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a cura di
!"#$%&'()$&**+'- Coordinatore Gruppo Ambiente
Territorio ed Energia
La struttura dell'Universo.
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Premessa
Passeggiando sotto i portici della
città felsinea, all’incrocio tra le vie
Galliera e dei Mille, si può notare
una lapide che commemora il V
centenario della nascita di un celebre personaggio polacco, vissuto tra
Cinquecento e Seicento, emigrato in
giovane età e soggiornato per quasi
un decennio in Italia a perfezionare
i suoi studi di matematica ed astronomia nelle prestigiose Università di
Bologna, Ferrara e Padova.
Stiamo parlando di Mikolaj Kopernik
(nome latinizzato in Nicolaus Copernicus), nato a Torun in Polonia nel
1473, scienziato protagonista della più
grande rivoluzione che ha sconvolto le
precedenti teorie astronomiche, difese
dalla chiesa per oltre un millennio. Egli
infatti con le sue osservazioni e le sue
intuizioni ha dato origine ad una nuova
definizione della struttura del nostro
sistema solare e delle leggi che regolano
il moto degli astri nell’Universo.
La lapide porta la scritta riportata
più sotto.
mortali, confrontando il DNA di alcuni capelli ritrovati in un volume di
proprietà dallo scienziato con quello
dei resti umani di una tomba della
cattedrale.
La cerimonia di traslazione delle
spoglie di Copernico in una definitiva sepoltura della stessa cattedrale
di Frombork è avvenuta con tutti gli
onori il 22 maggio del 2010. Una
lapide in granito nero lo identifica
come il fondatore della teoria eliocentrica: la lapide reca una rappresentazione del modello copernicano
del sistema solare, un sole d’oro circondato da sei pianeti.
Nei capitoli successivi si riassumono
i principali elementi della antica teoria geocentrica di Tolomeo e quelli
della nuova rivoluzionaria teoria eliocentrica di Copernico, accennando infine ai determinanti
contributi che apportarono per il
completo assetto del quadro regolatorio generale gli scienziati Galvani,
Keplero, Newton ed infine Einstein
nei secoli successivi.
Copernico morì a Frombork
(Frauenburg) in Polonia a 70 anni di
età e fu sepolto in una fossa comune
della locale cattedrale. Le sue spoglie
andarono quindi disperse. Soltanto
nel nostro secolo un gruppo di studiosi, dopo ricerche durate tre anni,
ha potuto identificare i suoi resti
Per eventuali approfondimenti è possibile consultare anche l’enciclopedia
elettronica Wikipedia alle voci corrispondenti agli scienziati citati.
14
La teoria geocentrica tolemaica
La teoria tolemaica fu esposta da
Claudio Tolomeo (Pelusio 100-175
Filo Diretto Dirigenti Ottobre 2010
d.C.) astrologo, astronomo e geografo
greco nella sua opera “Almagesto”,
che come molte opere greche classiche è giunta fino a noi soltanto nella
traduzione araba e successivamente
in quella latina del Duecento di Gerardo da Cremona. Lo scienziato raccolse le conoscenze astronomiche del
mondo greco basandosi soprattutto
sul lavoro svolto tre secoli prima da
Ipparco (Nicea 190-120 a.C.),
Tolomeo formulò un modello geocentrico, in cui solo il Sole e la Luna,
considerati pianeti, avevano il proprio epiciclo, ossia la circonferenza
sulla quale si muovevano, centrata
direttamente sulla Terra. Questo
modello, che da lui prenderà il nome
di “sistema tolemaico”, rimase il
riferimento per tutto il mondo occidentale.
L’elenco di quarantotto costellazioni
che è contenuto nell’Almagesto è
però parziale rispetto a quello delle
costellazioni oggi conosciute, non
potendo coprire l’intera volta celeste
poiché questa non è completamente
accessibile dalle latitudini del Mediterraneo in cui visse Tolomeo.
La Chiesa ha sempre appoggiato
nel corso dei secoli la teoria geocentrica tolemaica, condannando
come eretiche tutte le altre teorie, ed
ispirandosi alla Sacra Bibbia che nel
Libro storico di Giosuè, al capitolo
10, così recita:
“Fermati, o sole!”
12
Quel giorno, quando il Signore
diede a Israele la vittoria sugli
Amorrei, Giosuè pregò il Signore
e gridò alla presenza di tutti gli Israeliti:
“Sole, fermati su Gabaon! e tu,
luna, sulla valle di Aialon!
13
Il Sole si fermò, la Luna restò immobile, un popolo si vendicò dei
suoi nemici”.
Questo avvenimento è descritto
nel “Libro del Giusto”; per quasi
14
un giorno intero il Sole restò in
alto in cielo, senza avviarsi al tramonto.
Un giorno come quello non c’è
mai stato né prima né dopo di
allora, quando il Signore ubbidì
a un essere umano e combatté al
fianco d’Israele.
La teoria eliocentrica copernicana
La teoria copernicana - che propone il Sole al centro del sistema
di orbite dei pianeti componenti
il sistema solare - riprende quella
greca di Aristarco (Samo 310-230
a.C.) dell’eliocentrismo, la teoria
-rifiutata da Tolomeo- opposta al
geocentrismo, che voleva invece la
Terra al centro del sistema. Merito di
Copernico, non è dunque l’idea, già
espressa dai greci, ma la sua rigorosa
dimostrazione tramite procedimenti
di carattere matematico.
L’unica e fondamentale opera del
grande scienziato polacco, dal titolo
“De revolutionibus orbium coelestium” venne stampata nella versione
definitiva soltanto nel 1543, anno
della sua morte, ma le prime versioni
manoscritte risalgono ai primi anni
del Cinquecento. L’estrema prudenza nel dare alle stampe i risultati
dei suoi studi è da attribuirsi al fatto
che Copernico non senza ragione,
temeva la prevedibile reazione che
le sue idee, per certi versi destabiliz-
zanti, avrebbero potuto suscitare soprattutto nella Chiesa. Il cardinale di
Capua, Nicola Schonberg gli richiese
infatti una copia del manoscritto.
Il libro contiene gli elementi più
salienti della teoria astronomica dei
nostri tempi, comprese una corretta
definizione dell’ordine dei pianeti,
della rivoluzione quotidiana della
Terra intorno al proprio asse, della
precessione degli equinozi.
Queste asserzioni rappresentavano
l’esatto opposto di quanto affermava
la teoria geocentrica, allora comunemente accettata. Esse mettevano
quindi in discussione tutto il sistema
di pensiero prevalente in filosofia e
religione.
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Nicolò Copernico 1473-1543
Il sistema copernicano può sintetizzarsi in sette assunti, così come dal
medesimo autore enunciati in un
compendio del De revolutionibus
ritrovato e pubblicato nel 1878. In
questo compendio, che ha per titolo
“De hypothesibus motuum coelestium
commentariolus”, Copernico presentò le sette petitiones che dovevano
dare vita ad una nuova astronomia.
La teoria di Copernico non era però
senza difetti, o almeno senza punti
che in seguito si sarebbero rivelati fallaci, come per esempio l’indicazione
di orbite circolari, anziché ellittiche
-come oggi sappiamo- dei pianeti.
Il De revolutionibus, pur non presentandosi come un testo rivoluzionario, aprì questioni che fecero
franare l’intero sistema tolemaico, a
causa del suo instabile equilibrio.
Copernico fu molto attento a non
assumere atteggiamenti rivoluzionari, né con la sua condotta di vita, né
nelle sue opere, e potè quindi vivere
serenamente e giungere naturalmente al termine della sua esistenza.
Non fu così per il monaco Giordano
Bruno (Nola 1548-Roma 1600), che
per difendere le teorie copernicane,
ma soprattutto per i suoi scritti con16
tro la teologia e la curia romana, fu
messo sotto processo per eresia dalla
Santa Inquisizione, rifiutò di abiurare, fu torturato ed infine condannato
a morte e bruciato vivo nel 1600 in
Piazza dei Fiori a Roma.
Scrive Giordano Bruno di Copernico: “Uomo che non è inferiore a nessuno astronomo che sii stato aventi lui
[...] al che è divenuto per essersi liberato da alcuni presupposti falsi de la
comone e volgar filosofia, non voglio
dir cecità”.
In appoggio a Copernico Bruno
spiega che “il modo e la causa del
moto della terra e della immobilità del
firmamento sono da me prodotte con le
sue raggioni et autorità e non pregiudicano all’autorità della divina scrittura”. All’obiezione dell’inquisitore,
che gli contesta che nella Bibbia è
scritto che la “Terra stat in aeternum”
e il Sole nasce e tramonta, risponde
che vediamo il Sole “nascere e tramontare perché la terra se gira circa il
proprio centro”.
I perfezionamenti della teoria copernicana
Furono due personalità molto differenti, ma quasi contemporanee,
a compiere i passi decisivi che portarono a considerare la teoria di Copernico una realtà fisica e non un
semplice espediente matematico:
Giovanni Keplero e Galileo Galilei.
Johannes Kepler (Weil der Stadt
1571-Ratisbona 1630) matematico
ed astronomo tedesco, a cui la debole vista non consentì di divenire
-come avrebbe voluto- un grande
astronomo osservativo, definì le tre
leggi che regolano il movimento degli astri. Ricordiamo la prima legge
che recita: “I pianeti percorrono orbite
ellittiche di cui il Sole occupa uno dei
fuochi”, che rettifica la definizione di
orbite circolari dei pianeti data da
Copernico.
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Giovanni Keplero 1571-1630
Sulla sua tomba è posta una lapide
con inciso un epitaffio da lui dettato:
“Il mio spirito ha misurato il cielo, ora
misura la terra”.
Galileo Galilei (Pisa 1564-Arcetri
1642) fisico, filosofo, astronomo e
matematico italiano, è considerato
il padre della scienza moderna. Il
suo nome è associato ad importanti
contributi in dinamica e in astronomia -fra cui il perfezionamento del
telescopio, che gli permise importanti osservazioni astronomiche- e
all’introduzione della sperimentazione scientifica (detta “metodo galileiano”).
Le sue opere fondamentali sono:
“Sidereus Nuncius” (1610), contenente la scoperta fatta utilizzando
il suo telescopio di quattro satelliti
di Giove, “Il Saggiatore” (1623) e
“Dialogo sui due massimi sistemi del
mondo” (1630).
Di primaria importanza furono il suo
ruolo nella rivoluzione astronomica
e il suo sostegno al sistema eliocentrico e alle teorie copernicane. Accusato di voler sovvertire la filosofia
naturale aristotelica e le Sacre Scritture, Galileo -quasi settantenne- fu
per questo condannato come eretico
dalla Chiesa cattolica e costretto, nel
1633 all’abiura delle sue concezioni
astronomiche, nonché a trascorrere
il resto della sua vita in isolamento.
E’interessante leggere quanto Galileo scrisse nel documento di abiura
del 1633 per ottenere di avere salva
la vita: “[...] con cuor sincero e fede
non finta abiuro, maledico e detesto li
suddetti errori et eresie e giuro che per
l’avvenire non dirò mai più, né asserirò in voce o in iscritto cose tali per le
quali si possa avere di me un simile sospetto”, e confrontarlo con il suo vero
pensiero, trascritto in una lettera di
soli nove anni prima all’amico Francesco Ingoli: “Non deve importare ad
un vero cristiano cattolico che un eretico si rida di lui perché egli anteponga
la riverenza e la fede che si deve agli
autori sacri, a quante ragioni ed esperienze hanno gli astronomi ed i filosofi
insieme” .
Passeranno oltre quaranta anni dalla morte di Galileo, prima che uno
scienziato, l’inglese Isaac Newton,
possa dare risposta al quesito fondamentale relativo al moto dei pianeti,
ossia definisca la natura della forza
che regge il “Sistema del Mondo” e
che consente che i pianeti orbitino
attorno al Sole.
Isaac Newton (Woolsthorpe 1643Londra 1727) è considerato una
delle più grandi menti di tutti i
tempi, poiché contribuì in maniera
fondamentale a più di una branca
del sapere. Pubblicò i “Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica”
nel 1687, in cui descrisse la Legge di
Gravitazione Universale e, attraverso
le sue leggi del moto, creò i fondamenti per la meccanica classica.
Newton fu il primo a dimostrare che
le leggi della natura governano il movimento della Terra e degli altri corpi
celesti. Egli contribuì alla rivoluzione
scientifica e al progresso della teoria
eliocentrica. A Newton si deve anche la sistematizzazione matematica
delle leggi di Keplero sul movimento
dei pianeti.
Dopo altri 220 anni, un giovane ricercatore tedesco pubblicò una teoria che era destinata a sconvolgere di
Galileo Galilei 1564-1642
Isaac Newton 1643-1727
nuovo le conoscenze fino ad allora acquisite sulla struttura dell’Universo.
Albert Einstein (Ulm 1879-Princeton USA 1955), scienziato tedesco
naturalizzato svizzero nel 1901, pubblicò nel 1905 la sua “Teoria della
relatività ristretta”, alla quale fece
seguire nel 1916 la “Teoria della relatività generale”. Nel 1921 ottenne il
Premio Nobel per la Fisica.
Nei confronti delle leggi che regolano
la gravitazione universale secondo i
canoni della meccanica classica, ossia
secondo le leggi di Newton, Einstein
sostiene nella relatività generale che
la loro validità è limitata ai sistemi di
riferimento inerziali, come in prima
approssimazione può essere considerato il nostro sistema solare e
quello delle stelle fisse (fra loro in
moto rettilineo ed uniforme).
Per altri sistemi più lontani val-
Nicolò Copernico
De Revolutionibus orbium coelestium
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Planisfero Copernicano
gono leggi più complesse, nelle
quali non deve essere valutato solo
l’usuale “spazio” a tre dimensioni,
bensì un nuovo spazio quadrimensionale denominato “spazio-tempo” con il tempo come coordinata
aggiuntiva. Secondo la relatività
generale la gravità altro non è che
la manifestazione della curvatura
dello spazio-tempo da parte della
materia.
Le predizioni fatte dalla teoria furono confermate dalle misurazioni
eseguite nel 1919 durante un’eclissi
solare, che verificarono che la luce
emanata da una stella era deviata
dalla gravità del Sole quando passava
vicino a esso.
con il sostegno teologico della Sacra
Bibbia, fino all’avvento della teoria
eliocentrica copernicana.
Nei secoli Cinquecento e Seicento,
si sono succeduti perfezionamenti
del sistema eliocentrico copernicano
per opera soprattutto di tre scienziati (Keplero, Galileo e Newton),
che hanno completato il quadro del
sistema di gravitazione universale, interpretandolo secondo i canoni della
cosiddetta “meccanica classica”.
Trascorsi infine altri due secoli e cioè
il Settecento e l’Ottocento, all’inizio
del Novecento è apparsa la Teoria
della Relatività di Einstein.
Non tutto è da rifare, ma da Einstein
in poi fervide menti di scienziati
(beatiful mind, diremmo oggi) sono
Conclusioni
in movimento per reinterpretare
Per oltre un millennio, ossia fino al in maniera più estesa le leggi della
Cinquecento, la teoria geocentrica natura.
tolemaica ha resistito incontrastata, Appendice
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1. I sette assunti di Copernico
1- Non vi è un unico punto centro delle orbite
celesti e delle sfere celesti;
2- Il centro della Terra non è il centro
dell’Universo, ma solo il centro della massa
terrestre;
3- Tutti i pianeti si muovono lungo orbite il
cui centro è il Sole. Il centro dell’orbita terrestre è il centro dell’Universo (il nostro sistema
solare);
4- La distanza fra la Terra ed il Sole, paragonata alla distanza fra la Terra e le stelle del
Firmamento, è infinitamente piccola;
5- Il movimento del Sole durante il giorno è
solo apparente, e rappresenta l’effetto di una
rotazione che la Terra compie intorno al proprio asse durante le 24 ore, rotazione sempre
parallela a sé stessa;
6- La Terra (insieme alla Luna, ed esattamente come gli altri pianeti) si muove intorno
al Sole ed i movimenti che questo sembra compiere (durante il giorno e nelle diverse stagioni
dell’anno, attraverso lo Zodiaco) altro non sono
che l’effetto del reale movimento della Terra;
7- I movimenti della Terra e degli altri pianeti intorno al Sole possono spiegare le stagioni e le altre particolarità dei movimenti
planetari.
2. Le tre leggi di Keplero
1- I pianeti percorrono orbite ellittiche di cui
il Sole occupa uno dei fuochi;
2- Un raggio vettore spazia aree uguali in
tempi uguali;
3- Il rapporto tra il quadrato del periodo di
rivoluzione e il cubo del semiasse maggiore
dell’orbita è costante.
3. I tre principi di Newton
1- Primo principio (di inerzia): Ogni corpo
persevera nello stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, a meno che non sia costretto
a cambiare da forze impresse a mutare questo
stato;
2- Secondo principio (variazione del moto):
Il cambiamento di moto è proporzionale alla
forza motrice impressa e avviene secondo la
linea retta lungo la quale la forza è stata impressa (F = ma ossia: Forza uguale massa per
accelerazione);
3- Terzo principio (di azione e reazione): Ad
ogni azione corrisponde una reazione uguale
e contraria.
