Galileo l'astronomo - Copernico, Brahe, Keplero -

M. Bucciantini, Galileo e KepleroM. Mamiani, Storia della scienza modernaA.M. Lombardi, Keplero (Le Scienze)H. Butterfield, The Origins of Modern ScienceJ. Cushing, Philosophical Concepts in Physics

Biografia di Copernico

1473 - Nasce nell'attuale Polonia, famiglia altolocata

Studia medicina, diritto, astronomia

Studia in Italia: Bologna, Ferrara

(→ dottrine neopitagoriche, neoplatoniche)

Canonico, compiti amministrativi presso la cattedrale di Frauenburg

(quando non si dedica a matematica e astronomia, fa il medico al servizio dei poveri)

1514 manoscritto Commentariolus

1514 invitato in Vaticano per rifor. calendario (fatta nel 1582)

Rimanda la pubblicazione – De revolutionibus orbium coelestium, 1543

Prima copia gli viene consegnata sul letto di morte

Il De Revolutionibus orbium coelestium

Tesi centrale: descrizione del sistema eliocentrico

Rifiuto dell'equante tolemaico

NON cerca nuovi dati, si fida di quelli di Tolomeo

Orbite CIRCOLARI e SOLIDE

Luna satellite della Terra

Universo finito (anche se 30 volte più grande del tolemaico - parallasse)

Sistema semplice, simmetrico, “economico”

Non c'è dinamica

dedicato al Papa

Messo all'Indice solo nel 1616... tolto dall'Indice nel 1835

Su Copernico due questioni: 1) la famosa premessa; 2) fu vera gloria?

disegno dalla I edizione

l' “odiato” equante...

Spiegazione del moto retrogrado nel sistema eliocentrico

I.B. Cohen, The Birth of a New Physics

Sistemi a confronto:

Sistema copernicano: non più preciso del sistema tolemaico, ma più ESTETICO

2 parametri per pianeta:- raggio dell'orbita - velocità

almeno 5 parametri per pianeta:- raggio deferente- velocità centro epiciclo- raggio epiciclo- velocità del pianeta sull'epiciclo- eccentrico- (equante)

“Vedremo che il fermarsi e retrocedere delle stelle erranti non sono moti propri, ma sono movimenti della Terra e la loro apparenza dipende da questo movimento”

Non consistente; “se il Signore Onnipotente mi avesse consultato prima della Creazione, io stesso avrei potuto raccomandare qualcosa di meglio” (Alfonso X di Castiglia, Re di spagna, 1252)

CAPACITA' PREDITTIVE: per eguagliare quelle di Tolomeo, C. si trova costretto ad aggiungere un po' di eccentrici ed epicicli... in ultima analisi i due modelli sono equivalenti!

(prima versione...)

1. La premessa di Osiander

Andrea Osiander, pastore luterano

Il “giallo” della promessa (postuma), pare che

Copernico non condividesse.

Cosa c'è di tanto importante in questa premessa?

Osiander: è metodo per fare calcoli, è strumento che

torna utile

Lo stesso Copernico: che male c'è a fare calcoli

nel modo più semplice?

dalla Premessa di Osiander al De Revolutionibus:

Al lettore sulle ipotesi di quest'opera

Non dubito che alcuni studiosi, diffusa ormai la fama della novità di questa opera, che

pone la terra mobile e il sole immobile in mezzo all'universo, si siano fortemente

risentiti, e ritengano che non c'era alcun bisogno di rendere incerte le discipline

liberali, una volta sapientemente stabilite. Se essi vorranno però riflettere

saggiamente sulla cosa, troveranno che l'autore di questa opera non ha commesso

nulla che meriti rimprovero. È infatti proprio dell'astronomo prima registrare la

storia dei moti celesti mediante osservazioni abili e accurate; quindi, escogitare e

supporre le loro cause, ossia certe ipotesi, in un modo qualsiasi, non

potendole dimostrare in alcun modo come vere. Partendo da tali ipotesi, si

possono calcolare correttamente i moti celesti, in base ai princìpi della geometria,

tanto nel futuro che nel passato. (...)Permettiamo dunque anche a queste nuove

ipotesi, fra le antiche, il diritto di farsi conoscere, ma non come più

verosimili, tanto più che sono ammirevoli e semplici, e recano con sé un

grande tesoro di osservazioni dottissime.(...) Salute.

2. Fu vera gloria?

Può essere visto come passo indietro rispetto a Tolomeo: ripristina il moto circolare uniforme

Sostanzialmente nel paradigma aristotelico ci sono due tesi:

1. Terra ferma al centro dell'universo

2. moto circolare uniforme

Per “salvare i fenomeni” Tolomeo sacrifica la 2., Copernico la 1.

Ragioni di Tolomeo: tra i fenomeni, anche l'esperienza Terra-ferma

Rispetto a Tolomeo: reale esistenza delle orbite

Come Tolomeo: dinamica è tutta e solo di stampo teleologico, le orbite girano perché i

cieli sono perfetti, ecc.

→ “He closes an old epoch much more clearly than he opens any new one” (Butterfield)

vs. il paradigma aristotelico:

• Il sistema tolemaico è più coerente con esso, infatti risulta molto difficile accettare l'idea di una

Terra in moto:

→ una Terra, pesante e immobile, al centro del cosmo ordinato

è concetto di “core” del programma di ricerca aristotelico

→ si perde tutta la “logica” ordinatrice aristotelica, il moto naturale ecc.,

senza fornire una alternativa

• “We nowadays may say that it requires smaller effort to move the earth round upon its axis than to swing the

whole universe in a twenty-four hour revolution about the earth; but in the Aristotelian physics it required

something colossal to shift the heavy and sluggish earth, while all the skies were made of a subtle substance

that was supposed to have no wieght, and they were comparatively easy to turn, since turning was

concordant with their nature”

“If you grant Copernicus a certain advantage in respect of geometrical simplicity, the sacrifice that had to be

made for the sake of this was nothing less than tremedous” (Butterfield)

Solo in un nuovo paradigma (fi sica) l'ipotesi eliocentrica può mostrarsi autenticamente rivoluzionaria!

Come fu accolto

“il libro che nessuno lesse” (9 persone secondo O. Gingerich)

Si esulta (Reinhold et al.) per il ritorno al moto circolare uniforme, eliocentrismo

quasi ignorato;

C. è colui che ha liberato l'astronomia dalla schiavitù degli equanti:

“Motus coelestis aequalis est et circularis vel ex aequalibus et circularibus compositus”

(Il moto celeste è sia circolare che uniforme, oppure è composto di moti circolari e

uniformi)

“Tutta la posterità dovrà celebrare il nome di Copernico. La scienza dei moti celesti era

quasi in rovina e gli studi e le opere di questo autore l'hanno restaurata. Dio ha dato

luce a lui, facendogli scoprire un milione di cose, fino ad oggi velate dalle tenebre”

Diego de Zuñiga (Salamanca, 1584): teologo agostiniano, difende la verità – non

solo comodità – del sistema copernicano, su base teologica

(libro di Giobbe 9, 5-6:“Egli sposta le montagne ed esse non lo sanno, nella sua ira egli le sconvolge. Scuote la

terra dal suo posto e le sue colonne tremano”

E Galileo?

Convinto copernicano

Galileo “è spaventato dal destino di Copernico […] quello che più lo preoccupa non

è tanto la consapevolezza di far parte di un'esigua minoranza, quanto la derisione e

lo scherno che è costretto a subire chiunque, a più di cinquant'anni ormai dalla

prima edizione del De revolutionibus, si dichiari apertamente copernicano” (Buc.)

Tycho Brahe (Ticone)

Danese, 1546-1601

Astronomo, grande osservatore, precisione dell' 1'';

abile nel procurarsi finanziamenti (isola di Uraniborg;

ci prova anche in Italia, per il figlio)

Matematico di corte a Praga, il suo assistente è Kepler. Viene cacciato per un

equivoco infelice; ambizione sfrenata, sempre alla ricerca di ricchi protettori

L'uomo dal naso d'oro; muore per aver mangiato troppo (leggende)

Osservazione di una Nova (De Stella Nova) (1573)

Sistema ticonico, compromesso tra Tolomeo e Copernico.

Polemica violenta sul moto terrestre

Inviso a Galileo

La “terza via” di Brahe

Terra ferma (dà ragioni fisiche)

Pianeti in rivoluzione attorno al Sole

Sole in rivoluzione attorno alla Terra

Moti circolari uniformi

Il sistema di Brahe?

“Un rattoppo di una veste ormai vecchia e logora” (M. Maestlin)

Galileo: scrive il Dialogo sui due massimi sistemi

Veri meriti di Brahe:

- dati osservativi;

- corretta interpretazione di nova e cometa → contro l'antichissima dottrina

dell'immutabilità del cielo, il cielo è libero e fluido

Dal momento in cui mi resi conto che la vecchia distribuzione tolemaica degli orbi celesti non era abbastanza coerente e [...]; avendo considerato nello stesso tempo la moderna innovazione introdotta dal grande Copernico [...]; ora, dico, avendo ben compreso come ambedue queste ipotesi ammettessero non piccole assurdità, presi a meditare tra me stesso profondamente se mai si potesse trovare una qualche ipotesi che non fosse in contrasto né con la matematica né con la fisica, e che non dovesse sfuggire di nascosto alle censure teologiche e che, nello stesso tempo, soddisfacesse in modo completo alle apparenze celesti. [...]Ed ora comunicherò questa disposizione degli orbi [...] ai cultori della filosofia celeste.

Tycho Brahe, De mundi aetherei recentioribus phaenomenis, 1588

Le ragioni di Tycho: osservative-sperimentali

La caduta verticale: “dimmi come può accadere che una sfera di piombo lasciata cadere da una torre altissima raggiunga precisamente il punto della Terra posto sulla sua perpendicolare; il ragionamento geometrico ti persuaderà subito che ciò non può accadere, supposto il contemporaneo e velocissimo moto di rotazione della Terra”

“che cosa avverrebbe, ti chiedo, se da un grande cannone si sparasse una palla

verso Oriente […] e poi dallo stesso cannone, e dallo stesso luogo, se ne sparasse

un'altra, […] verso Occidente? E' possibile credere che ambedue […]

percorrerebbero sulla Terra degli spazi uguali?”

Galileo Galilei

Pisa, 1564 – Arcetri 1643

Studia medicina, matematica

Anche musicista, poeta, polemista, imprenditore,...

Cattedra a Padova, poi Firenze

Interesse: struttura del mondo

Per arrivarci: creazione di una fisica

Figli, in particolare Suor Maria Celeste, lettere

Sincero credente

Amicizie influenti

1616-1633 i due contatti con l'Inquisizione

“Provando et riprovando”

UPs:

fisica: pendolo; moto inerziale; caduta dei gravi;

moto parabolico

astronomia: sistema copernicano; oss. Luna;

fasi di Venere; satelliti di Giove

strumentazione:uso e costruzione cannocchiale;

compasso; misura del tempo

metodo: esperimenti veri e propri ed esperimenti

mentali

DOWNs: moto circolare uniforme

comete; stella nova; maree

metodo: realismo

Dialogo sui due massimi sistemi, 1632(titolo originale: “sul flusso e riflusso”)

Discorsi, 1638“Occhiale” o “cannone”

Sidereus Nuncius, 1610

“Grandi davvero sono le cose che in questo piccolo trattato propongo all'osservazione e alla contemplazione di ogni indagatore della natura. Grandi, dico, sia per la loro novità, inaudita nel nostro tempo, sia anche per lo strumento, con l'aiuto del quale le stesse cose si sono manifestate ai nostri sensi.”

Lo strumento: costruito probabilm. per tentativi

Superficie lunare

Via Lattea

Quattro stelle erranti (satelliti di Giove)

Pochi mesi dopo:

fasi di Venere, Saturno, macchie solari

Johannes Kepler

Stoccarda ca., 1571 – 1634, Regensburg

Matematico di corte a Praga, poi Linz.

Teorico, grande lavoro sui dati di Brahe.

Copernicano + tentativo di dinamica non aristotelica

Influenze platoneggianti, cristiano-luterane

I solidi platonici; orizzonte di senso

Allievo di Maestlin (inviso a Roma)

Corrispondenza ambigua con Galileo (lo snobba)

Madre accusata di stregoneria, la salva dal rogo

Le tre leggi: ellissi; velocità areolare costante; distanza-periodo (Astronomia Nova)

lo “stile” di Keplero

Lunga e solitaria avventura intellettuale, ricerca di un senso riposto, delle nervature segrete del mondo

“Che cos'è il mondo? Che cos'e che ha portato Dio a crearlo e secondo quale piano?

Da dove ha tratto i numeri? [...]”

Domanda di conoscenza estrema, interrogarsi sulle intenzioni di Dio

“quella mirabile corrispondenza delle cose immobili, e cioè Sole, le stelle fisse e lo

spazio intermedio, con Dio Padre, il Figlio e lo Spirito Santo”

Neoplatonismo, relazioni numeriche, ragioni essenzialmente teologiche

Tavole rudolfine (1627) (utilizzo logaritmi)

Mysterium Cosmographicum (1596)

Opere di Keplero

I,II legge (1609)

III legge (1619)(R^3/T^2=costante univ.)

(1604)

Il Mysterium, 1596

Stesso filo conduttore di Copernico: l'opera di Dio deve essere dimostrata perfetta

Eliocentrico, con Luna satellite terrestre

I cinque solidi platonici (immateriali) separano le sei orbite dei pianeti: la sfera di

Saturno è divisa da quella di Giove da un cubo, quella di Giove da quella di Marte

da un tetraedro, quella di Marte da quella della Terra da un dodecaedro, quella della

Terra da quella di Venere da un icosaedro, quella di Venere da quella di Mercurio da

ottedro.

Costruzione “probabile”, K. ricerca l'accordo con i dati: 900 pagine di calcoli

(“ e, se Dio ci ha dato la precisione di Brahe, a noi tocca rispettarla”)

Astronomia Nova, 1609

Sei anni di lavoro (1600-1606) per interpolare i dati di Brahe con combinazioni di moti circolari: non sufficiente precisione (c'è il benchmark tyconico da rispettare!)

II legge: moto NON uniforme dei pianeti → legge delle aree

DINAMICA: orbita determinata (pure ipotesi) da:

- vortice derivante dal moto del Sole sul proprio asse, “anima motrix”

- magnetismo (lavoro recente di Gilbert – poli magnetici)

- inerzia dei pianeti (resistenza all'attrazione)

(in breve: il Sole è CAUSA del moto dei pianeti)

(a Galileo tutto ciò appare come occultismo)

aspetto modernodella scienza kepleriana

I legge: orbite ellittiche

→ TRE LEGGI: per “trial and error”

Galileo e Keplero

Varie letture, orientamento:

Galileo “razionalista, luminoso, diurno” - “fisico”

Keplero “occultista, notturno, mistico, ermetico” - “astronomo”

Non si incontreranno mai; rapporto epistolare prematuramente interrotto

Entrambi copernicani convinti, ma mai alleati

(“sistema copernicano” andrebbe chiamato “sistema keplero-copernicano”)

Galileo non usa mai le scoperte di Keplero: “un mistero della storia della scienza”

“l'ossessione della circolarità che rendeva impossibile per lui [Galileo] visualizzare il sistema solare

come una combinazione di ellissi” (E. Panofski)

Galileo non coglie l'invito di Keplero a collaborare

La corrispondenza tra Keplero e Galileo

Antefatto: K. Invia una copia del Mysterium a Galileo, con lettera

Galileo (1597): “Sono veramente felice di avere un compagno così illustre e così

amante del vero […] congratularmi con te delle bellissime scoperte […] da molti

anni ho aderito alla dottrina di Copernico […] troverei certo il coraggio di rendere

pubbliche le mie considerazioni se vi fossero molti uomini simili a te […]

Keplero, replica (1597): “Abbi fiducia, Galileo, e vai avanti […] se per te l'Italia

risulta luogo poco adatto alla pubblicazione e se trovi qualche impedimento, forse a

noi la Germania concederà questa libertà […] Tu comunicami se hai trovato qualche

congruenza con Copernico”

I rapporti diretti finiscono qui, Galileo non risponderà mai a Keplero. Perché?

(Galileo gli spedirà nel 1610, attraverso diplomatici, il Sidereus Nuncius, Keplero risponderà con un paio di

articoli di conferma)

Dal Mysterium: Già a quel tempo, sei anni fa, in cui lavoravo con l'ill.mo Michael Maestlin, mi turbavano le numerose incongruenze della concezione cosmologica tradizionale, e fui tanto conquistato da Copernico, del quale il mio maestro parlava frequentemente nelle proprie lezioni, che non solo presi a difendere di continuo le sue opinioni nelle dispute di argomento fisico con i candidati, ma scrissi persino un'accurata disputazione sul primo moto, e perché sia dovuto al moto della Terra. Aderivo ormai all'idea di attribuire alla medesima Terra anche il moto del Sole, e come Copernico lo faceva con ragioni matematiche, così io mi servivo di ragioni fisiche o, se preferisci, metafisiche.

[…] presento questa scoperta con l'approvazione del celebre matematico Maestlin.

Dalla lettera di Galileo a K.: Questo farò tanto più volentieri [leggere il Mysterium] perché già da

molti anni ho aderito alla dottrina di Copernico e perché, muovendo da tale posizione, sono stato

in grado di dimostrare le cause di molti fenomeni naturali che certamente nell'ipotesi corrente

restano inesplicabili. Ho già scritto molte ragioni e confutazioni degli argomenti contrari, ma

finora non ho osato pubblicarle.

“Nessun rapporto duraturo poteva essere mantenuto con chi era discepolo di un eretico, e per di

più un eretico così audace […] meno che mai era opportuno stabilire forme di collaborazione su

una questione così spinosa come quella copernicana” (Bucciantini)