LA RIVOLUZIONE SCIENTIFICA parte seconda
La rivoluzione copernicana il primo significato della rivoluzione copernicana è quello di una riforma delle concezioni fondamentali dell astronomia, ma spostando la Terra dal centro dell universo, Copernico mutò anche il posto dell uomo nel cosmo uomini che credevano che la loro dimora terrestre fosse soltanto un pianeta, ruotante ciecamente attorno ad una fra miliardi di stelle, valutavano la loro posizione nello schema cosmico ben diversamente dai loro predecessori che vedevano la Terra come l unico centro focale della creazione divina.( ) La sua dottrina planetaria e la concezione ad essa legata di un universo incentrato nel Sole furono strumenti del passaggio dalla società medioevale alla moderna società occidentale, in quanto investivano il rapporto dell uomo con l universo e con Dio. Intrapresa con una revisione strettamente tecnica, ad alto livello matematico, dell astronomia classica, la teoria copernicana diventò un centro focale delle terribili controversie in campo religioso, filosofico e nelle dottrine sociali che, nei due secoli successivi alla scoperta dell America, fissarono l orientamento del pensiero europeo (Th. S. Kuhn, La rivoluzione copernicana, 1957)
Vita di Copernico Nasce a Torun nel 1473 (in Polonia), studia matematica e astronomia a Cracovia, Padova, Ferrara (si laurea in diritto canonico), e a Bologna, dove conosce il neoplatonico Domenico Maria Novara. Tornato in Polonia, affronta il problema del sistema aristotelico-tolemaico. Nel 1532 porta a termine il De Revolutionibus, ma non lo pubblica; il discepolo e amico Rheticus però dà alle stampe un sunto delle idee del maestro e lo convince a pubblicare l opera. Il De Revolutionibus viene finalmente stampato, con una dedica al papa Paolo III e con una prefazione del teologo protestante Osiander, nel 1543, ma nello stesso anno Copernico muore. Il suo corpo viene sepolto nella cattedrale di Frombork.
Dal geocentrismo all eliocentrismo Copernico non rifiuta il modello cosmologico aristotelico-tolemaico a causa di nuove scoperte o di nuove osservazioni astronomiche. Copernico rifiuta il modello aristotelico-tolemaico perché esso ormai è troppo complicato e artificioso, presenta almeno 12 varianti e spiega i fenomeni solo introducendo nuovi elementi (epicicli, eccentrici, ecc ) che lo rendono sempre più disarmonico, mostruoso. Copernico invece condivide la fede neoplatonica in un Dio che geometrizza e in un universo semplice, armonioso, geometricamente ordinato. Cerca allora una spiegazione completamente diversa dei moti celesti, e la trova in quei filosofi antichi (Filolao, Ecfanto, Aristarco) che affermarono la mobilità della Terra. Pertanto propone l eliocentrismo e il movimento di rotazione e rivoluzione della Terra, convinto di realizzare un modello cosmologico capace di spiegare i fenomeni ma anche più semplice e ordinato. In realtà i vantaggi del sistema eliocentrico di Copernico, rispetto a quello geocentrico, sono minimi, sia sul piano della precisione nella descrizione e previsione dei fenomeni celesti, sia sul piano della semplificazione, ma Copernico ha aperto una strada completamente nuova, ha permesso di guardare i fenomeni da un punto di vista nuovo, mentre il vecchio punto di vista non prometteva più nulla.
L universo copernicano Copernico propose quindi un modello di tipo eliocentrico: intorno al Sole, immobile, ruotano nell'ordine Mercurio, Venere, la Terra con la Luna, Marte, Giove ed infine Saturno. Tutto intorno si trovano le stelle, immobili, il cui moto diurno rispetto alla Terra è apparente in quanto dovuto alla rotazione della Terra intorno a se stessa. Allo stesso modo è apparente il moto diurno del Sole e così pure quello annuo, dovuto quest'ultimo al moto della Terra intorno al Sole. E così per i cinque pianeti. Le dimensioni dell universo copernicano sono considerevolmente maggiori di quello tolemaico.
Il sistema copernicano Due moti: 1. La terra intorno a se stessa in un giorno 2. La terra (come gli altri pianeti) intorno al Sole
Il conservatorismo di Copernico Nel nuovo mondo copernicano rimangono ancora molti elementi del vecchio mondo aristotelico-tolemaico: Il mondo di Copernico, per quanto più grande di quello di Tolomeo, è ancora un mondo finito, delimitato dal cielo delle stelle fisse. La forma perfetta è quella sferica, e il moto perfetto è quello circolare e uniforme, pertanto il moto della Terra e dei pianeti è circolare e uniforme, oppure composto da moti circolari. I pianeti non si muovono in orbite, ma sono trasportati da sfere cristalline che ruotano; queste sfere hanno realtà materiale
Strumentalismo e realismo La stampa del De Revolutionibus fu curata dal teologo luterano Osiander, che vi aggiunse (senza il consenso dell autore) una prefazione nella quale sosteneva un interpretazione strumentalistica della teoria di Copernico: non è necessario che queste ipotesi siano vere e neppure verosimili, ma basta questo soltanto, che esse offrano dei calcoli conformi all osservazione. Le teorie di Copernico non sarebbero descrizioni vere della realtà ma solo strumenti utili per spiegare e prevedere le posizioni dei corpi celesti. In tal modo Osiander aggirava il problema del contrasto tra la teoria eliocentrica e alcuni passi della Bibbia. Copernico invece, evidentemente, ha una concezione realista della propria teoria, infatti scrive: Compito del filosofo è quello di cercare la verità in tutte le cose fin dove è stato da Dio concesso all umana ragione Ritengo che le idee assolutamente contrarie alla verità debbano essere confutate. Quanto al problema dei passi biblici, Copernico lo risolve con poche battute: Se per avventura vi saranno dei perdigiorno, i quali, sebbene ignoranti in matematica, si arrogheranno il diritto di giudicare la mia opera, e sulla base di qualche brano della Scrittura interpretato malamente secondo il loro interesse, oseranno criticare e schernire questo mio progetto, io non mi curerò di loro Mi è noto infatti che Lattanzio, scrittore illustre ma poco versato in matematica, si esprime in termini puerili sulla forma della Terra laddove pone in ridicolo coloro che hanno sostenuto che la Terra ha la forma di una sfera. Non deve pertanto far meraviglia che qualche tipo simile si faccia beffe anche di me. La matematica è fatta per i matematici
Le reazioni all opera di Copernico L opera di Copernico era un opera per specialisti e fu accolta senza riserve da pochi astronomi (l inglese Thomas Digges e pochi altri); nella maggior parte dei casi, gli studiosi adottarono con favore il sistema matematico copernicano, negandone però la verità fisica (assunsero quindi l interpretazione strumentalista suggerita da Osiander); comunque in questo modo la teoria copernicana si diffuse ed entrò nella cultura astronomica e matematica del tempo, come scrive Thomas S. Kuhn, per infiltrazione. Quando le idee copernicane varcarono i limiti della cerchia ristretta degli specialisti, astronomi e matematici, esse suscitarono polemiche asprissime. Già nella seconda metà del XVI secolo diversi letterati e filosofi si scagliarono contro l'assurdità della nuova teoria, per il suo palese contrasto con la cultura tradizionale. Questa posizione fu subito appoggiata e condivisa dalla nascente chiesa protestante (Lutero e Calvino). La reazione della chiesa cattolica, in conseguenza delle sue tradizioni abbastanza liberali nei confronti delle idee scientifiche si fece sentire molti anni più tardi, ma fu più violenta: nel 1616 fu proibito l'insegnamento di ogni teoria eliocentrica e le opere di Copernico vennero messe all'indice. Nel 1633 l Inquisizione costrinse Galileo alla famosa abiura (su cui torneremo).
Le obiezioni scientifiche alla teoria eliocentrica Le difficoltà ad accettare la verità fisica della teoria copernicana non nascevano soltanto dall interpretazione letterale della Bibbia, ma anche da alcuni fatti che sembravano in palese contraddizione con l ipotesi del movimento terrestre: Se la Terra ruota su se stessa da ovest a est, un punto sulla superficie terrestre si muove (alla nostra latitudine) alla velocità incredibile di 12.000 km all ora; ma allora dovremmo venire proiettati verso l esterno dovrebbe esserci un vento costante da est a ovest
un corpo in caduta libera da una torre dovrebbe cadere non verticalmente ma con una deviazione verso ovest (invece questo non si verifica) immaginiamo di sparare, con due cannoni uguali, due proiettili, uno verso ovest e uno verso est; la gittata del proiettile sparato verso est dovrebbe essere molto minore di quella del proiettile sparato verso ovest, perché il cannone, trascinato dal moto della terra, inseguirebbe il proiettile che va verso ovest (invece questo non si verifica) per lo stesso motivo gli uccelli dovrebbero muoversi più velocemente quando volano verso ovest e meno velocemente quando volano verso est
La parallasse Inoltre se la Terra gira attorno al sole si muove anche rispetto alle stelle. Ma allora noi dovremmo osservare durante l anno uno spostamento della posizione delle stelle; dovrebbe cioè cambiare la parallasse stellare. Questo spostamento però non veniva percepito e quindi si diceva che non c era nessuno spostamento della Terra rispetto alle stelle. Le prossime diapositive, realizzate dal prof. Bruno Marano, del dipartimento di astronomia dell Università di Bologna, approfondiscono questo aspetto.
La parallasse stellare Come Copernico stesso notò, il moto della Terra doveva generare uno spostamento della posizione delle stelle fisse, che però non era osservato. La spiegazione data da Copernico fu che le stelle fisse erano troppo lontane per consentire che la loro parallasse fosse osservata.
Tycho Brahe: non vediamo le parallassi, quindi Tycho Brahe fu il rifondatore dell Astronomia osservativa. Costruì il sistema di dati utlizzato poi da Keplero per formulare le sue leggi. Rifiutò il sistema Copernicano, di cui pur capiva i vantaggi, per un motivo sperimentale. Seguiamo il suo ragionamento: Il diametro apparente del Sole è 30 Il diametro apparente delle stelle e 1 Segue che le stelle sono 30 volte più distanti del Sole; di conseguenza devono avere una parallasse annua di circa 2 (1/30 di radiante), che non si osserva. Dunque la Terra non può essere mobile rispetto alle stelle fisse L errore è qui : Il diametro apparente delle stelle osservato dall occhio nudo non è reale.(galileo)
Galileo e la parallasse stellare (D.Massimi Sistemi, III): Il diametro angolare delle stelle è più piccolo di quanto non appaia all occhio; le stelle sono molto più lontane SIMP. quando l'orbe magno della Terra, nel quale il Copernico fa che ella scorra in un anno intorno al Sole, fusse come insensibile rispetto all'immensità della sfera stellata, secondo che l'istesso Copernico dice che bisogna porlo, converrebbe di necessità dire e confermare che le stelle fisse fussero per una distanza inimmaginabile lontane da noi, e che le minori di loro fussero più grandi che non è tutto l'istesso orbe magno, ed alcune altre maggiori assai di tutta la sfera di Saturno; moli veramente pur troppo vaste, ed incomprensibili ed incredibili. SALV. Io già ho veduto una cosa simile portata da Ticone contro al Copernico, e non è ora che ho scoperta la fallacia. E perché il diametro apparente d'una stella fissa della prima grandezza non è più di 5 secondi, cioè 300 terzi, ed il diametro di una fissa della sesta grandezza 50 terzi (e qui è il massimo errore de gli avversarii del Copernico), la distanza sua converrebbe esser 2160 volte maggiore di quella del Sole; che è quanto dire che la distanza delle fisse della sesta grandezza sia 2160 semidiametri dell'orbe magno
Tycho Brahe (1546-1601) Tycho Brahe, danese, raccolse un enorme quantità di osservazioni astronomiche precise (osservò 777 stelle), che costituirono poi la base per il lavoro degli astronomi successivi.
Tycho Brahe lavorò per lungo tempo sotto la protezione del re di Danimarca Federico II, che gli concesse l isola di Hven, dove Tycho fece costruire un osservatorio; alla morte del re, Tycho si trasferì a Praga, al servizio dell imperatore Rodolfo II.
Tycho ebbe anche la possibilità di studiare la cometa di Halley, apparsa nel cielo d Europa nel 1572: lo studio del moto della cometa lo indusse a negare l esistenza delle sfere materiali (al loro posto subentravano le orbite); inoltre avanzò l ipotesi che l orbita della cometa fosse ovale e mise in dubbio l incorruttibilità e inalterabilità dei cieli. In tal modo Tycho distruggeva alcuni principi fondamentali della cosmologia tradizionale, che erano stati rispettati anche da Copernico.
Il sistema tychonico Nonostante le sue scoperte rivoluzionarie, Tycho non abbracciò il sistema eliocentrico copernicano, perché era convinto della validità degli argomenti contrari al moto della Terra. D altra parte non credeva neppure nel sistema tolemaico. Costruì allora un sistema che manteneva i vantaggi matematici del modello copernicano, ma conservava la Terra ferma al centro dell universo: La Terra è al centro delle orbite della Luna, del Sole e delle stelle, mentre il Sole è a centro delle orbite dei 5 pianeti. In tal modo però le orbite si intersecano e quindi non si possono più ammettere sfere materiali.
Johannes Keplero (1571-1630) Keplero, nato a Stoccarda, in Germania,nel 1600, diventa assistente di Tycho Brahe a Praga e alla sua morte gli succede nella carica di matematico imperiale. Muore nel 1630 a Ratisbona. Opere principali: Mysterium cosmographicum, 1596 - Astronomia nova, 1609 - Dioptrice, 1611 Harmonices mundi, 1618 Epitome astronomiae copernicanae, 1619 Tavole Rudolfine, 1627.
Mysterium Cosmographicum, 1596 Keplero è un neoplatonico neopitagorico, convinto dell ordine matematico dell universo, per questo non accetta il sistema, poco armonico, del suo maestro Tycho, e aderisce al sistema copernicano, a sostegno del quale nel Mysterium Cosmographicum propone diversi argomenti. Inoltre la fede neoplatonica in una Ragione matematica divina che ha creato il mondo spinge Keplero nel Mysterium- a stabilire una relazione tra i 5 solidi regolari platonici (cubo, tetraedro, dodecaedro, icosaedro,ottaedro) e i 5 pianeti.
se la sfera planetaria di Saturno fosse circoscritta al cubo, nel quale fosse inscritta la sfera di Giove, e se il tetraedro fosse inscritto nella sfera di Giove e circoscritto alla sfera di Marte, e così via allora si potrebbero stabilire le dimensioni relative di tutte le sfere
L idea della relazione tra pianeti e solidi platonici non resse alla prova dei fatti, e fu abbandonata da Keplero. Ma la storia di questa idea è esemplare, perché mostra due momenti fondamentali della ricerca scientifica: il momento dell immaginazione e della creatività nella formulazione di ipotesi, e poi il momento del controllo rigoroso, della verifica di tali ipotesi. Keplero ebbe la simpatica capacità di riconoscere i propri errori: quando Galileo annunciò le scoperte fatte col cannocchiale, Keplero espresse i propri dubbi, in particolare sui satelliti di Giove. Più tardi, dopo essere venuto in possesso di un cannocchiale fabbricato da Galileo, riconobbe e difese le scoperte fatte da Galileo. E nel trattato Dioptrice esaltò l uso del cannocchiale ed espose i principi della scienza ottica che ne spiegavano il funzionamento.
La fede nelle armonie del mondo guidò Keplero anche nella ricerca di una spiegazione matematica del moto irregolare di Marte. Né Tolomeo, né Copernico, né Brahe avevano risolto il problema delle irregolarità del moto di Marte; Keplero per 10 anni cercò una spiegazione: nessuna combinazione di moti circolari riusciva a risolvere il problema. Alla fine Keplero scoprì che la teoria e le osservazioni combaciavano perfettamente se il pianeta percorreva un orbita ellittica in tempi variabili secondo una semplice legge. In tal modo formula la prima e la seconda legge, presentate nella Astronomia Nova (1609). Nel 1618, nell Epitome Astronomiae Copernicanae (1618), estende queste due leggi a tutti i pianeti. Prima legge: Le orbite dei pianeti sono ellissi delle quali il Sole occupa uno dei due fuochi. Seconda legge: la velocità orbitale del pianeta varia in modo tale che il raggio vettore copre, in eguali intervalli di tempo, superfici eguali.
Nel 1619, nelle Armonie del mondo (Harmonices mundi), Keplero presenta la Terza legge: i quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono nello stesso rapporto dei cubi delle rispettive distanze medie dal sole
Misticismo, matematica, astronomia e fisica sono inestricabilmente associati nella mente di Keplero. Nelle Armonie del mondo egli parla di una frenesia divina e di un rapimento ineffabile nella contemplazione delle celesti armonie: e in queste armonie il Sole svolge un ruolo fondamentale: Il sole è il corpo più bello; è, in qualche modo, l occhio del mondo. In quanto fonte della luce adorna, dipinge e abbellisce gli altri corpi del mondo ( ) Per quanto riguarda il calore, il Sole è il focolare del mondo al quale si riscaldano i globi nello spazio intermedio ( ) Per quanto riguarda il moto, il Sole è la causa prima del moto dei pianeti, il primo motore dell universo.
Secondo Keplero nel Sole c è un anima motrix, una forza motrice, e i raggi che scaturiscono dal Sole spingono i pianeti lungo le loro orbite. I raggi del Sole investono maggiormente i pianeti più vicini e in misura minore i pianeti più lontani. Per questo ogni pianeta si muove più velocemente quando è più vicino al sole e più lentamente quando si allontana dal sole (seconda legge); per la stessa ragione i pianeti sono tanto più lenti quanto più sono lontani dal sole (terza legge); questa teoria è sbagliata, e nasce dalla metafisica platonica del Sole, così presente nel pensiero di Keplero. la spiegazione scientifica dei moti dei pianeti sarà fornita dalla teoria gravitazionale di Isaac Newton, ma Newton non avrebbe mai potuto scoprire perché i pianeti si muovono, se Keplero non avesse scoperto, con le sue tre leggi, come si muovono.
LA RIVOLUZIONE SCIENTIFICA Presentazione PowerPoint realizzata per uso didattico da Vinicio Giacometti FINE seconda parte continua in: LA RIVOLUZIONE SCIENTIFICA: GALILEO