Il peso della gravità.

Che cos’è la gravità?  “Una domanda priva di senso”. Così risponde Kip Thorne a Richard Panek.

Eppure la gravità un senso ce l’ha: verso il basso. Ogni volta che cado è lì che finisco, per terra. Voglio però dire che da quando ho iniziato a praticare un po’ di thai-chi riesco a mantenermi in piedi, direi quasi miracolosamente. I miracoli non c’entrano; è il nostro corpo che da quando si nasce impara a contrastare la gravità, a ergersi verso il cielo, come se il nostro scopo primario fosse quello di contrastare la gravità per vivere e sopravvivere. L’evoluzione dell’uomo è tutta (forse) in quell’impulso che lo ha spinto sin dalle origini ad alzarsi e protendersi verso il cielo e in questo modo ha potuto allargare il proprio sguardo verso l’infinito.  Ancora non sappiamo spiegare la gravità; sappiamo solo che tra le forze note, che governano tanto l’universo quanto le più piccole particelle, è quella più debole e invisibile. Non sappiamo, ma il nostro corpo ha imparato a contrastarla e la nostra mente a calcolarne gli effetti con la matematica.

“Che cos’è la gravità?” Non c’è una risposta. Così inizia il libro di Panek e poi racconta come questa domanda abbia alle spalle una storia di altre domande a cui si è cercato di dare risposte soddisfacenti per l’epoca, ossia con gli strumenti e le conoscenze disponibili. Oggi lo sviluppo tecnologico è travolgente, ma ciò non vuol dire molto, perché spesso le risposte appaiono dietro l’angolo dove finisce un muro, o sollevando  lo sguardo quando si raggiunge una piazza nel centro di Pompei da cui si osserva l’imponente Vesuvio. 

Il mistero sotto i nostri piedi, di Richard Panek (Cortina 2020)

.Che cos’è la gravità? Panek la prende da lontano e stando molto largo. Nonostante il titolo: “The trouble with gravità: solving the misteri beneath our feet“, comincia la sua indagine dalla relazione “quaggiù e lassù” esplorando il suo significato tra i miti, le religioni e le grandi narrazioni del passato. Dai miti dei Sumeri alla Divina Commedia di Dante, da Aristotele a Einstein, il collegamento “quaggiù e lassù” si è sviluppato in uno sguardo verso l’aldilà, verso l’ignoto e sovrastante e temibile esercizio del potere divino.

“Cielo e terra, quaggiù e lassù: il bisogno di fare questa distinzione – e il desiderio di annullarla – non avrebbero senso senza la gravità.” (p. 20)

GRAVITA’ NELLA MATERIA

Lo studio del perché gli oggetti cadono inizia con i filosofi dell’antica Grecia, ma è solo nel diciassettesimo secolo che si comincia a cercarne le cause, ossia da quando (guarda caso) il metodo sperimentale diventa tale con Galileo.

Prima ci si affidava alle evidenze sensoriali e alla logica che scaturiva dalle definizioni, dall’uso assoluto dei termini. Aristotele aggiunge il ragionamento alle osservazioni  e apre il passaggio dalla mitologia alla metodologia nel valutare i fenomeni e nel trarre le conclusioni.

Quaggiù. La Terra è rotonda. Gli oggetti cadono verso il basso, anzi dritto verso il basso, verso il centro della Terra, che è il centro dell’Universo. L’oggetto più pesante cade più velocemente di quello meno pesante. Terra e acqua sono assolutamente pesanti. Fuoco e aria sono invece “assolutamente” leggeri. 

Lassù. Il cielo compie giri circolari e gli oggetti celesti non vanno né in alto né in basso, non sono né leggeri né pesanti. E sono fatte di etere come le sfere di Eudosso lungo cui si muovono. Ecco il quinto elemento, l’etere, la materia di cui è fatto il sistema celeste che non cambia mai. 

Nel VI secolo dC Filopono esprime qualche dubbio sull’idea di Aristotele che la materia di lassù sia diversa da quella quaggiù. Mentre per gli antichi greci il nulla era impensabile, Filopono, essendo cristiano, deve dar ragione della Creazione dal nulla fatta da Dio come narrato nella Bibbia. 

Per inciso, il maestro di Filopono, Ammonio di Ermia è uno degli ultimi filosofi pagani rimasti ad Alessandria, ed è un sostenitore di un universo senza inizio.

Filopono critica il concetto aristotelico di infinito perché secondo logica se il trascorrere del tempo si protrae giorno dopo giorno non può non avere un qui ed ora da cui ha avuto inizio. Una logica stringente :) che dimostrerebbe la creazione dal nulla fatta dal dio cristiano. Ma anche se Filopono ce la mette tutta per dimostrare di essere un buon cristiano, la Chiesa Ortodossa d’Oriente a un secolo dalla sua morte lo giudicherà un eretico per la sua interpretazione della Trinità: tre divinità invece di una triplice manifestazione di un unico Dio. Non mi addentro e spero per lui che si sia trattato di un equivoco logico :)

A questo punto Panek spende qualche pagina per ricordarci che le conoscenze non si tramandano da una generazione all’altra, perché si perdono o vengono trascurate o passano di moda, e a volte ritornano e si diffondono a sostegno di punti di vista anche conflittuali tra loro. Un bel casino. 

Nel caso di Filopono, le sue riflessioni arrivano agli studiosi islamici dell’ottavo e nono secolo che le fanno circolare finché nel cinquecento ritornano in auge a sostegno della dottrina cristiana (dio crea il mondo dal nulla), ma anche di critica verso quell’aristotelismo che ha dominato per duemila anni le conoscenze del mondo, sia qui in terra che lassù nelle sfere celesti.

(Panek non ne parla ma pare che Filopono abbia in qualche modo influenzato Galileo e Stevino respingendo l’idea di Aristotele che un corpo più pesante cada più in fretta di uno leggero.) 

Ci vorranno diverse comete, la geometria di Copernico e i calcoli di Keplero per dimostrare che la Terra non è al centro dell’universo.  Galileo con il suo cannocchiale vede le montagne sulla Luna e scopre i satelliti di Giove – quaggiù e lassù sono fatti della stessa materia –  ma dovrà rinnegare le proprie idee per non finire come Giordano Bruno. 

GRAVITA’ DEI MOTI

Newton non ha alcuna idea chiara di cosa spinga un oggetto in su o in basso. In uno dei suoi taccuini riprende l’idea di Cartesio dei camini o vortici entro cui i corpi fluttuano. Quando però conosce le ipotesi di Keplero (orbite ellittiche e variazione della velocità in base alla distanza dal sole), abbandona l’idea di spiegare le cause del moto e si concentra sul moto stesso e trova il modo di sviluppare un modello di moto dei pianeti con un proprio sistema di calcolo.

Galileo dubita che la velocità di caduta dipenda dal peso come sosteneva Aristotele. (esperimento dell’oggetto pesante diviso in due parti e poi legate). Usa la sfera su piano inclinato per poter misurare il moto e scopre che nella caduta vi è una accelerazione costante: la distanza percorsa sarà proporzionale al quadrato del tempo.

Galileo intuisce inoltre che finita la discesa il moto della sfera avrebbe una velocità costante se non vi fossero attriti. Inerzia del moto di un oggetto. Secondo Aristotele è l’aria che scorre ai lati del proiettile per finire dietro e spingere. Filopono suggerisce invece che qualcosa si trasmetta dalla mano all’oggetto lanciato, la causa del moto è quindi interna. Galileo elimina l’influenza interna e si chiede cosa sia in grado di fermare la materia; pensa che non vi sia alcuna differenza fra essere in moto e non esserlo. Nel Dialogo sui massimi sistemi (1632) porta l’esempio della nave in cui tutto si muove alla stessa velocità della nave. E il sasso che cade compie lo stesso moto verticale sia sulla nave sia sulla terraferma.

I principi del moto formulati da Galileo riguardano il quaggiù. Newton li porta alla materia lassù e si chiede perché un pianeta non dovrebbe continuare il proprio moto in linea retta? 

Per Galileo, che indaga il quaggiù, l’accelerazione rimane costante. Newton, basandosi sulle considerazioni di Keplero (l’accelerazione è soggetta alla stessa relazione dell’inverso del quadrato tra distanza e velocità), intuisce che l’accelerazione dipende da una interazione fra la Terra e la Luna e fra i pianeti e il Sole. La materia quaggiù come lassù influenza il moto dei corpi. Il termine che Newton sceglie per descrivere il fenomeno è gravitazione.

GRAVITA’ COME NARRAZIONE

Huygens e il suo allievo Leibniz contestano l’idea di Newton espressa nei principia secondo cui vi possa essere un’azione a distanza di un corpo su un altro corpo. Newton concorda con loro che la causa delle deviazioni della materia dal moto inerziale implica un contatto fisico  e, sebbene consideri l’attrazione a distanza di due oggetti come una assurdità, non sa come spiegare ciò che i suoi calcoli matematici dimostrano che accade.

A questo punto Panek, prendendo spunto dalla introduzione ai Principia scritta da Cotes, allarga  e sposta l’attenzione al contesto culturale e storico in cui si è sviluppata una Nuova Filosofia di cui Newton è l’esponente più importante. Si tratta di un nuovo metodo che non si accontenta più di facili evidenze e semplici sillogismi.

Bacon invita a “ricominciare da capo il lavoro di comprensione ed evitare che la mente vada per la propria strada e guidarla a ogni passo”.

Il metodo di Cartesio consiste nel rimuovere ogni interpretazione e pregiudizio umano finché ciò che resta sia oggettivamente vero.

Keplero conduce il lettore attraverso le sue osservazioni e i suoi calcoli, includendo anche le scelte sbagliate.

Galileo guida i suoi lettori attraverso le sue scoperte e osservazioni in modo metodico, affinché possano capire e giudicare. 

Newton prosegue nel cammino di questi scienziati che narrano la loro ricerca in modo che i lettori possano capire.

Le quattro regole di Newton per lo studio della filosofia naturale.

  1. La natura è semplice, non si concede il lusso di cause superflue
  2. Se riusciamo a far discendere un effetto da una causa, allora possiamo far risalire effetti simili alla stessa causa
  3. Un principio che si applica a cause specifiche, si può applicarlo in generale a circostanze simili. 
  4. Non vanno generalizzate le ipotesi, ma solo i fenomeni verificabili

Tornando alla gravità Newton conclude che esiste perché vediamo i suoi effetti e possiamo derivare la sua matematica. È sufficiente per dire che esiste anche se non possiamo identificare la sua causa.

Jean Richer scopre nel 1672 che i pendoli hanno una oscillazione diversa fra Parigi e l’equatore (86.252 contro 86.400) ma non sa darne una spiegazione. Quindici anni dopo Newton avanza l’ipotesi che la Terra sia più piatta ai poli perché il moto rotatorio è maggiore all’equatore a causa della distanza dal centro che rende più debole il moto verso il basso – quindi più veloce anche il moto del pendolo.

 

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