Cenni sul sistema aristotelico-tolemaico
Tolomeo
nacque nel II secolo d.C. ad Alessandria d'Egitto. La sua spiegazione
del cosmo concorda in molti punti con quella data da Aristotele e costituirà
la versione ufficiale dell'universo adottata dai dotti per tutta la
durata del medioevo.
Secondo il sistema aristotelico-tolemaico, la Terra era ferma al centro
di un universo sferico, i
cieli erano strati fisicamente solidi e tra l'uno e l'altro erano incastonati
i pianeti.
L'ultima sfera era detta delle stelle
fisse e costituiva il limite oltre al quale nulla esisteva se non
Dio (nella versione aristotelica del motore immobile che forniva il
movimento alle sfere). La
Terra, immobile, era costituita dai quattro elementi (aria, fuoco, terra
ed acqua) mentre le sfere erano costituite da un materiale perfetto
e incorruttibile.
Il sistema Tolemaico era accettato dalla Chiesa in quanto permetteva di salvaguardare la centralità dell'uomo: l'uomo era al centro dell'universo, la sua dimora terrestre il crogiolo della vita avvolto dalle sfere celesti. La versione tolemaica non si trovava in disaccordo con le Sacre Scritture.
Nicola
Copernico (nome latinizzato di Nikolaus Koppernigk) fu l'astronomo polacco
che con la sua nuova spiegazione del cosmo (esposta nella De revolutionibus
orbium caelestium) cominciò ad opporsi apertamente alla teoria
tolemaica, sulla base di valutazioni fondate sul calcolo matematico.
Copernico notò che i calcoli necessari a prevedere con esattezza
la posizione degli astri erano molto complessi se ricondotti al "geocentrismo"
tolemaico, mentre risultavano molto più semplificati se si accettava
un'ipotesi di lavoro "eliocentrica".
Per Copernico non era la Terra ad essere immobile
al centro dell'universo (teoria geocentrica) ma era il Sole
(teoria eliocentrica). Il Sole era al centro dell'universo, immobile,
attorno ad esso ruotavano le sfere concentriche dei pianeti (attorno
alla Terra ruotava la Luna). Si noti che il suo modello non
aveva abbandonato l'idea di un universo sferico finito, limitato dall'ultimo
cielo delle stelle fisse, le orbite erano ancora rigidamente sferiche,
ritenendo il moto circolare la perfezione assoluta.
Si è detto giustamente che la teoria copernicana, pur non presentando
la precisione delle teorie contemporanee e risentendo pur sempre dei
pregiudizi legati all'ambiente scientifico del tempo, sia stata importante
in quanto cambiamento radicale di mentalità: la
Terra perdeva la sua centralità fisica e metafisica allo stesso
tempo, iniziava allora un processo
di relativizzazione e ridimensionamento del ruolo dell'uomo nell'universo,
non più al centro della Creazione, ma un essere vivente sottoposto
ad altre leggi, le leggi della fisica.
Da ricordare che Copernico,
per l'educazione religiosa ricevuta, non propose la sua teoria come
un qualcosa di corrispondente alla fisica e alla geometria reale dello
spazio, ma solo come ipotesi astratta atta a semplificare il calcolo
del movimento degli astri. Se questo può apparire strano in un'ottica
contemporanea, non lo era per il tempo. La sua stessa opera, il
De revolutionibus orbium caelestium,
pubblicata sul punto di morte, uscì con una prefazione del teologo
luterano Andrea Osiander, il quale ribadiva il carattere puramente ipotetico
e astrattamente matematico della teoria di Copernico, il quale non intendeva
assumere la sua interpretazione cosmologica come verità superiore
a quella biblica. La prefazione, in ogni modo, sembra non avesse avuto
il benestare dell'autore.
Nato in Danimarca, a Knudstrup, Tycho fu il promotore di una teoria
cosmologica che riportò al centro dell'universo la Terra, in
un tentativo di conciliare la teoria tolemaica con quella copernicana.
Per Tycho la Terra era immobile al centro dell'universo,
il Sole e la Luna ruotavano attorno alla Terra e tutti i pianeti ruotavano
attorno al Sole con orbite circolari (De
mundi aetherei recentioribus phaenomenis, 1588).
Benché la sua teoria non rappresentasse un passo in avanti per
la definizione della geometria dell'universo, l'importanza di Thyco
nell'ambito della scienza astronomica è da ricondurre alla sua
opera di instancabile misuratore della posizione degli astri, Thyco
capì l'importanza
per la scienza moderna di effettuare con costanza misurazioni empiriche
dei fenomeni, senza adagiarsi sull'elaborazione delle sole teorie che
non trovavano riscontri nella realtà fattuale (il che risulta
ironico se ricondotto alla decisione di ritornare ad una teoria geocentrica).
Thyco
fu un grande osservatore del cielo (per giunta
un osservatore privo di telescopio, che venne inventato più tardi).
Il fatto che la sua fama non sia pari a quella di Copernico è
dovuto al giudizio che ne darà Galileo nel suo Dialogo sopra
i massimi sistemi del mondo: pur essendo un profondo conoscitore
dell'opera di Brahe, Galileo gli rimprovererà di aver promosso
una teoria cosmologica più complessa e laboriosa rispetto a quella
di Copernico, nel tentativo fallito di conciliare quella teoria con
l'antico sistema tolemaico.
Facendo affidamento sulla sola osservazione empirica (ad occhio nudo) del cielo, notò come le comete fossero oggetti che tagliavano e attraversano le orbite dei pianeti, le quali, dunque, non potevano essere "fisse" (ovvero non potevano corrispondere a delle sfere concrete e impenetrabili). Le orbite erano quindi traiettorie ideali seguite dai pianeti in moto (considerazione più che mai rivoluzionaria per l'astronomia del tempo).
Altra importante considerazione di Thyco è quella legata alla qualità ontologica dell'universo: notando che vi sono degli astri nel cielo che appaiono e scompaiono, come fossero stelle che si accendono improvvisamente e poi improvvisamente scompaiono (come le "supernove", ad esempio), Thyco arriverà a concludere che la sostanza dell'universo è identica a quella terrestre, poiché le cose dell'universo sono soggette alla distruzione e alla generazione, proprio come sulla Terra.
Infine, Thyco arrivò a intuire che alcune orbite non sono circolari: ad esempio, le orbite delle comete sono ovali, ovvero sono cerchi irregolari. Pur non arrivando ad asserire l'ellitticità delle orbite celesti, come fece Keplero, Thyco non poté quindi confermare in modo assoluto la sfericità perfetta delle orbite celesti.
A
Giovanni Keplero si deve il definitivo abbandono dell'idea di sfericità
delle orbite. Keplero capì che le
orbite dei pianeti non sono dei cerchi perfetti, bensì
delle ellissi, il sole, al centro dell'universo, ne costituisce
uno dei fuochi. Il moto della Terra e dei pianeti non era così
nemmeno più uniforme visto che rallentava ed accelerava rispettivamente
in prossimità dell'afelio (il punto più lontano dal
sole) e del perielio (il punto più vicino).
L'affermare che le orbite non fossero circolari (la perfezione ritenuta
assoluta per gli antichi) equivaleva ancora una volta a smitizzare
la percezione del cosmo. Keplero,
nato a Stoccarda, fu aiutante di Thyco e poi suo successore nella
carica di astronomo imperiale. Nel Mysterium cosmographicum
(1597), egli afferma che vi è un codice matematico che sottende
ogni cosa, si avverte in quest'opera una forte influenza pitagorica,
una sorta di misticismo numerico che esprime l'armonia del cosmo attraverso
i rapporti aritmetici (si ricordi anche il suo Harmonices mundi
del 1619, ovvero "Le armonie del mondo").
Partendo quindi dal presupposto che vi sia un ordine nel cosmo, egli parte da posizioni metafisiche, fino a giungere a vedere, nel rapporto che sussiste tra il Sole, il cielo delle stelle fisse e lo spazio intermedio, una sorta di proiezione della Trinità divina.
Con
la pubblicazione dell'Astronomia nova (1609), Keplero fissa
i punti essenziali della sua teoria del cosmo, la quale esprime un
rigore scientifico e matematico ben superiore rispetto ai due sistemi
precedenti, quello copernicano e quello di Thyco. Nell'Astronomia
nova vengono esposte le tre leggi di
Keplero:
1. Le orbite dei pianeti sono ellissi
e non cerchi perfetti: come si è detto, l'orbita degli
astri è per Keplero un'ellissi in cui il Sole costituisce uno
dei fuochi;
2. La velocità orbitale di ciascun pianeta varia in relazione all'afelio (il punto più lontano dal sole) e al perielio (il punto più vicino): questa regola è un'evidenza geometrica per chi volesse fare un esperimento sull'ellissi. Quanto più il pianeta è vicino al sole tanto più la sua velocità orbitale sarà elevata, più è lontano, più sarà bassa;
3. I quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono nello stesso rapporto dei cubi delle rispettive distanze dal Sole: la regola esprime la necessità geometrico-matematica che sottende alla legge precedente.
Le teorie di Keplero, pur non essendo precise quanto le future teorie di Newton, esprimevano un primo tentativo di rendere certe e matematiche le leggi dell'universo e di spiegare attraverso leggi di proporzione le forze che permettevano agli astri presenti nell'universo di mantenersi in un certo equilibrio tra loro, in modo che tutto funzionasse similmente a un grande orologio scandito da movimenti aritmetici e necessariamente determinati.