In ogni espressione della cultura, è sempre presente un filo conduttore che unisce le idee fondanti di una specifica disciplina. Questo accade qualsiasi sia la materia in esame, anche in quelle scientifiche. Spesso, però, non è così facile vederlo.

Così come la matematica, anche la fisica ha una storia lunghissima. Inizialmente, la fisica era oggetto di indagini filosofiche. Prima della nascita della scienza moderna, infatti, era nota come filosofia della natura.
Non a caso, lo stesso Aristotele ha scritto un trattato sulla Fisica, intesa come branca della filosofia. La sua idea è molto lontana dalle nostre leggi fisiche, del tutto qualitativa e descrittiva. Il suo trattato va citato perché la sua teoria cosmologica è rimasta l’unica descrizione dell’universo accettata per lungo tempo.

I primi approcci matematici alla fisica

Per cominciare a leggere trattazioni più quantitative e matematizzate bisogna abbandonare la Grecia e aspettare la tradizione ellenistica. Meccanica, idrostatica, pneumatica e ottica nascono in questo periodo, anche grazie ad Archimede di Siracusa.

Per sviluppi successivi, dobbiamo attendere l’arrivo del Medioevo. Contrariamente a quanto ci possiamo aspettare, infatti, gli studi di fisica continuarono nel mondo islamico con strumenti quantitativi. L’occidente latino, invece, rimase più arretrato.
Infatti, anche a causa dell’aperta ostilità della Chiesa verso qualsiasi cosmologia contrapposta a quella delle sacre scritture, un approccio quantitativo alla filosofia della natura era malvisto e considerato inattendibile.

Galileo Galilei, ovvero la prima rivoluzione scientifica

Lo sviluppo della fisica subisce un significativo salto di qualità durante il Cinquecento, con la figura del pisano Galileo Galilei. A lui dobbiamo, in buona sostanza, il metodo scientifico come lo conosciamo oggi.

Tuttavia, l’esperienza era già riconosciuta come parte fondamentale degli studi di fisica. Il vero elemento di novità sta nel combinare le sensate esperienze con le certe dimostrazioni. In altre parole, fare scienza comporta, sì, fare esperimenti con strumenti appositi, ma anche tradurre i dati in ragionamenti deducendo le leggi.

Se volete saperne di più, rimando all’articolo sulle rivoluzioni scientifiche. Nella seconda metà del Cinquecento, anche per evitare l’influenza della Chiesa, i punti caldi della ricerca sono Paesi Bassi e Inghilterra, dove Isaac Newton scopre la legge di gravitazione universale.

il cannocchiale, punto di partenza delle osservazioni

Il filo rosso ormai forma una trama complessa

Tra il Seicento e l’Ottocento, il progredire del formalismo matematico permette di descrivere i fenomeni in un modo molto più preciso. L’ambiente è quello della meccanica classica, in cui il tempo è un dato assoluto.
In questi secoli, alla meccanica e all’ottica si affiancano anche settori nuovi, come la termodinamica e l’acustica. Tecnicamente, in questo periodo riceve un impulso notevole anche lo studio dei fenomeni elettrici e magnetici, già noti ai Greci.

Tuttavia, per includere tra i settori chiave quello dell’elettricità, dovremo aspettare il 1800 – anno dell’invenzione della pila di Alessandro Volta. Da qui in avanti, buona parte della fisica ha risentito molto anche dei profondi cambiamenti sociali ed economici dovuti alle rivoluzioni industriali.

Dalle equazioni di Maxwell…

I rapidi progressi delle tecnologie, infatti, hanno prodotto anche nuovi strumenti e nuove esperienze, aprendo la strada a una nuova rivoluzione scientifica. Michael Faraday ha unificato elettricità e magnetismo, con l’elettromagnete, nel 1821 e poi ha descritto dal punto di vista fisico il campo elettromagnetico.

James Clerk Maxwell ha approfondito tali studi, ottenendo delle equazioni che ne descrivono la parte elettrica e quella magnetica. Queste relazioni possono essere usate per descrivere il comportamento delle onde elettromagnetiche.
Alla fine dell’Ottocento, infatti, diventò chiaro che la luce, i raggi X e altri tipi di radiazioni ad alta frequenza altro non fossero che onde elettromagnetiche. Tuttavia, le equazioni di Maxwell non erano compatibili con la fisica classica.

… a una crisi della fisica?

Per fortuna, a inizio Novecento, Hendrik Antoon Lorentz è riuscito a correggere l’incompatibilità tra meccanica classica ed elettromagnetismo, grazie a un nuovo punto di vista: e se il tempo non fosse assoluto?

Con la pubblicazione delle sue trasformazioni, che generalizzavano quelle della fisica di Galileo, lo scienziato olandese ha aperto la pista ad Albert Einstein e alla sua teoria della relatività, che costituisce una vera e propria rivoluzione nella fisica.
Tuttavia, in questo periodo ci sono molti progressi anche nel campo della fisica atomica e nucleare. Dalton aveva già teorizzato l’esistenza degli atomi a inizio Ottocento, ma per arrivare a dimostrare la loro esistenza dobbiamo aspettare l’inizio del Novecento.

Tanti settori… ma se fosse uno solo?

Durante il secolo scorso, la fisica ha ricevuto notevoli scossoni. Con l’avvento della relatività, infatti, abbiamo scoperto che il concetto di simultaneità non è assoluto ma dipende dalle caratteristiche del sistema di riferimento in cui siamo.
Un’altra conseguenza della teoria della relatività è l’equivalenza tra massa ed energia, dimostrata con le tragiche esplosioni di bombe atomiche. Tuttavia, questa non è l’unica prova della potenza della fisica nucleare, in quanto possiamo citare anche l’esplosione di Chernobyl a riguardo.
Inoltre, nel Novecento nascono la meccanica quantistica e la teoria quantistica dei campi per spiegare il moto di corpi infinitamente piccoli. Infatti, le precedenti teorie erano adatte alla descrizione del moto di corpi estesi a qualsiasi velocità, ma funzionavano su quelli infinitamente piccoli.

Ad oggi, rimane aperto il problema della grande unificazione: è possibile dimostrare che le interazioni gravitazionali, quelle elettriche e quelle atomiche sono facce della stessa medaglia? Se volete saperne di più, leggete questo articolo!

Questo articolo è stato scritto da...

Marco Ravenna

Autore

Cresciuto a pane, Disney e sostenitore del motto "Ruolare, sempre, duro!", vengo da quella terra di nessuno al confine tra Liguria e Toscana. Modi sicuri per approcciarmi? Invitarmi a una maratona LOTR (edizione estesa, se ve lo steste chiedendo) con drinking challenge o, molto più semplicemente, parlare di fantasy o di matematica.

Il mio motto è Wit beyond measure is a man's greatest treasure, che normalmente completo con "o pleasure, vedete un po' voi". E no, niente P. Sherman, 42 Wallaby Way, Sydney!