Gutta cavat lapidem (La goccia scava la pietra)

Isaac Newton: “Colui che nel genio ha superato il genere umano”

Una pagina, frutto di ricerche sul web, realizzata a cura di  “Fatina Plimplim Lu”

 

Godfrey Kneller -IsaacNewton - 1689

Godfrey Kneller -IsaacNewton – 1689

«Non so come il mondo potrà giudicarmi ma a me sembra soltanto di essere un bambino che gioca sulla spiaggia, e di essermi divertito a trovare ogni tanto un sasso o una conchiglia più bella del solito, mentre l’oceano della verità giaceva insondato davanti a me. »
(Isaac Newton)

Un pendolo di Newton sopra un volume dei Principia

Un pendolo di Newton sopra un volume dei Principia


1642 – ISAAC NEWTON nasce a Wollsthorpe (Lincolnshire, Inghilterra) il giorno di Natale, il 25 dicembre del 1642. (Nello stesso anno il 4 gennaio era morto Galileo Galilei). Fu astronomo, fisico e matematico, con le sue rilevanti scoperte nel campo della fisica non potè non influenzare la stessa filosofia, in particolare Newton fu l’ordinatore di tutta una serie di concetti relativi alla dinamica dei corpi che trovarono la loro suprema sintesi nella teoria della gravitazione universale, legge che sarà alla base di tutta la cosmologia successiva e verrà messa in discussione e perfezionata soltanto dalla teoria della relatività di Einstein.

1661 – Newton 19 enne, inizia gli studi universitari a Cambridge. E sulla sua strada oltre all’innato talento, ha un’altra fortuna: quello di incontrare e avere per maestro Isacco Barrow, che ben presto comprendendo il valore di questo suo allievo, si accorse di avere davanti un potenziale genio quando sottoponendogli difficili problemi e alcuni anche insoluti, il ragazzo li risolse rapidamente con eleganza e quasi con noncuranza.

1664-65 – Newton elabora le teorie matematiche e fisiche della gravitazione. Su un foglietto sgualcito fa appena vedere i suoi appunti al suo professore, che impallidisce (e ha solo 22 anni).

1665 – Con un altro manoscritto che fa nuovamente vedere al suo sconcertato professore, Newton rivela la conoscenza di analisi matematica e della gravitazione già nella forma in cui si ritroveranno nei “Principia”.

1666 – Compie alcune indagini sulla Luce, e trova una geniale soluzione, scomponendola mediante una serie di prismi ottici. Compie il memorabile esperimento rivelandoci tutta la complessa gamma dei colori dell’iride.

1669 – Barrow davanti a simile competenza sulla materia che lui insegna, decide di ritirarsi dalla cattedra di matematica per lasciarla al suo più che valente allievo, mentre lui passa a quella di teologia e filosofia. Newton che non ha ancora 27 anni ottiene così a Cambridge la cattedra di matematica.

1672 – Pubblica la “Nuova teoria della luce e del colore”. Questi studi lo portarono a occuparsi dei problemi delle lenti, permettendogli di costruire il primo telescopio riflettore. E fu proprio per questo singolare oggetto che la Royal Society, la massima accademia scientifica inglese lo accolse tra i suoi membri, e non per le sue altre importanti teorie.

1684 – Pubblica l’opera intitolata ” Del moto”. Pochi vi badarono, meno un paio di suoi estimatori che erano dentro proprio nella Royal Society. 

1686 – Newton in quel 1684, aveva conosciuto alla Royal Society ROBERT HOOKE, un fisico matematico, naturalista.

1686 – Newton con l’aiuto di Halley, pubblica così i “Principia”. Vi sono raccolte le teorie matematiche sulla derivazione e sull’integrale; le prime tre leggi della dinamica (la prima di Leonardo, la seconda di Galileo e la terza dello stesso Newton): vi sono poi i calcoli delle orbite e delle velocità dei pianeti effettuati utilizzando le leggi di attrazione universale; studi di curve matematiche particolari (le coniche), leggi di movimento dei corpi in mezzi resistenti (fluidi), determinazione della velocità del suono in diversi materiali. 

Un'edizione originale dei Principia del 1687

Un’edizione originale dei Principia del 1687

1693 – E’ colpito da un grave esaurimento nervoso con segni di pazzia dal quale però si riprende.

1704 – Pubblica “L’Ottica”. Un’altra opera straordinaria: Newton formulò l’ipotesi, che preveniva la moderna teoria dei “quanti”, che la luce fosse composta da corpuscoli e cercò di interpretare in questo modo quasi tutti i fenomeni conosciuti. Singolare è che le varie esperienze negative dei successivi scienziati, misero in crisi questa teoria della “luce in corpuscoli” di Newton.
Per lungo tempo fu respinta dai fisici, anche dopo gli approfonditi studi di Einstein, ma poi nel 1921 con l’interpretazione dell’effetto fotoelettrico ci vinse il premio Nobel per la fisica.

1707 – Pubblica l'”Aritmetica universale”.

1712 – Pubblica la ” Teoria delle curve di terzo ordine”.

1727 – Newton muore a Londra il 20 marzo. Riposa nell’Abbazia di Westminster.

Dispersione di un raggio di luce in un prisma.

Dispersione di un raggio di luce in un prisma.

 

Le 5 leggi di Newton

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1 La legge di gravitazione universale

La leggenda vuole che l’idea della legge di gravità sia venuta a Newton osservando la caduta di una mela da un albero (altre versioni danno la mela caduta direttamente sulla sua testa), Newton si sarebbe chiesto cosa sarebbe successo se la mela fosse caduta da un’altezza pari alla distanza tra la luna e la terra. Si accorse dunque che la mela e la luna, questi due oggetti così diversi tra loro, potevano ugualmente essere soggetti alla stessa legge fisica. In realtà la formulazione della legge di gravità è l’ultimo atto di un lungo percorso scientifico che aveva portato numerosi fisici prima di Newton ad analizzare solo parzialmente le leggi della dinamica dei corpi a seguito delle scoperte di Galileo.

Newton scoprì che le masse dei corpi celesti si attraggono proporzionalmente al prodotto delle masse e in ragione inversa del quadrato delle distanze, tale attrazione prese il nome di gravità. Questa legge, semplice in sé, comportava una rivoluzione epocale nella meccanica dei corpi, la gravità era valida universalmente in tutti i luoghi dell’universo e implicava una reciproca relazione e una reciproca influenza di tutti i corpi presenti nel cosmo. La gravità è quella forza per cui un corpo sulla terra si tiene ancorato al suolo. Più una massa è grande, maggiore sarà la sua forza di attrazione gravitazionale, e nulla che abbia una massa inferiore potrà liberarsi dall’attrazione gravitazionale della massa più grande, se non con grande sforzo (si pensi alle enormi quantità di energia indispensabili per staccare dal suolo i razzi e farli sfuggire all’attrazione gravitazionale terrestre).

Alla luce della nuova teoria, lo stesso moto ellittico degli astri di Keplero venne messo in discussione, in quanto l’ellissi che descriveva la Terra attorno al Sole non poteva essere perfetta come sostenevano gli studi di Keplero, ma avrebbe dovuto presentare delle perturbazioni conseguenti all’influenza della massa degli altri pianeti.

L’universo descritto da Newton possedeva la qualità di essere uniforme in senso assoluto. Ciò significa che ogni regione spazio-temporale dell’universo sottostava non solo alle medesime leggi fisiche, ma presentava anche una uniformità delle condizioni temporali e geometriche dello spazio e del tempo che verranno poi messe in discussione dalla teoria della relatività. La fisica classica di Newton comportava pur sempre la presenza necessaria dell’etere, la presenza di una materia leggera e quasi volatile che doveva comunque occupare tutti gli spazi del cosmo per rendere possibile la trasmissione fisico-meccanica delle cause e degli effetti di tutti i fenomeni (per la vicenda della confutazione dell’etere si veda la relatività di Einstein.


2 Massa e Peso

La definizione della legge di gravità implica la distinzione tra massa e peso di un corpo: la massa di un corpo consiste nella quantità di materia presente nel corpo stesso, quantità in base alla quale si forma la forza di gravità; Il peso di un corpo è invece il risultato della forza di gravità applicata sul corpo. Più ci si allontana dalla Terra, che è l’agglomerato di materia più grande “nelle immediate vicinanze” dell’uomo, più la forza di gravità esercitata dal pianeta sui corpi decresce, ecco perché gli astronauti godono dell’invidiabile dono della perdita di peso e lievitano nello spazio. La massa è quindi quell’agglomerato di materia che rende possibile alla gravità di esercitare una certa forza di attrazione, e il peso non è altro che l’effetto di questa forza (sulla luna i corpi sono più leggeri perché la sua minore massa attrae a sé i corpi in modo più blando).

Ancora una volta, come si è già visto per Galileo, il nuovo metodo scientifico non permette solo di arrivare a conclusioni che esulano dal senso comune, ma permette anche di prevedere in modo straordinario il comportamento dei corpi in regioni dello spazio ancora inesplorate (gli astronauti subiscono necessariamente gli effetti di quella legge di gravità che fu scoperta tre secoli prima delle loro esperienze in assenza di peso).
 

3 Gli studi sull’ottica

Prima di formulare la teoria della gravità Newton si occupò di ottica e in particolare della rifrazione della luce in un prisma: scoprì che nel colore della luce solare sono presenti tutti i colori e che il colori stessi si separano dalla luce del sole per il diverso angolo di rifrazione che subiscono attraverso il prisma. Ad esempio, I colori che si formano nell’arcobaleno (a funzionare da prisma rifrattore sono in questo caso le goccioline di umidità sospese nell’aria) sono riconducibili allo spettro dei colori, ogni colore può venire così ridotto a formula matematica in ragione dell’angolo di rifrazione prodotto dal prisma (o dalla gocciolina di umidità).

Le onde luminose hanno una frequenza, ogni frequenza corrisponde a un diverso colore. Questi studi di ottica newtoniana sono alla base dei successivi perfezionamenti apportati da Wollaston, Fraunhofer, ma soprattutto da Gustav Kirchhoff, inventore della spettroscopia. Si noti come per Newton la luce assumesse le caratteristiche proprie della materia, unico modo per rendere la luce un fenomeno quantificabile e determinabile entro le leggi della fisica (a tutt’oggi, la luce è un’onda elettromagnetica, soggetta allo stesso campo alla quale è soggetta la materia, e viene definita come una sostanza corpuscolare, la quale inerisce sia il processo ondulatorio che quello particellare, si veda la meccanica quantistica.


4 Le quattro regole del metodo newtoniano

Nei Principia Newton formula le quattro regole metodologiche alle quali la scienza moderna si deve attenere per essere considerata tale:

  1. Attenersi alle sole cause necessarie per spiegare un fenomeno, ovvero fare proprio l’assunto del rasoio di Ockham “Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem“, eliminando le spiegazioni complesse a favore di quelle più semplici;
  2. A stessi fenomeni medesime cause, ovvero, nel caso si osservi un fenomeno identico a un altro, applicare al fenomeno le stesse spiegazioni dell’altro. Questo significa che ogni fenomeno che si ripete identico ad un altro, dovra essere ricondotto a una sola spiegazione e non a diverse;
    3. Le qualità che appartengono a certi corpi possono essere considerate come appartenenti a tutti i corpi in generale: è il principio della induzione scientifica;
    4. I Risultati dell’induzione vanno considerati validi fino ad ulteriore conferma, come a ribadire la natura perfettibile della fisica e della scienza moderna, un processo cognitivo sottoposto a continua revisione.

 

5 L’Universo (e Dio) secondo Newton

Come già Galileo, anche Newton cercò di conciliare la parola della Bibbia con le sue scoperte scientifiche, convinto che le sue teorie non potessero contrastare con le verità rivelate dalla religione. Innanzitutto Newton si domandò da dove potesse provenire la velocità iniziale indispensabile al moto dei pianeti e in questo riconobbe l’opera di Dio. Newton si comportò in sostanza come Aristotele, che volle dare un primo motore all’universo, non poté sottrarsi a darne una spiegazione metafisica.

L’Universo di Newton non conosceva ancora la relatività di Einstein. La fisica di Newton si definisce classica, in quanto prevede un universo in cui lo spazio e il tempo sono grandezze assolute. Il tempo scorre uguale ovunque, sempre in avanti (dal passato verso il futuro), niente e nessuno può rallentarlo o modificarne il passo. Lo spazio è infinito e lineare, nulla può incurvarlo (ignaro del fatto che sarà proprio l’effetto gravitazionale, come mostrato da Einstein, ad avere il potere di incurvare lo spazio e rallentare il tempo).

Newton affermò poi che Dio ha creato il mondo fondandolo su principi e leggi semplici e universali (come la legge di gravità) e che lo scopo degli uomini è quello di portare alla luce e decodificare questi algoritmi universali. E’ propria di Newton e della scienza del suo tempo la convinzione che tutto possa essere spiegato con leggi semplici, valide per ogni grandezza e in ogni contesto, assolute e non relative.

Il telescopio riflettore costruito da Newton

Il telescopio riflettore costruito da Newton

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