la prima volta ufficialmente

dibattuto, il gran tema della demarcazione, cio linterrogativo su ci che debba essere

considerato scienza e ci che invece da considerarsi estraneo ad essa.

Vincenzo Ferrone, Let dei lumi, in P. Rossi, V. Ferrone, Lo

scienziato nellet moderna, Laterza, Roma-Bari, 1994, pp. 61-62

Programma indicativo

La cosmologia antica e limmagine aristotelica del mondo

La rivoluzione copernicana e la nuova immagine del mondo: la prima rivoluzione scientifica dellet moderna

Spazio e tempo tra antichi e moderni

Epilogo: tra storia e filosofia della fisica

I Greci antichi e i primi modelli di conoscenza naturale

I filosofi naturalisti (primo esempio di tentativo di spiegare razionalmente i fenomeni naturali)

Pitagora (problema fondamentale della natura degli enti matematici e del loro rapporto con la natura materiale)

Democrito (atomismo e fisica non-finalistica)

Platone

Aristotele

I fondamenti della cosmologia antica

Il cosmo aristotelico: I modelli geometrici degli astronomifisica come teoria generale

del mutamento nel mondo naturale

Rappresentazione complessiva del mondo naturale Calcolo delle posizioni nel cielo (con evidenti implicazioni filosofiche, sociali, ecc.) dei pianeti allora conosciuti

Il cosmo aristotelico:fisica come teoria generale del mutamento nel mondo naturale

Nel pensiero aristotelico, il termine fisica indica un tipo di indagine molto pi generale di

quanto intendiamo modernamente: esso indica infatti una vera e propria teoria generale del

mutamento in natura, sulla base dellipotesi che tutti i processi naturali sono caratterizzati

dalla loro dinamica: in altri termini, la fisica aristotelica indaga la struttura generale del

concetto di mutamento e le condizioni della sua possibilit (D. Bostock, Aristotle on the

principles of change in Physics I, in L. Judson (ed.), Aristotles Physics: a Collection of Essays,

Clarendon Press, Oxford 1991)

Allinterno di questa cornice generale, Aristotele sviluppa una teoria sulla costituzione del

mondo naturale, che mira alla spiegazione di alcuni fenomeni fisici (e non solo) familiari per il

senso comune: la concezione aristotelica del moto locale, sia pure discussa nel corso dei

secoli, sar la visione prevalente fino alla Rivoluzione scientifica del XVII secolo

La parte della fisica aristotelica pi vicina alla fisica modernamente intesa non viene

sviluppata in modo organico e in un trattato autonomo, ma pu essere ricostruita a

partire da una serie di osservazioni contenute principalmente in due opere: il testo noto

con il titolo di Fisica e il testo noto con il titolo di Sul cielo

Questa circostanza connessa a una caratteristica strutturale dei testi aristotelici

pervenuti fino a noi: essi non erano destinati alla pubblicazione, ma rappresentavano una

sorta di dispense a uso interno per i membri della scuola filosofica diretta dallo stesso

Aristotele e chiamata Liceo. Questo comporta spesso una mancanza di organicit dei testi

stessi nonch grandi problemi di interpretazione e di coerenza, sui quali gli storici si sono

esercitati da sempre (sulla questione della sopravvivenza delle loro opere, Platone e

Aristotele si trovano in situazioni speculari)

Gli scritti di Aristotele, che ci sono pervenuti in forma imperfetta e molto alterata, trattano i

soggetti che noi chiamiamo ora fisica, chimica, astronomia, biologia e medicina, come pure

argomenti che non hanno a che fare con le scienze naturali, come la logica, la metafisica, la

politica, la retorica e la critica letteraria. Ad ognuno di questi, e in modo particolare alla

biologia, alla logica e alla metafisica, egli diede il contributo di idee nuove e assolutamente

originali; ma ancora pi importante dei suoi molti, sparsi e sostanziali contributi di idee fu la

sua organizzazione dellintero scibile umano in un insieme sistematico e coerente. Non in

tutto riusc e non difficile trovare disarmonie e contraddizioni occasionali nei suoi scritti. Ma

c, nella sua visione delluomo e delluniverso, una fondamentale unit che non stata pi

raggiunta in una sintesi di tale vastit e originalit. Questa una delle ragioni per cui i suoi

scritti ebbero uninfluenza cos enorme []

T.S. Kuhn, La rivoluzione copernicana. Lastronomia planetaria nello sviluppo del pensiero occidentale, Einaudi, 1972 pp. 100-101 (ed. orig. 1957)

:

Nel passato anche recente, si spesso sostenuto che la riflessione scientifica aristotelica sia

completamente priva di valore da una prospettiva moderna:

Possiamo dire che niente della visione aristotelica del cosmo rimasto valido

C. Natali, Aristotele, Carocci 2014, p. 138

Tradizionalmente gli studiosi hanno trovato congeniale lidea che il metodo di Aristotele nelle sue opere di scienze naturali fosse empirico, pur criticandone gli svariati errori da questo punto di vista. La generazione attuale ha rovesciato completamente questo verdetto. La Fisica in particolare attualmente considerata come un paradigma delluso da parte di Aristotele del metodo dialettico, inteso come una tecnica di indagine largamente concettuale o apriori adatta per la filosofia, in contrapposizione alle ricerche maggiormente empiriche che noi oggi consideriamo come tipiche della scienza.

R. Bolton, Aristotles method in natural science: Physics I, 1995

In questa visione ha giocato un ruolo essenziale anche linfluenza di Galileo:

Simplicio:

Ma quando si lasci Aristotile, chi ne ha da esser scorta nella filosofia? nominate voi qualche

autore.

Salviati:

Ci bisogno di scorta ne i paesi incogniti e selvaggi ma ne i luoghi aperti e piani i ciechi

solamente hanno bisogno di guida; e chi tale, ben che si resti in casa, ma chi ha gli occhi

nella fronte e nella mente, di quelli si ha da servire per iscorta.

N perci dico io che non si deva ascoltare Aristotile, anzi laudo il vederlo e diligentemente

studiarlo, e solo biasimo il darsegli in preda in maniera che alla cieca si sottoscriva a ogni suo

detto e, senza cercarne altra ragione, si deva avere per decreto inviolabile; il che un abuso

che si tira dietro un altro disordine estremo, ed che altri non si applica pi a cercar

dintender la forza delle sue dimostrazioni.

E qual cosa pi vergognosa che l sentir nelle publiche dispute, mentre si tratta di

conclusioni dimostrabili, uscir un di traverso con un testo, e bene spesso scritto in ogni altro

proposito, e con esso serrar la bocca allavversario?

Ma quando pure voi vogliate continuare in questo modo di studiare, deponete il nome di

filosofi, e chiamatevi o istorici o dottori di memoria; ch non conviene che quelli che non

filosofano mai, si usurpino lonorato titolo di filosofo

[...]

Per, signor Simplicio, venite pure con le ragioni e con le dimostrazioni, vostre o di Aristotile,

e non con testi e nude autorit, perch i discorsi nostri hanno da essere intorno al mondo

sensibile, e non sopra un mondo di carta.

Galileo Galilei, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (1632),

seconda giornata

Ti ringrazio di aver prestato piena fede per primo, anzi quasi lunico, alle mie asserzioni solo

dopo un primo breve esame delle mie ricerche, come cera da aspettarsi dallacutezza e dalla

lealt del tuo spirito. Ma cosa diresti dei pi eminenti filosofi della nostra accademia, che

malgrado i ripetuti inviti si rifiutano con ferrea ostinazione di osservare i pianeti o la luna o

anche il cannocchiale e che di conseguenza chiudono a ogni costo gli occhi alla luce della

verit? []

Questa sorta di uomini crede che la filosofia sia un libro, come lEneide o lOdissea, e che la

verit non debba essere ricercata nel mondo o nella natura, ma (queste sono parole loro)

con il confronto dei testi. Come rideresti se tu potessi udire il pi reputato filosofo della

nostra accademia sforzarsi di contendere e strappare al cielo i nuovi pianeti con argomenti

logici, come se fossero formule magiche.

Lettera di Galileo a Keplero

anche se Galileo attacca pi gli aristotelici (e la loro ortodossia) che Aristotele stesso

Avete voi forse dubbio che quando Aristotile vedesse le novit scoperte in cielo, e non

fusse per mutar opinione e per emendar i suoi libri e per accostarsi alle pi sensate

dottrine, discacciando da s quei cos poveretti di cervello che troppo pusillanimamente

sinducono a voler sostenere ogni suo detto, senza intendere che quando Aristotile fusse

tale quale essi se lo figurano, sarebbe un cervello indocile, una mente ostinata, un animo

pieno di barbarie, un voler tirannico, che, reputando tutti gli altri come pecore stolide,

volesse che i suoi decreti fussero anteposti a i sensi, alle esperienze, alla natura stessa?

Galilei, Dialogo sopra i due massimi

sistemi del mondo (1632), seconda giornata

Keplero, con atteggiamento analogo, scrive nel 1606:

So bene quanto questa mia opinione sia nemica della filosofia aristotelica, ma mi piace

dire la cosa come sta: essa in odio alla sua scuola, ma non al suo fondatore. Se Aristotele

potesse tornare in vita, e la mia fatica astronomica aver buon esito cos come io spererei di

persuaderlo! [] se qualcuno insegnasse ad Aristotele che col passare dei secoli si sono

osservati nel cielo molti nuovi fenomeni, egli sarebbe ben lieto di abbandonare la sua

dottrina. Ma oggi i discepoli di Aristotele guardano non al suo atteggiamento, ma solo alle

sue nude sentenze e, ben lungi dallinsegnamento del filosofi che ricercava la verit

nellesperienza, proprio il metodo empirico essi osano contrastare e tentano di scalzare,

ricorrendo a varie scappatoie.

Di fatto, comunque, si determinata storicamente una forte sottovalutazione delle analisi

aristoteliche dei fenomeni naturali

Le analisi aristoteliche realt contengono sia una forte dose di attenta osservazione

empirica, sia un uso sottile del ragionamento teorico, sia pure in una cornice quasi

esclusivamente qualitativa (in cui, cio, non si usa la matematica come strumento

essenziale per analizzare le relazioni tra fenomeni)

La fisica aristotelica sbagliata naturalmente; del tutto antiquata. Nondimeno una

fisica, cio una scienza studiata in modo elevato, sebbene non matematico. Non una

fantasia fanciullesca, e nemmeno unesposizione in parole (e senza significato) del senso

comune, bens una teoria, una dottrina, che basandosi naturalmente sui dati del senso

comune, li sottopone a una manipolazione molto coerente e sistematica.

A. Koyr, Galileo e Platone, in Introduzione a Platone,

Editori Riuniti, 1996, p. 116 (larticolo originale stato

pubblicato nel 1943 sul Journal for the History of Ideas)

La visione aristotelica del mondo non fu la sola ideata nellantichit, n fu la sola a

guadagnare seguaci. Ma fu molto pi vicina alla primitiva concezione del mondo

delle sue antiche competitrici e corrispose pi strettamente allevidenza della pura

e semplice percezione sensoriale. Questa unaltra ragione per cui ebbe una cos

immensa influenza, particolarmente durante il tardo Medioevo.

Kuhn, La rivoluzione copernicana, p. 127

La rappresentazione aristotelica vede il cosmo come unentit sferica divisa al suo interno

in due ulteriori regioni: una detta sublunare e una detta lunare o delle stelle

Luniverso contenuto tutto allinterno della sfera delle stelle e ogni suo punto contiene

materia: nelluniverso aristotelico, come vedremo dopo, il vuoto non contemplato

(punto di contatto con la fisica di Cartesio, molti secoli dopo)

Al di fuori della sfera non c assolutamente niente:

evidente dunque da quanto esposto che al di fuori del cielo non c, n possibile che

si generi, alcuna massa corporea. Il mondo nella sua totalit costituito di tutta la

materia che gli propria [] Ne segue che attualmente non esistono pi cieli, che non ne

sono mai esistiti e che non ne potranno mai esistere; invece, il nostro cielo uno e

perfetto.

insieme evidente che fuori del cielo non vi sono n luogo, n vuoto, n tempo. In ogni

luogo pu trovarsi un corpo. Quanto al vuoto, definito come quello dove non c un

corpo, ma dove possibile che venga a essercene uno. Il tempo, poi, il numero del

movimento (rono arimo kinhse) e senza un corpo naturale non c movimento.

Ma si dimostrato che fuori del cielo non c n pu esserci nessun corpo: quindi

evidente che fuori del cielo non esistono n luogo, n vuoto, n tempo. (Sul cielo, 279a,

4-18)

[Il tempo, poi, il numero del movimento La natura del tempo dipende dallesistenza del cambiamento (Fisica, 4, 218b-223b)

I costituenti fondamentali del mondo naturale: le implicazioni

La totalit del cosmo contiene corpi costituiti di 5 (4+1) elementi fondamentali:

TERRA, ACQUA, ARIA, FUOCO sfera sublunare

ETERE sfera delle stelle

A questa distinzione corrisponde una differenza di leggi e di statuto fisico

sfera sublunare regione della variet e del mutamento continui

sfera delle stelle regione delleternit, dellimmutabilit, della perfezione

etere: sostanza pura, inalterabile, trasparente e priva di peso (la materia di cui sono fatte le sfere celesti e le relative stelle)

La sfera delle stelle era concepita come un complesso sistema di sotto-sfere celesti: poich

il cosmo era inteso come pieno, le sotto-sfere confinavano le une con le altre e le pi

esterne trasmettevano via via in modo meccanico il movimento a quelle pi interne

Fino alla sfera sublunare, il moto delle varie sfere e dunque delle stelle incastonate sulle

sfere era concepito come circolare e uniforme: i moti retrogradi successivamente

individuati dagli astronomi non erano facilmente compatibili con questassunzione di

armonia sferica, ma di fatto si costituiva una sorta di indipendenza tra la fisica di tipo

aristotelico e il lavoro degli astronomi professionisti:

la rappresentazione aristotelica del mondo fisico si disinteressava delle eccezioni al

moto circolare uniforme ed eterno delle stelle

lastronomia dei professionisti si disinteresseva del problema se le sfere addizionali

della cosmologia aristotelica fossero reali, e dunque se i moti trasmessi dalle sfere

esterne a quelle interne fossero realmente meccanici

per [gli astronomi antichi], gli involucri avevano almeno una realt metaforica; tuttavia

raramente questi astronomi tentarono di dare una spiegazione fisica al moto di un

pianeta dentro la sua sfera (Kuhn, La rivoluzione copernicana, p. 103)

Senza fattori di cambiamento, i quattro elementi fondamentali della sfera sublunare si disporrebbero in involucri concentrici sferici, analogamente alle sfere celesti e nellordine dettato dal luogo naturale cui ogni elemento appartiene in linea di principio (torneremo pi avanti sulla nozione di luogo naturale, che svolge un ruolo essenziale

nella teoria dinamica aristotelica): vale a dire, nellestremit inferiore la Terra, poi lAcqua, lAria e infine, nellestremit superiore il Fuoco

Ma la sfera sublunare, come abbiamo detto, il regno del mutamento: il confine tra la sfera delle stelle e quella sublunare genera processi di trasformazione in questultima, cosicch ogni corpo nella sfera sublunare risulta essere un composto, in proporzione variabile, dei quattro elementi fondamentali

Sulla base di queste assunzioni sulla costituzione fondamentale della materia, Aristotele

formula una teoria dinamica dei fenomeni del moto

Il fondamento di questa teoria la distinzione (p.es. Fisica, VIII, 254b, 7-27) tra

MOTI NATURALI MOTI VIOLENTI

Moti dei corpi lasciati a se stessi Moti causati dallintervento di agenti

esterni

Sulla base di questa distinzione, i moti naturali possono essere

moti delletere circolari intorno al centro

o

moti dei 4 elementi verticali in direzione del luogo naturale di ciascun

elemento

In base a questa teoria

il centro della Terra, o pi precisamente il centro geometrico delluniverso, era il luogo

naturale di tutti corpi pesanti. Per converso, i corpi leggeri si muovevano naturalmente

verso lalto, in linea retta verso la sfera lunare, che era concepita come il loro luogo

naturale. Tutti questi moti naturali, ascendenti o discendenti, erano caratterizzati come

movimenti accelerati.

E. Grant, La scienza nel Medioevo

Infatti

[] il moto secondo natura cos delle sue parti come della Terra tutta intera diretto

verso il contro del Tutto, ed per questo che essa si trova attualmente posta al centro

(Sul cielo)

Che dunque [la Terra] non si muova, e non sia posta al di fuori del centro [del Tutto],

risulta evidente da tutto questo; inoltre da quel che abbiamo detto si fa anche manifesta

la causa della sua quiete. Se per natura che essa ha la propriet di muoversi da ogni

parte verso il centro, come noi constatiamo, e il fuoco viceversa dal centro verso

lestermo, abbiamo che impossibile che una qualunque parte di essa si muova

allontanandosi dal centro, se non sotto lazione di una forma esterna []

Se pertanto impossibile che una qualsiasi parte [della Terra] si muova allontanandosi

dal centro, chiaro che sar ancora a maggior ragione impossibile che lo faccia la Terra

tutta intera, poich, ove secondo natura portata a dirigersi la parte, ivi portato anche

il Tutto. (Sul cielo)

La teoria giustifica inoltre la sfericit della Terra:

Quanto poi alla forma, diremo che questa necessariamente sferica [] evidente che,

se in ugual misura che le parti si dirigono da tutti i punti estremi verso un unico centro,

dovr costituirsi una massa uniforme da ogni parte. Infatti, se si aggiunge da ogni parte

una quantit uguale, la superficie esterna del corpo sar necessariamente equidistante dal

centro. Ma questa figura quella della sfera. (Sul cielo)

Questo aspetto mette in evidenza la forte connessione tra fisica e astronomia, dal

momento che la teoria dinamica a giustificare la tesi che la Terra sia ferma e al centro

del cosmo

[] astronomia e fisica terrestre non sono scienze indipendenti. Osservazioni e teorie

sviluppate per una di esse si intrecciano intimamente con quelle tratte dallaltra.

Pertanto, sebbene le difficolt incontrate nella soluzione dei problemi dei pianeti

avrebbe potuto suggerire ad un astronomo un pretesto per sperimentare sul piano

astronomico il concetto della Terra in movimento, questi non era in grado di farlo senza

sconvolgere nel processo le basi ormai accettate della fisica terrestre.

Kuhn, La rivoluzione copernicana, p. 110

Sempre secondo la teoria aristotelica dei moti naturali

- i corpi pi pesanti cadono pi velocemente

- a parit di peso, un corpo cade pi velocemente al diminuire della densit del mezzo

[] noi vediamo che lo stesso peso e lo stesso corpo si muovono pi rapidamente per due

cause: o perch differente ci attraverso cui loggetto passa (ad esempio se passa attraverso

lacqua e la terra, ovvero attraverso lacqua e laria), oppure perch loggetto spostato, qualora

gli altri fattori siano gli stessi, differisce per leccesso del peso o della leggerezza. (Fisica, IV,

215a, 24-29)

Innanzitutto si definisca, conformemente a quanto a tutti manifesto, pesante assoluto il

corpo che si colloca sotto tutti gli altri, e leggero quello che si solleva al di sopra di tutti gli

altri. [] evidente, per esempio, che una quantit qualsivoglia di fuoco si dirige verso lalto,

se non vi sia qualche corpo estraneo che glielo impedisce, e che una qualsiasi quantit di terra

si dirige verso il basso. Una quantit maggiore si comporta allo stesso modo, e lo fa, anzi, a

velocit pi elevata. (Sul cielo, IV, 311a, 16-21)

In una terminologia moderna (si vedano per esempio E. Grant, La scienza nel Medioevo, Il

Mulino 1997, pp. 58-59, oppure C. Rovelli, Aristotles physics: a physicists look, ArXiv:

1312.4057, p. 3),

se poniamo

= velocit di caduta

= peso del corpo

= densit del mezzo nel quale si svolge il moto di caduta

la teoria aristotelica assume che

=

dove una costante che sembra dipendere dalla forma del corpo (Le figure non sono

causa dei movimenti assoluti verso il basso o verso lalto, bens della loro maggiore o minore

velocit, Sul cielo, IV, 313a, 14-15)

La formula

=

era essenziale per uno degli argomenti aristotelici contro il vuoto. Se infatti andasse a 0,

la velocit di caduta del corpo diventerebbe infinita

[] se lo spostamento attraverso il mezzo pi sottile si compie in un dato tempo e lungo

un dato percorso, lo spostamento attraverso il vuoto, invece, supererebbe ogni

proporzione. (Fisica, IV, 215b, 21-23)

Per quanto riguarda invece i moti violenti, lesempio canonico era rappresentato dal lancio

di un oggetto

Secondo la fisica aristotelica dei moti violenti, per spiegare il fenomeno del lancio erano

necessari due elementi:

una forza o agente esterno che, allontanando temporaneamente loggetto dal suo luogo

naturale, lo mettesse in movimento

un meccanismo che tenesse loggetto in movimento dopo la sua separazione dalla

sorgente della forza iniziale

Secondo Aristotele, il motore originale non soltanto metteva in movimento loggetto, ma

nello stesso tempo attivava laria

La prima unit di aria adiacente alla regione dalla quale partiva loggetto lanciato

riceveva parte della forza dal motore originale e la trasmetteva alla successiva

Nel corso del processo la potenza motrice diminuiva progressivamente: si raggiungeva poi

ununit in cui la potenza motrice non era pi sufficiente ad attivare lunit successiva. A

quel punto loggetto iniziava a cadere con moto discendente

In questa analisi dei moti violenti, laria fungeva dunque sia da fattore di trasmissione

della potenza motrice, sia da resistenza: se infatti laria non agisse anche da resistenza, la

potenza motrice iniziale darebbe luogo a un movimento infinito (eventualit assurda per

Aristotele)

Il rapporto tra il sistema fisico-astronomico di Aristotele e gli astronomi professionisti

non era tuttavia lineare

Da un lato, naturalmente, le teorie astronomiche che culminarono nel cosiddetto

Almagesto di Claudio Tolomeo (vissuto nel II secolo d.C. e autore del sistema in voga fino

al XVI secolo) accoglievano elementi centrali del sistema aristotelico come la fissit della

Terra

In un passo di grande interesse, per esempio, Tolomeo riporta un ragionamento per

assurdo, relativo allipotesi della Terra in movimento, che ritroveremo ma in una

prospettiva completamente diversa in Copernico e Galileo

Certi pensatori [] hanno architettato uno schema che essi considerano pi accettabile e pensano che nessuna prova possa essere portata contro di loro se insinuano, per amor di polemica, che il cielo immobile e che invece la Terra ruota attorno ad uno e allo stesso asse da occidente ad oriente, compiendo circa una rivoluzione al giorno.

[]Queste persone tuttavia dimenticano che, mentre non possono forse esservi forti obiezioni a questa teoria per quel che concerne le apparenze del mondo stellare, pure, a giudicare

dalle condizioni [terrestri] che riguardano noi stessi e a quelle dellaria attrono a noi, una tale ipotesi deve essere vista come completamente ridicola. [Se la Terra] facesse in un tempo tanto breve un giro cos enorme, tornando di nuovo alla stessa posizione, ogni cosa che non stesse effettivamente sulla Terra sembrerebbe necessariamente fare il medesimo

movimento sempre in senso contrario alla Terra, e le nuvole ed ognuna delle cose che volano o possono essere lanciate non potrebbero mai essere viste spostarsi verso est, poich la Terra le precederebbe sempre tutte quante e preverrebbe il loro moto verso est, tanto che ogni cosa sembrerebbe indietreggiare verso ovest e verso i luoghi che la Terra lascia dietro di s

Questo passo di Tolomeo fa appello allesperienza comune come strumento di argomentazione

contro lipotesi del moto terrestre

Ma esisterebbe anche unaltra conseguenza inaccettabile per la teoria aristotelica se la Terra

compisse il moto che Tolomeo cerca di combattere:

come abbiamo visto prima, i moti naturali dei corpi sono determinati dai loro luoghi naturali

e le traiettorie che questi moti seguono realmente o idealmente sono ben determinati

dalla geometria dello spazio, che assoluto

Se la Terra si muovesse durante il moto discendente di un corpo verso il suo luogo naturale, il

corpo raggiungerebbe un punto diverso da quello che raggiungerebbe sotto lipotesi della

Terra fissa, e questa dualit di luoghi non potrebbe essere giustificata nella struttura spaziale

assoluta

Modello delle sfere omocentriche di Eudosso di Cnido (400-347 a.C.)

Teoria epiciclica di Apollonio di Perge (220-190 a.C.) e Ipparco di Nicea (141-127 a.C.)

Gli astronomi antichi e la tradizione del salvare i fenomeni

Il titolo originale dellopera fondamentale di Claudio Tolomeo, cui solitamente ci si riferisce

con il nome di Almagesto, era in effetti (cio Raccolta matematica)

Questo titolo rappresenta efficacemente il fatto che lastronomia era pensata dai Greci in

larga misura come una disciplina matematica (addirittura computazionale, diremmo oggi),

senza necessit di indagare lo statuto di realt dei suoi enti

La formula che sintetizza questo atteggiamento nei confronti della natura e il ruolo delle

indagini astronomiche salvare i fenomeni: si tratta di un approccio con una lunga storia,

che in un certo senso dura tuttora

Lo stesso sistema tolemaico il primo che rinuncia a postulare la circolarit e la regolarit

per tutti i moti celesti, al fine appunto di salvare i fenomeni, cio di conservare la

compatibilit con i fenomeni osservati

Ma forse Platone e i pitagorici non ammettevano che la sostanza corporea fosse

realmente e assolutamente una combinazione di questi triangoli; forse essi facevano

come gli astronomi, alcuni dei quali ammettono certe ipotesi e altri ne ammettono altre

senza affermare in modo categorico che questi diversi meccanismi esistono davvero nei

cieli. Se essi hanno assunto quei principi, lo hanno fatto soltanto per rendere possibile

salvare i fenomeni osservati, attribuendo a tutti i corpi celesti moti circolari e uniformi []

perch non compito di un astronomo conoscere ci che per natura adatto a una

posizione di riposo, e quali tipi di corpi sono adatti a muoversi; piuttosto egli introduce

ipotesi sotto le quali alcuni corpi rimangono fissi, mentre altri si muovono, e poi considera

a quali ipotesi i fenomeni realmente osservati nel cielo corrisponderanno

Simplicio (VI secolo d.C.), Commento a Sul cielo di Aristotele

In epoca medievale, la tradizione del salvare i fenomeni si collega in modo complesso

allingresso della filosofia aristotelica in Europa nel XII e XIII secolo

Questa tradizione fu cio, di fatto, rafforzata dallondata antiaristotelica suscitata alla fine

del XIII dalle condanne ecclesiastiche nei confronti di una serie di assunti ispirati alla

filosofia di Aristotele

Queste condanne determinarono lo sviluppo di posizioni scettiche sulla conciliabilit di

verit naturali e verit di fede (posizione di cui Guglielmo di Ockham lesponente pi

sofisticato)

In un simile quadro di fondamentale scetticismo nei confronti delle pretese di verit delle

teorie scientifiche sulla costituzione e i meccanismi dei cieli, la dottrina del salvare i

fenomeni si dimostra dunque congeniale

Conseguenza delloccamismo fu la possibilit di ammettere ipotesi anche stravaganti o

controintuitive, purch non implicassero contraddizioni (nel XIV secolo compare molto

frequentemente nelle opere scientifiche lespression secundum imaginationem)

Ulteriore conseguenza fu una prima forma dellidea che modernamente viene indicata

con il termine di sottodeterminazione:

Ai logici scolastici era ben noto il principio secondo cui i fenomeni non possono

determinare univocamente le ipotesi che devono salvarli, o spiegarli, dal momento che

le stesse conclusioni possono essere dedotte da premesse molto diverse, e la verifica

sperimentale del conseguente non ci consente di affermare la verit dellantecedente.

Questo principio, sviluppato a Oxford nei secoli XIII e XIV, era stato un luogo comune

della scuola padovana di logica agli inizi del XVI secolo

M. Clagett, Medieval and Early Modern

Science

In questa prospettiva si muove anche Jean Buridan (noto come Buridano, 1300-1361), che

ammettendo in linea di principio la sostenibilit dellipotesi del movimento terrestre

sostiene:

la sola autorit non in grado di dimostrare, ed sufficiente per gli astronomi assumere un

metodo capace di salvare i fenomeni, quale che sia la realt delle cose. I fenomeni possono

essere salvati in entrambi i modi, dunque essi assumono il metodo che preferiscono

Se qualcuno si muove in una nave e immagina di essere in quiete, allora, qualora dovesse

osservare unaltra nave che realmente in quiete, avr limpressione che sia laltra nave a

muoversi [] E dunque assumiamo anche che la sfera del Sole sia ovunque in quiete e che sia

la Terra a ruotare nel trasportarci. Dal momento, tuttavia, che noi immaginiamo di essere in

quiete, proprio come luomo collocato sulla nave che si muove rapidamente non percepisce il

proprio movimento n il movimento della nave, allora certo che il Sole ci apparirebbe

sorgere e poi tramontare, proprio come succede quando esso si muove e noi siamo in quiete.

Lunico fenomeno che lipotesi della rotazione della Terra non sembra spiegare quello

della freccia: sotto lipotesi della rotazione della Terra, una freccia lanciata verso lalto in

linea retta non dovrebbe ricadere sulla verticale, ma dovrebbe essere lasciata indietro dal

moto terrestre: poich lesperienza smentisce questa conseguenza, lipotesi non regge

(si tratta di fatto dello stesso argomento degli anticopernicani contro Galileo, che lo

smentisce in un passo molto celebre, da discutere pi avanti)

Nicola dOresme (1323-1382) nega anche questa possibilit:

Se una persona si trovasse su una nave che si muove verso est molto rapidamente e non

fosse consapevole di questo moto, e se egli stendesse una mano verso il basso descrivendo

una linea retta sullo sfondo dellalbero della nave, avrebbe limpressione che la sua mano si

muova soltanto di un moto rettilineo. Secondo questa opinione [cio lipotesi del moto

terrestre], abbiamo la stessa impressione sul fatto che la freccia si muova in alto o in basso

di moto rettilineo []

Concludo che non si potrebbe mediante alcuna esperienza dimostrare che sono i cieli, e non

la Terra, che si muovono di moto diurno.

N. Copernico, Le rivoluzioni dei corpi celesti (1543)

Ogni mutazione locale apparente deriva o dal movimento della cosa guardata, o da quello

di chi guarda, o da mutazione certamente ineguale di entrambi. Perch fra cose mosse in

modo eguale nello stesso senso non si percepisce movimento, intendo dire tra loggetto

veduto e colui che lo vede. Ora proprio la Terra quella da cui visto quel circuito celeste e

offerto alla nostra vista. Se dunque si ipotizza qualche movimento della Terra, esso apparir

in tutte le cose che gli sono esterne come di egual velocit, ma in senso opposto, come se

quelle cose passassero via, quale innanzitutto la rivoluzione diurna. Questa, infatti,

sembra trascinare lintero mondo, fuorch la Terra e quelle cose che sono intorno ad essa.

Ma se si ammettesse che il cielo non ha nulla di questo movimento, e invece la Terra ruota

da occidente a oriente, se qualcuno esaminasse seriamente quanto riguarda lapparente

sorgere e tramontare del Sole, della Luna e delle altre stelle, troverebbe che proprio cos

avviene. E poich il cielo quello che contiene e abbraccia tutto, il luogo comune di tutte le

cose, apparir subito perch si debba attribuire un movimento piuttosto al contenuto che al

contenente, a ci che collocato piuttosto che a ci che colloca.

quella che Alexandre Koyr definisce relativit ottica (tudes galilennes, Hermann,

Paris 1939, p. 171 delled. del 2001): cio una relativit non ancora supportata da una

nuova fisica

Lidea di Copernico riecheggia direttamente nel Dialogo galileiano (su cui torneremo). In un passaggio della seconda giornata, Salviati afferma:

E prima, se noi considereremo solamente la mole immensa della sfera stellata, in comparazione della piccolezza del globo terrestre, contenuto da quella per tanti milioni di volte, e pi penseremo alla velocit del moto che deve in un giorno e in una notte fare una intera conversione, io non mi posso persuadere che trovar si potesse alcuno che avesse per cosa pi ragionevole e credibile che la sfera celeste fusse quella che desse la volta, ed il

globo terrestre restasse fermo

Al che Sagredo argutamente commenta:

[] stimerei che colui che reputasse pi ragionevole il far muovere tutto luniverso, per ritener ferma la Terra, fusse pi irragionevole di quello che, sendo salito in cima della vostra Cupola non per altro che per dare una vista alla citt ed al suo contado, domandasse che se gli facesse girare intorno tutto il paese, acci non avesse egli ad aver la fatica di volger la testa

Dialogo, pp. 142-3 delled. Einaudi 1970

Copernico per certi versi lultimo degli astronomi antichi (Kuhn ne parla cos), ma anche il

primo degli astronomi moderni per il nuovo atteggiamento nei confronti delle ipotesi

astronomiche:

La concezione [di Copernico] della funzione e il ruolo di unipotesi cos radicalmente

diversa da quella dei suoi predecessori che serve a simboleggiare il suo drastico

allontanamento dalla tradizione scolastica quasi quanto il suo nuovo sistema cosmologico.

[]

Copernico realmente liniziatore di un atteggiamento di fondo cui aderirono in una forma o

nellaltra la maggior parte delle grandi figure della Rivoluzione scientifica un atteggiamento

in base al quale i principi fondamentali sotto forma di ipotesi o assunzioni sulluniverso

devono essere fisicamente veri e incapaci di essere altrimenti.

E. Grant, Late medieval thought, Copernicus and the Scientific Revolution, Journal of the History of Ideas, 23, 1962, pp. 197-220

Il teologo protestante Andreas Osiander, in rapporti con Copernico, aveva tentato di

convincerlo a presentare il suo sistema come puramente ipotetico: in una lettera a

Copernico del 20 aprile 1541 (si trattava di una risposta a una lettera di Copernico del luglio

1540, andata perduta), Osiander aveva scritto:

Ho sempre pensato che le ipotesi non sono articoli di fede ma soltanto la base per i calcoli;

cos che anche se le ipotesi sono false non importa, a condizione che esse riproducano

esattamente i fenomeni dei moti. Perch se noi seguiamo le ipotesi di Tolomeo, chi ci

informer se il moto ineguale del Sole viene spiegato da un epiciclo o dalleccentricit, dal

momento che luna o laltra di queste configurazioni possono spiegare i fenomeni?

Sembrerebbe dunque desiderabile che toccassi questo punto nella tua Introduzione, perch

in questo modo ammorbidiresti gli aristotelici e i teologi, la cui opposizione ti preoccupa.

Anche se non possediamo la risposta di Copernico, risulta chiaramente che egli non

condivideva la posizione di Osiander

In un commento successivo Keplero aveva scritto infatti: Rafforzato da una stoica

fermezza danimo, Copernico riteneva di dover pubblicare le sue convinzioni apertamente,

anche se la scienza dovesse riceverne un danno.

Osiander tuttavia non rispett queste convinzioni. Incaricato di preparare ledizione del

testo di Copernico De revolutionibus orbium celestium, poi pubblicato nel 1543, sostitu

lintroduzione scritta da Copernico con un proprio testo ma senza firmarlo, per indurre a

pensare che quella fosse le posizione di Copernico stesso:

Prefazione di Osiander al De Revolutionibus

Non dubito che alcuni studiosi, diffusa ormai la fama della novit di questa opera, che

pone la terra mobile e il sole immobile in mezzo all'universo, si siano fortemente risentiti, e

ritengano che non c'era alcun bisogno di rendere incerte le discipline liberali, una volta

sapientemente stabilite. Se essi vorranno per riflettere saggiamente sulla cosa, troveranno

che l'autore di questa opera non ha commesso nulla che meriti rimprovero. infatti

proprio dell'astronomo prima registrare la storia dei moti celesti mediante osservazioni

abili e accurate; quindi, escogitare e supporre le loro cause, ossia certe ipotesi, in un

modo qualsiasi, non potendole dimostrare in alcun modo come vere. Partendo da tali

ipotesi, si possono calcolare correttamente i moti celesti, in base ai princpi della

geometria, tanto nel futuro che nel passato.

Perch queste ipotesi non devono necessariamente essere vere e nemmeno probabili;

se esse forniscono un calcolo consistente con le osservazioni, questo sufficiente.

[]

E se delle cause sono escogitate dallimmaginazione, esse non sono proposte per

convincere nessuno della loro verit, ma semplicemente per fornire una base corretta per

il calcono. Ora quando di tanto in tanto sono proposte diverse ipotesi per lo stesso moto,

lastronomo accettr quella che pi facile da afferrare. Il filosofo forse andr alla ricerca

della somiglianza con la verit, ma nessuno di loro comprender o affermer alcunch di

certo, a meno che non labbia acquisito per rivelazione divina. Permettiamo dunque che

queste nuove ipotesi diventino note accanto alle antiche, che non sono pi probabili;

facciamolo specialmente perch le nuove ipotesi sono ammirevoli e anche semplici, e

portano con s un grande tesoro di ingegnose osservazioni. Finch ci si occupa di ipotesi,

nessuno autorizzato ad attendersi certezze dallastronomia, che non pu fornirle

Keplero comprese perfettamente che la prefazione non era di Copernico e non ci mise

molto a identificare il vero autore. In una lettera scriveva:

Sostengo che sia una finzione assurda sostenere che i fenomeni della natura possano

essere dimostrati da false cause. Ma questa finzione non si trova in Copernico. Egli credeva

che le sue ipotesi fossero vere [] Vuoi sapere chi lautore di questa finzione? Nella mia

copia si fa il nome di Andreas Osiander. Andreas, che ha curato la stampa dellopera di

Copernico, ha considerato la prefazione pi prudente (come si pu dedurre dalla sua

lettera a Copernico) e lha collocata allinizio del libro quando Copernico o era gi morto o

certamente alloscuro [di quanto Osiander stesse facendo]. Perci Copernico non sta

creando un mito ma sta attribuendo sincera espressione a dei paradossi, vale a dire sta

facendo della filosofia, che ci che si richiede a un astronomo.