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
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•
•
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
L’errore è qui : Il diametro
utlizzato poi da Keplero per formulare le
apparente delle stelle
osservato dall’occhio
sue “leggi”.
nudo non è “reale”.(Galileo)
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
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”
