E’ più facile capire le idee partendo dalle radici che le hanno fatto nascere, e una grossa parte delle idee che sono alla base della scienza moderna risalgono a oltre 20 secoli fa! Ripercorrere la loro nascita aiuta a capirle meglio, e i passi successivi dell’evoluzione del pensiero scientifico diventano più semplici e naturali.
La scienza, prima di essere sperimentazione, misura, matematica, deduzione logica, è soprattutto attività visionaria. Il pensiero scientifico si evolve per la sua capacità di “vedere” le cose in modo diverso da come le vedevamo prima.
Per millenni il cosmo è stato concepito come in Fig. 1: sotto la Terra sopra il Cielo. La prima grande visione nuova ce l’ha 26 secoli fa Anassimandro cercando di capire come mai il Sole la Luna e le stelle girino intorno a noi. Egli rimpiazza l’immagine primitiva del cosmo con quella di Fig. 2.
Ora il Cielo ci circonda e la Terra è una grande sasso che galleggia nello spazio, senza cadere! Successivamente Parmenide (o forse Pitagora) concluderanno che la forma più ragionevole di questa Terra è una sfera.
Poi nel 384 a.C. arriva Aristotele (Fig. 3) che con argomenti convincenti conferma la sfericità della Terra e dei Cieli intorno alla Terra nei quali corrono gli astri celesti. La visione che ne risulta è quella di Fig. 4
Questa immagine del mondo sarà la caratteristica della civiltà mediterranea fino alla fine del Medioevo (diciamo fino alla rivoluzione Copernichiana, intorno al 1500). E’ questa immagine del mondo che Dante studierà a scuola ed è intorno a questa immagine che canterà la Divina Commedia.
Aristotele scrive il primo grande trattato sistematico di Fisica (dal Latino Physica a sua volta derivato dal Greco Physikè – arte della natura), che si svolge su tre temi fondamentali: il Cosmo, la Materia, il Moto. Vediamoli.
Il cosmo
L’Universo si compone di 8 sfere celesti concentriche (Fig. 4) che reggono le stelle fisse e i 7 pianeti noti nell’antichità (dall’esterno all’interno: Stelle, Saturno, Giove, Marte, Sole, Venere, Mercurio, Luna). Al centro delle sfere celesti, e quindi del mondo, è posta la Terra (geocentrismo)
La sfera della Luna separa il mondo celeste, perfetto e incorruttibile (cioè, non soggetto a mutamento), da quello terrestre (sub-lunare), imperfetto e corruttibile, (cioè soggetto a mutamento). La Terra è dunque al centro del mondo, ma ne è anche il punto più basso e lontano dalla perfezione.
La materia
Tutto il mondo è pieno di materia: lo spazio vuoto non esiste: “la natura ha orrore del vuoto” (in contrasto con la visione di Democrito, dove il vuoto è una necessità, derivante dal fatto che gli atomi, ultime parti indivisibili della materia, devono potersi muovere).
Il mondo terrestre (sub-lunare) è composto da 4 elementi, che tendono a disporsi secondo quattro sfere concentriche (i loro “luoghi naturali”), la terra in basso, l’acqua un po’ più su, l’aria ancora più su, e il fuoco ancora più su. Quando lanciamo un sasso in aria questo ricade perché tende a ritornare al suo luogo naturale, la terra. Invece le bolle d’aria o il fuoco vanno verso l’alto, sempre per andare nei loro luoghi naturali.
Il mondo celeste è interamente composto di etere (quinta essenza), incorruttibile per natura. Esso costituisce le sfere celesti e riempie anche lo spazio tra di esse.
Il movimento
I moti celesti sono perfetti e immutabili, senza inizio né fine: sono i moti circolari uniformi (cioè a velocità costante) della rotazione delle sfere celesti. Tutti i moti celesti sono originati da un’unica causa: il motore immobile (la causa prima), che muove direttamente la sfera delle stelle fisse (la più veloce); da essa il moto di rotazione si trasmette di sfera in sfera, diminuendo però progressivamente di velocità. E’ dunque la rotazione delle sfere che fa muovere i pianeti che ad esse sono fissati.
I moti sub-lunari invece sono imperfetti, hanno un inizio e una fine, e si distinguono in moti naturali e moti violenti.
I moti naturali sono quelli dovuti alla natura del corpo, che tende a raggiungere la propria sfera cadendo (corpi pesanti: terra, acqua) o salendo (corpi leggeri: aria, fuoco). La velocità di caduta dipende direttamente dal peso del corpo e inversamente dalla densità del mezzo (nel vuoto la velocità sarebbe infinita, il che è impossibile e da qui la necessità che il vuoto non esista).
I moti violenti: sono quelli causati da una vis (forza), alla quale è direttamente proporzionale la velocità.
Punti di debolezza della Fisica di Aristotele
Quella di Aristotele non è fisica sbagliata, come spesso si dice, è solo approssimata (anche la fisica di Newton è approssimata rispetto alla teoria della relatività di Einstein). Esaminiamone i principali difetti.
Un corpo si muove verso il suo «posto naturale». Ciò non è corretto. Il posto naturale del legno e del metallo sono la Terra. Ma come mai il legno galleggia nell’acqua e non raggiunge la Terra, mentre il metallo affonda e raggiunge la Terra? Il punto fu capito da Archimede: ciò che determina se un corpo galleggia o no in acqua non è la natura della sua materia, ma il rapporto tra il peso della sua parte immersa e il peso dell’acqua spostata. La scoperta di Archimede ebbe grandi conseguenze tecnologiche ed economiche (per esempio navi in ferro, quindi più grandi e resistenti).
Il moto violento è causato da un agente esterno (una forza). Ma come mai una freccia o un proiettile continuano a muoversi anche dopo che è cessata l’azione della forza? Nel medioevo si introduce il concetto di Impeto, cioè di una forza residua che rimane nel corpo in movimento dopo la rimozione della forza iniziale. Sull’impeto si è dibattuto per tutto il medioevo, finché non è arrivato Galileo a chiarire le cose.
Altro punto debole è la mancanza di aspetti quantitativi. Aristotele si è interessato soltanto di qualità, direzione, cause e durata del moto non di valori quantitativi della sua velocità, ecc. Aristotele fa un uso raro della matematica nella sua scienza. Per tutto il Medioevo lo studioso della natura (filosofo naturale) è un erudito che non ha bisogno della matematica, dell’esperienza, di strumenti di misura, ma deve solo dotarsi dell’apparato concettuale aristotelico. Idee e teorie contrapposte vengono affermate e dimostrate attraverso le Dispute, interminabili dibattiti pubblici tra eruditi, nelle università e nei conventi.
Infine la fisica aristotelica è finalistica, cioè assume che le cose accadono in natura per una finalità, oppure in termini di bene e male, confondendo questioni etiche/umane con questioni scientifiche.
Il mantenimento della fisica di Aristotele durante tutto il Medioevo non fu dovuto ad un dominante punto di vista dogmatico ma alla difficoltà di trovare qualcosa di meglio. Analogamente, la teoria newtoniana rimase per tre secoli come teoria fondamentale, non perché era un dogma, ma perché non c’era niente di meglio fino all’arrivo della Teoria della Relatività di Einstein. E’ opportuno precisare che la fisica relativistica non nega la fisica newtoniana, semplicemente la generalizza alle situazioni in cui le velocità in gioco sono prossime a quelle della luce (300.000 Km/sec) mentre alle velocità a noi accessibili, estremamente più basse, la fisica newtoniana è perfettamente applicabile, con errori di calcolo del tutto trascurabili.
Nel Medioevo la fisica di Aristotele fu discussa e modificata ripetutamente, ma toccò a Copernico, Galileo, Keplero e Newton aver fornito una teoria più potente nel corso di quel periodo storico che va sotto il nome di rivoluzione scientifica, della quale parleremo nel prossimo articolo.
Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.
