La Fisica galileiana

La Fisica galileiana
La fisica moderna nasce con Galileo Galilei, la cui impostazione metodologica è sostanzialmente valida ancor oggi, e trova in Newton uno dei suoi massimi
esponenti.
Mentre la fisica antica è una parte della filosofia, la
fisica moderna sviluppa obbiettivi e metodi propri,
costituendosi così come scienza a sé, pur rimanendo profondamente in dialogo con la filosofia. Descriviamone le caratteristiche principali per confronto con la fisica aristotelica, seguendo i quattro temi
già focalizzati: il metodo, il movimento, la materia,
il cosmo.
Il metodo
1. Scopo della scienza è ancora spiegare gli enti e
gli eventi, ma la spiegazione non consiste più nell’individuare le cause e le essenze (obiettivo ritenuto irraggiungibile: Galilei riteneva “vano tentar l’essenze”), bensì nell’inquadrare i fenomeni
in leggi sempre più generali; inoltre l’attenzione
si sposta dagli enti agli eventi
2. Il linguaggio della fisica diventa matematico;
sorprendentemente, si riesce a matematizzare la
descrizione dei fenomeni terrestri com’era stato
fatto per quelli celesti; acquista un’importanza
cruciale la misurazione precisa delle grandezze
fisiche che descrivono i fenomeni: ciò che non si
può misurare non si può matematizzare e resta
fuori dell’ambito della fisica.
3. Il procedimento scientifico si raffina:
(a) Le osservazioni sono fatte mediante l’uso di strumenti (il cannocchiale, il termometro, il cronometro, il microscopio) che
ampliano enormemente il campo dei fenomeni conosciuti e ne permettono una descrizione quantitativa, oggettiva e riproducibile. La scienza moderna è dunque fortemente tecnicizzata: da un lato, i progressi tecnici determinano un progresso dei
dati osservativi e quindi il netto carattere evolutivo della comprensione scientifica; d’altro canto i progressi teorici proprio per il carattere preciso e quantitativo della scienza moderna, permettono un
fortissimo miglioramento tecnologico.
(b) L’induzione gioca ancora un ruolo chiave,
ma si prende coscienza della sua fallibilità:
non c’è alcuna garanzia che le leggi ricavate per induzione dai casi particolari siano
effettivamente valide: esse sono in realtà
ipotesi che devono essere continuamente e
severamente controllate.
(c) L’esperimento è il tratto più nuovo e caratteristico della scienza moderna (chiamata
appunto sperimentale). Esso è un esperienza finalizzata a mettere alla prova una legge ipotetica: si differenzia dalle osservazioni spontanee perché richiede la costruzione accurata di una situazione artificialmente
semplificata, e perché si prevede già un preciso risultato, che può essere confermato o
smentito. Si noti che mentre una smentita
ha carattere definitivo e conduce ad abbandonare l’ipotesi per sostituirla con un’altra, una conferma rafforza sì la credibilità
dell’ipotesi, ma non può mai giungere ad
accertarla definitivamente.
(d) La deduzione acquisisce una seconda funzione, quella di ricavare dall’ipotesi una
previsione precisa e controllabile sperimentalmente; inoltre sfrutta tutta l’enorme
potenza deduttiva della matematica. Va
però sottolineato che i risultati delle deduzioni non sono certi e definitivi perché non
lo sono le premesse: la deduzione si limita
a garantire che SE è vera una determinata ipotesi ALLORA ne seguirà una precisa
conseguenza.
Il movimento
1. Lo studio delle leggi del movimento e delle forze (meccanica) è il primo settore della fisica moderna che ottiene grandi successi, riescendo a
spiegare tutti i tipi di moto terrestri (caduta, salita, lancio dei proiettili) e soprattutto i moti celesti, fino nei più minuti dettagli, prevedendo addirittura aspetti non ancora noti. La meccanica riesce inoltre a spiegare fenomeni apparentemente
estranei al suo ambito (il suono, il calore), in termini di movimenti microscopici. Si crea così la
convinzione (eccessiva!) che tutti i fenomeni naturali abbiano una spiegazione meccanica (meccanicismo) Il movimento dunque non appare più
come una delle possibili forme di mutamento,
ma piuttosto come l’unica forma di mutamento.
2. Partendo dallo studio della caduta dei corpi (Galilei) si giunge a scoprire la legge fondamentale
del moto: Secondo Principio della Dinamica: ogni
forza che agisce su un corpo produce una VARIAZIO NE di velocità O DI DIREZIONE , con rapidità proporzionale alla forza stessa e inversamente proporzionale alla massa (inerzia) del corpo. Questa legge ha
parecchie conseguenze sorprendenti:
3. Primo Principio della Dinamica: in assenza di forze
un corpo sta fermo o si muove con velocità e direzione costanti (moto rettilineo uniforme, o inerziale).
Tale moto appare come privo di cause e quindi come l’unico tipo di moto “naturale”, sebbene in
natura non si produca spontaneamente. Si capovolge così il problema della “permanenza del
moto”: non si tratta più di spiegare perché il mo-
to perduri oltre la forza che lo ha originato, ma
perché termini.
4. D’altra parte, i moti “naturali” di caduta essendo accelerati, rivelano l’azione di una forza (sono quindi “violenti”). Tale forza è il peso, non
più concepito come qualità interna al corpo bensì come forza esterna. Anche l’ascensione dei
corpi “leggeri” è da imputarsi al peso: una bolla d’aria sale perché l’acqua, più pesante, scende
e la sospinge verso l’alto (spinta di Archimede). Il
moto di un corpo lanciato non è più da scomporre in diverse fasi, ma è governato da una legge
unitaria, che spiega la permanenza del moto, il
rallentamento in salita, l’accelerazione in caduta
e la curvatura della traiettoria.
5. Anche i moti celesti, essendo circolari e non rettilinei, rivelano l’azione di una forza: non però
nella direzione del moto per mantenerlo, bensì
verso il centro di rotazione (forza centripeta) per
costringere il corpo su una linea curva. Newton capisce che l’orbita di un pianeta attorno al
Sole è in realtà una contnua ‘caduta verso il centro’; giunge così ad un’unica legge che spiega
la caduta dei corpi (attratti dalla Terra), l’orbita dei pianeti (attratti dal Sole) e l’orbita della Luna attorno alla Terra (legge di Gravitazione
Universale).
La materia
1. Una celebre esperienza di Torricelli (barometro)
misura il peso dell’aria (cancellando la distinzione tra elementi leggeri e pesanti) e mostra
l’esistenza del vuoto.
2. La medesima esperienza consente addirittura di
stimare l’altezza dell’atmosfera (poche decine di
chilometri) e di intuire che oltre l’atmosfera c’è
il vuoto: si passa così dall’immagine di un mondo totalmente “pieno” a quella di un mondo
quasi completamente vuoto (e quindi il moto
della Terra attorno al Sole può avvenire senza
resistenza).
3. L’alchimia viene soppiantata dalla chimica, che
adotta il metodo sperimentale della fisica e si
basa sulle sue scoperte. Tornano in auge, ma
ora con basi scientifiche anziché filosofiche, le
antiche idee dell’atomismo, che interpreta i mutamenti della materia riconducendoli al moto e
alla ricombinazione degli atomi.
Il cosmo
1. La Terra perde la sua centralità, dapprima a favore del Sole (eliocentrismo); poi addirittura si
perviene alla consapevolezza che non esiste un
centro del mondo perché non vi è nulla di assolutamente immobile (il moto e la quiete sono concetti
relativi, vedi sotto).
2. Scompare completamente la separazione tra
mondo celeste e mondo terrestre: le medesime leggi governano tutti i fenomeni, lo stesso tipo di materia costituisce tutti i corpi. In
particolare, da un lato emerge la mutabilità e
l’‘imperfezione’ nei cieli (Galilei scopre le macchie solari e le montagne della Luna), dall’altro
si matematizza la descrizione dei moti di caduta
e dei proiettili.
3. L’ordine e la bellezza del mondo non si trovano
più in una forte strutturazione geometrica (che
scompare), bensì nella coerenza e semplicità
delle leggi fondamentali che lo governano.