Rivoluzione copernicana (libro)

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La rivoluzione copernicana: Planetary Astronomy in the Development of Western Thought è un libro scritto da Thomas S. Kuhn e pubblicato nel 1957 dalla Harvard University Press.

Thomas S. Kuhn è l’autore dell’epocale Structure of Scientific Revolutions (1962), un libro che apre la strada ad un nuovo punto di vista filosofico/sociologico sulla scienza e i suoi professionisti. In esso Kuhn introduce il concetto di cambiamento di paradigma, un improvviso cambiamento di prospettiva dei membri di una comunità scientifica che si verifica durante un cambiamento rivoluzionario nel loro campo. Egli descrive gli scienziati che lavorano durante periodi di scienza non rivoluzionaria (“normale”) come risolutori di un tipo di puzzle che non sono diversi dai puzzle o dalle parole crociate. Il lettore che si aspetta di trovare nella Rivoluzione Copernicana alcuni contorni della famosa filosofia di Kuhn rimarrà deluso. I termini “paradigma” e “scienza normale” non vi compaiono; il libro è più un lavoro storico che filosofico.

La rivoluzione copernicana, il primo libro di Kuhn, è uno dei libri più venduti mai scritti sulla storia della scienza. Nel 2003 l’edizione Harvard University Press era alla sua 24esima stampa, e questo esclude l’edizione Vintage Book. Fu una delle prime pubblicazioni di Kuhn nella storia della scienza; in precedenza aveva pubblicato sei articoli in questo campo, sulla chimica del XVII secolo e sul ciclo di Carnot. Il libro ha avuto la sua origine negli appunti per un corso di scienze ad Harvard basato su un approccio storico. Il corso non era tanto sulla scienza in sé, ma più su una comprensione della scienza rivolta a studenti al di fuori delle scienze. Questa origine del libro è importante per capire il carattere del libro.

Con “rivoluzione copernicana” Kuhn intende il periodo della storia della scienza che viene più comunemente chiamato “rivoluzione scientifica”. Il periodo è ben definito: inizia con la pubblicazione dell’opera De Revolutionibus Orbium Coelestium di Copernico nel 1543 e si chiude con la comparsa dei Philosophiae Naturalis Principia Mathematica di Newton nel 1687. La seconda metà di La rivoluzione copernicana di Kuhn copre il periodo di un secolo e mezzo dopo la morte di Copernico, mentre la prima metà del libro tratta oltre duemila anni di sviluppo della cosmologia pre-copernicana.

Il presente articolo di Citizendium riassume la Rivoluzione Copernicana e nel farlo racconta la storia di una delle più affascinanti catene di eventi nella storia della scienza vista attraverso gli occhi di Thomas Kuhn.

Contenuti

Come detto, Kuhn spende la prima metà del suo libro sulla visione pre-copernicana dell’uomo sull’universo. La sua esposizione inizia con gli Egizi, va dall’Antichità attraverso i secoli bui e il successivo Medioevo fino a Copernico. Kuhn descrive il lento risveglio della civiltà occidentale nel riconoscimento di un cosmo che sembrava essere composto dal Sole, la Luna, i pianeti, le stelle su una sfera circostante e, naturalmente, la Terra al centro di tutto.

Quando Kuhn nel capitolo 5 discute il lavoro di Copernico, è notevole che si riferisca alla scoperta di quest’ultimo: il Sole, non la Terra, è il centro geometrico dell’Universo – come “innovazione” di Copernico, non come sua “rivoluzione”. Si può obiettare che questo sottovaluta l’importanza del contributo storico di Copernico all’astronomia, ma è coerente, poiché Kuhn preferisce chiamare l’intero periodo di 145 anni a partire dal 1543 come “rivoluzione copernicana”. Nonostante ciò, il libro tratta l’innovazione di Copernico – il passaggio da un universo geocentrico a uno eliocentrico – come un punto cruciale e cruciale nello sviluppo della cosmologia e dell’astronomia. Secondo Kuhn, la rivoluzione copernicana non fu solo una rivoluzione nell’astronomia, ma comportò anche una rivoluzione nella scienza e nella filosofia e Kuhn racconta come la soluzione di un astronomo a un problema apparentemente tecnico alterò fondamentalmente l’atteggiamento degli uomini verso i problemi fondamentali della vita quotidiana. La rivoluzione copernicana, nell’accezione che Kuhn dà al termine, implica in primo luogo una riforma dei concetti fondamentali dell’astronomia, in secondo luogo un cambiamento radicale nelle altre scienze reso necessario dal moto della Terra, e in terzo luogo un effetto ancora più ampio sulla filosofia, la religione e i valori derivanti dal non vedere più la Terra come il centro unico della creazione di Dio.

Capitolo 1: L’antico universo a due sfere

Il primo capitolo spiega le cosmologie primitive degli Egizi e dei Babilonesi. Tratta una buona parte della teoria astronomica, come il moto apparente del Sole visto dalla Terra; introduce concetti come eclittica, solstizio d’inverno/estate ed equinozio primaverile/autunnale. Quando entra in scena l’antica cultura greca, viene introdotto il più antico modello cosmologico, o piuttosto una cornice per una cosmologia, dato che i pianeti devono ancora essere collocati al suo interno: l'”Universo a due sfere” (un termine coniato da Kuhn). Esso consiste in una piccola Terra sferica e stazionaria al centro geometrico della grande sfera rotante (con frequenza di 24 ore) delle stelle (il Firmamento). Kuhn sostiene che l’idea che l’astronomia possa fornire un modello cosmologico è una delle novità più significative e caratteristiche che abbiamo ereditato dall’antica civiltà greca.

Capitolo 2: Il problema dei pianeti

Per i greci e i loro successori il Sole e la Luna erano due dei sette pianeti. Kuhn descrive un’immagine rudimentale dell’universo che rimase corrente nei libri elementari di astronomia e cosmologia fino all’inizio del XVII secolo, molto dopo la morte di Copernico. La Terra è al centro della sfera stellare che circonda l’universo. Dall’esterno verso l’interno ci sono le orbite di Saturno, Giove, Marte, Sole, Venere, Mercurio e la Luna. Il capitolo 2 spiega in dettaglio come in un modello più raffinato il moto retrogrado dei pianeti sia spiegato da epicicli, piccoli cerchi che ruotano uniformemente intorno a un punto sulla circonferenza di un secondo cerchio uniformemente rotante, il deferente. Questa cosmologia ellenistica culminò nell’Almagesto di Tolomeo (circa 150 d.C.), un libro che tratta una complicata teoria progettata per prevedere le occorrenze dei pianeti nel cielo. Nelle parole di Kuhn, l’Almagesto di Tolomeo fu “il primo trattato matematico sistematico a dare un resoconto completo, dettagliato e quantitativo di tutti i moti celesti”. In generale, i moti planetari nell’Almagesto sono composti da epicicli con centri sui deferenti, ma Tolomeo introdusse anche gli equanti. Un equante è un punto rispetto al quale la rotazione del deferente è uniforme, ma l’equante è spostato fuori dal centro del deferente, in modo che la rotazione del deferente visto dal suo centro non è uniforme. L’antipatia di Copernico per le equanti e il moto non uniforme da esse introdotto fu una delle sue principali motivazioni per cercare un modello planetario migliore.

Capitolo 3: L’universo a due sfere nel pensiero aristotelico

Questo capitolo dà conto della cosmologia e della visione del mondo aristoteliche. Secondo Aristotele (384-322 a.C.) e i suoi successori, l’universo è finito e delimitato dalla sfera delle stelle e il suo interno è principalmente pieno di etere. Aristotele credeva che la nozione stessa di vuoto fosse assurda, lo spazio e la materia sono inestricabilmente legati insieme e quindi l’universo deve essere riempito di materia. I pianeti sono mossi da gusci sferici omocentrici costituiti da etere. (Più tardi si pensò che il guscio fosse abbastanza spesso da contenere il deferente del pianeta e i suoi epicicli). Il lato inferiore del guscio più interno, quello della luna, divide l’universo in due regioni totalmente diverse, piene di diversi tipi di materia e soggette a diverse leggi naturali. La regione terrestre, sublunare, in cui l’uomo vive, è piena di elementi: fuoco, aria, acqua e terra. È la regione della varietà, del cambiamento, della nascita, della morte, della generazione e della corruzione. Il movimento del guscio lunare spinge continuamente i quattro elementi e quindi non possono mai essere osservati nella loro forma pura. La regione celeste, la luna e oltre, al contrario, è eterna e immutabile; consiste unicamente dell’elemento etere puro, trasparente, senza peso e incorruttibile.

Capitolo 4: Rifusione della tradizione: Da Aristotele ai Copernicani

Il capitolo 4 descrive il periodo tra Tolomeo e Copernico. All’inizio di questo periodo, l’Europa occidentale ha perso la maggior parte delle conoscenze antiche con la caduta (476) dell’Impero Romano d’Occidente. I califfati islamici e, in misura minore, l’impero bizantino divennero i custodi e i conservatori di questo sapere. Durante i secoli bui (che durarono fino al 1000 d.C. circa) anche il fatto che la terra è sferica fu dimenticato. All’inizio del IV secolo Lattanzio ridicolizzò il concetto di terra sferica. A metà del VI secolo, Kosmas, un monaco alessandrino, derivò una cosmologia cristiana dalla Bibbia. Il suo universo aveva la forma del tabernacolo che il Signore aveva incaricato Mosè di costruire. Tuttavia, come sottolineato da Kuhn, queste cosmologie non divennero mai dottrina ufficiale della Chiesa.

Nel XI e XII secolo alcune delle antiche conoscenze furono riscoperte, inizialmente attraverso il Califfato di Cordova in Spagna. Durante questo periodo furono importate tavole astronomiche da Toledo (il centro di apprendimento del califfato di Cordova) e l’Almagesto di Tolomeo e la maggior parte degli scritti astronomici e fisici di Aristotele furono tradotti dall’arabo in latino. Questa fu l’epoca in cui nacque la soggezione europea per la “saggezza antica” e per “Il Filosofo” (Aristotele). Inizialmente, la Chiesa cattolica considerò pagana la scienza antica riscoperta, ma studiosi come San Tommaso d’Aquino (1225-1274) riuscirono a conciliare la conoscenza aristotelica con la dottrina cristiana e la sua combinazione divenne la visione del mondo cristiana onnicomprensiva.

In questo clima intellettuale non ci sarebbe stato spazio per un Copernico che postulasse un modello eliocentrico. Tuttavia, come discusso nella seconda metà del capitolo, più tardi nel Medioevo furono espresse alcune critiche contro la visione del mondo di Aristotele. Nella scuola nominalista parigina Nicole Oresme (morta nel 1382) strappò alcune lacerazioni nel tessuto del pensiero aristotelico. Ma, qualunque ipotetica obiezione questi critici scolastici possano aver sollevato alla cosmologia aristotelica, per quanto riguarda la posizione centrale e l’immobilità della terra, la mobilità e la dimensione finita della sfera stellare, molto spesso hanno trovato ottime ragioni per confutare le loro stesse obiezioni e concludere che Aristotele aveva ragione dopo tutto.

Le esplorazioni e i viaggi rinascimentali (il primo approdo di Colombo in America avvenne quando Copernico aveva 19 anni) sollevarono nuove domande e diedero l’esempio per altre innovazioni. Le antiche tecniche di calcolo astronomico si rivelarono fallibili, come chiaramente portato alla luce dagli errori cumulativi del Calendario Giuliano. Si scoprì quanto Tolomeo fosse sbagliato come geografo. Rispetto al tumulto politico associato alle riforme religiose di Lutero e Calvino, un’innovazione in astronomia sembrava un evento trascurabile. Tutto questo diede più libertà di pensiero e preparò un clima intellettuale che permise l’innovazione di Copernico.

Anche aspetti più intellettuali del Rinascimento giocarono un ruolo. L’Umanesimo, il movimento colto dominante dell’epoca, era dogmatico anti-aristotelico, e la sua critica facilitò gli scienziati a staccarsi dalle radici di Aristotele. Inoltre, la visione neoplatonica degli umanisti, con il suo gusto estetico per la matematica pura, creò l’atmosfera che instillò in Copernico l’antipatia per il moto non uniforme dei pianeti che Tolomeo aveva introdotto utilizzando le equanti.

Capitolo 5: L’innovazione di Copernico

Come è noto, l’innovazione di Copernico, descritta in dettaglio nel capitolo 5, consiste in due fasi. In primo luogo, la Terra, ancora al centro della sfera stellare, si assume che faccia una rotazione diurna (24 ore) intorno al suo asse. Questo spiega l’apparente rotazione diurna del Sole e delle stelle. Una volta fatto il passo di una Terra in movimento, il passo successivo, l’orbita della Terra intorno al Sole, è concettualmente più facile. Kuhn spiega che questi due passi (vedi l’articolo eclittica per i diagrammi) non sono molto consequenziali per la comprensione del moto apparente giornaliero e annuale del Sole. Il secondo passo, invece, la sostituzione di un sistema geocentrico con uno eliocentrico, ha conseguenze di vasta portata per la comprensione del moto dei pianeti. Soprattutto il moto retrogrado dei pianeti diventa un fenomeno più elegantemente spiegato e quindi molto più facilmente comprensibile. È interessante notare che Kuhn fa notare che Copernico era a conoscenza del modello di Aristarco (ca. 310-230 a.C.) che assumeva anche che la Terra orbitasse intorno al sole. (Va detto tra parentesi che Copernico introdusse un terzo moto. Egli assunse che la direzione dell’asse terrestre cambia durante la sua orbita annuale, mentre in realtà fa un angolo costante con l’eclittica invariante. Pertanto, Copernico dovette introdurre un ulteriore moto annuale conico per dare all’asse terrestre la sua direzione costante nello spazio.)

Copernico si attenne il più possibile alle idee tolemaiche classiche. Basava ancora la sua teoria su un universo finito delimitato dalla sfera delle stelle e credeva anche che il moto dei pianeti dovesse essere composto da cerchi perfetti e che i moti fossero uniformi. Egli considerava la sua eliminazione degli equanti (che inducono moti non uniformi) come uno dei suoi più importanti contributi all’astronomia matematica. A causa della sua adesione a Tolomeo, Kuhn afferma che il De Revolutionibus non è un testo rivoluzionario ma piuttosto un testo rivoluzionario. Lo scopo di Copernico non era quello di dare al mondo una nuova cosmologia, ma di risolvere i difetti tecnici che percepiva nell’astronomia tolemaica. Secondo Kuhn, il lavoro di Copernico consiste in un’astronomia planetaria tecnica abbastanza ristretta, non in cosmologia o filosofia.

Dal lavoro di Keplero (intorno al 1610) si sa che le orbite planetarie sono ellittiche piuttosto che circolari e quindi non è sorprendente che il semplice modello di Copernico basato su orbite circolari sia corretto solo qualitativamente. Per ottenere risultati quantitativi Copernico fu costretto a introdurre epicicli, anche se meno di quelli applicati da Tolomeo. Anche così, le previsioni di Copernico sulle posizioni planetarie erano accurate quanto quelle di Tolomeo, non migliori.

Capitolo 6: L’assimilazione dell’astronomia copernicana

Gli astronomi professionisti furono i primi ad accettare il sistema eliocentrico. Alcuni di loro lo accettarono come un modello di calcolo e tacquero sulla sua realtà. Per esempio, Erasmus Reinhold (1511-1553) pubblicò nel 1551 una nuova serie completa di tavole astronomiche (le tavole Pruteniche dal nome del duca di Prussia) che erano calcolate con i metodi di Copernico. Ma Reinhold non si dichiarò a favore del moto della Terra. Georg Joachim Rheticus (1514-1576) pubblicò una difesa del sistema nel 1540 anche prima che apparisse il De Revolutionibus. Anche Michael Maestlin (1550-1631) era d’accordo che la Terra girasse intorno al Sole.

Tuttavia, i capi religiosi – per quanto ne fossero a conoscenza – si opposero al nuovo modello, poiché lo vedevano in flagrante contraddizione con le Scritture. La Chiesa cattolica divenne pienamente consapevole della dottrina di Copernico solo dopo che Galileo Galilei iniziò a diffonderla in Italia dopo il 1610 e nel 1616 fu messa all’Indice (lista di libri proibiti dalla Chiesa cattolica). Per il grande pubblico era evidente che la terra non si muoveva, e per quasi un secolo dopo Copernico fu molto difficile convincere qualcuno che il risultato del moto della terra non sarebbe stato catastrofico.

Tycho Brahe (1546-1601), il più grande astronomo a occhio nudo della storia, non seguì Copernico, ma sviluppò un suo sistema ibrido (“ticonico”) che aveva la Terra a riposo al centro di una sfera stellare rotante e i pianeti in orbita attorno al Sole. Il Sole e la Luna orbitavano intorno alla Terra, come nel sistema tolemaico. Il collega più giovane di Brahe, Johannes Kepler (1571-1630), fu educato come copernicano dal suo maestro Maestlin e rimase tale per tutta la vita. Keplero revisionò il sistema in modo fondamentale. Scartò tutti gli epicicli e lasciò che la Terra e gli altri pianeti orbitassero intorno al Sole stazionario in orbite ellittiche. La sua opera le Tavole Rudolphine (1627), derivata dalla sua nuova teoria e basata sulle superbe osservazioni di Brahe, era superiore a tutte le tavole astronomiche in uso prima. Keplero aveva, come dice Kuhn, risolto il problema dei pianeti.

Il copernicano più famoso della storia, senza dubbio, è Galileo Galilei (1564-1642). Fu il primo astronomo a fare uso del telescopio. Il suo lavoro, tuttavia, fu principalmente un’operazione di recupero condotta dopo che la vittoria del modello eliocentrico era chiaramente in vista. Galileo osservò sulla superficie della Luna valli e montagne e vide che il pianeta Giove ha dei satelliti. Entrambi i fatti non provavano nulla sulla validità del modello copernicano, ma erano di grande impatto psicologico in quanto dimostravano che i cieli non sono così maestosi come si era sempre creduto; assomigliano alle regioni sublunari del cosmo. Galilei scoprì anche le macchie solari e vide che il Firmamento portava molte più stelle di quelle viste ad occhio nudo. Un sostegno definitivo alla teoria di Copernico fu dato dalla scoperta di Galileo delle fasi di Venere. Con il telescopio si può vedere che Venere a volte è “nuova”, come Luna nuova, e a volte “piena” come Luna piena. Questo può accadere solo se Venere gira intorno al Sole su un’orbita che si trova all’interno dell’orbita terrestre, che era una delle previsioni fatte da Copernico e ora provate in modo convincente da Galileo.

Kuhn descrive come nella seconda metà del XVII secolo tutti gli astronomi professionisti divennero aderenti al modello eliocentrico, nonostante la resistenza della chiesa cattolica. Ci volle la maggior parte del 18° secolo perché il grande pubblico si convertisse alla nuova visione del mondo. Anche se, ancora nel 1873, un ex-presidente di un collegio di insegnanti americano pubblicò un lavoro che condannava Copernico, Newton e molti altri illustri astronomi per essersi allontanati dalla cosmologia scritturale.

Capitolo 7: Il nuovo universo

Prima che la nuova visione del mondo potesse essere ampiamente accettata, si doveva rispondere a domande come: Perché i corpi pesanti cadono verso la superficie della Terra che gira? Quanto sono lontane le stelle? Cosa muove i pianeti ora che le sfere aristoteliche non sono più lì per spingerli? Cosa mantiene i pianeti in orbita? Molte di queste domande trovano risposta nei Principia di Isaac Newton (1687) che descrive un cosmo infinito in cui i pianeti e le stelle si attraggono con una forza proporzionale alla loro massa. La maggior parte delle storie dell’astronomia planetaria vanno quindi da Keplero e Galileo direttamente a Newton. Tuttavia, Kuhn fa una deviazione attraverso l’atomismo e la teoria del vortice di Cartesio.

Kuhn inizia il capitolo 7 rendendo plausibile che, una volta che la sfera stellare ha perso il suo ruolo di primo motore delle sfere planetarie (i “cieli” della cosmologia aristotelica), il passo concettuale verso un universo infinito senza confini non è molto grande. Kuhn riferisce che già nel 1576 il copernicano inglese Thomas Digges introdusse l’idea di un universo infinito in una parafrasi altrimenti semplice del De Revolutionibus.

Rilevando che il copernicanesimo e l’atomismo sembrano a prima vista dottrine totalmente estranee, Kuhn procede spiegando che gli atomisti avevano bisogno di un vuoto infinito in cui far muovere i loro corpuscoli. Quando si assume che il copernicanesimo implica un universo infinito, le due dottrine non sono così estranee come possono sembrare. Il filosofo naturale più influente della prima metà del XVII secolo, Cartesio, credeva che tutte le forze fossero trasmesse da collisioni con i corpuscoli. Ha dato la prima dichiarazione chiara della legge del moto inerziale: un corpuscolo in movimento continuerà a muoversi alla stessa velocità in linea retta a meno che non si scontri con un’altra particella. Cartesio credeva che con le collisioni i corpuscoli si organizzassero in vaste circolazioni (“vortici”), e che questi vortici portassero i pianeti intorno al Sole. Cartesio rimosse esplicitamente dalla filosofia naturale la dicotomia tra leggi celesti e terrestri che era stata introdotta da Aristotele duemila anni prima.

Nel 1666, molto influenzato da Cartesio, Robert Hooke formulò una teoria del moto planetario basata sull’inerzia e sull’equivalenza delle leggi celesti e terrestri. Un pianeta in movimento dovrebbe viaggiare uniformemente in linea retta, scrisse, ma poiché sappiamo che la sua orbita gira intorno al Sole, ci deve essere una forza attrattiva che opera tra il Sole e il pianeta. Anche se pensava che la forza di questa forza sarebbe diminuita con l’aumentare della distanza tra il Sole e il pianeta, non sapeva come generare un’ellisse di Keplero da essa. Questo lavoro fu lasciato a Newton. Newton dimostrò più o meno nello stesso periodo che una particella puntiforme descrive un’ellisse quando un corpo immobile la attrae con una forza inversamente proporzionale alla distanza. Il corpo pesante si trova in uno dei due fuochi dell’ellisse. Tuttavia, la Terra non è una particella puntiforme. Nel 1685 Newton dimostrò che tutti i corpuscoli della Terra possono essere trattati come se fossero situati al centro della Terra. Finalmente le leggi di Keplero furono spiegate come l’attrazione innata tra i corpuscoli fondamentali che costituiscono i pianeti e le stelle. Due anni dopo uscirono i Principi Matematici di Filosofia Naturale di Newton e la rivoluzione copernicana fu completata.

Note

1. Tranne che “paradigma” appare nella prefazione (p. ix) e a p. 222, in entrambi i luoghi nel suo significato convenzionale.
2. N. M. Swerdlow, An Essay on Thomas Kuhn’s First Scientific Revolution, The Copernican Revolution, Proceedings of the American Philosophical Society, vol 148, pp. 64-120 (2004)
3. Kuhn scrive Coelestium come Caelestium, che è la grafia latina più comune. Tuttavia, i frontespizi originali danno Cœlestium.
4. Swerdlow loc. cit. non è d’accordo che l’Umanesimo neoplatonico fosse pertinente alla motivazione di Copernico.
5. Kuhn si basa, per quanto riguarda l’opinione dei leader protestanti del XVI secolo, Lutero, Melantone e Calvino, sul lavoro di A. D. White: A History of the Warfare of Science with Theology in Christendom, Appleton, New York, (1896). O. Gingerich (2004), loc. cit., ha dato ragioni per cui l’opera di White potrebbe non essere completamente affidabile su questo punto.
6. Kuhn non menziona che il libro fu ammesso quattro anni dopo ma con una lista di correzioni aggiunte. Le correzioni riguardavano tutte la realtà, al contrario della comodità di calcolo, del modello.