GALILEO - Vita e Opere - Gli studi fisici di Galileo

2. L'autonomia della scienza e il rifiuto del principio di autorità

Galileo capisce di dover difendere l'autonomia della scienza, ossia salvaguardare la sua indipendenza da ingerenze esterne. A differenza di altri dotti suoi contemporanei non cela le sue scoperte e inizia una battaglia in difesa della scienza, contro l'autorità religiosa (la chiesa) e quella culturale (gli aristotelici).

2.1 La polemica contro la chiesa e i teologi

La controriforma aveva stabilito che il sapere si dovesse adattare alle sacre scritture e alla loro interpretazione ecclesiastica. Il cardinale Bellarmino, e tutti i teologi, erano convinti che i fedeli dovessero accettare ogni affermazione scritturale della bibbia, e non solo i suoi insegnamenti religiosi e morali, perché altrimenti sarebbero stati eretici. Galileo pensò che una simile posizione della chiesa avrebbe ostacolato lo sviluppo del sapere e danneggiato la religione stessa: perciò nelle "lettere copernicane" affrontò il problema del rapporto scienza-fede. Secondo Galileo la natura, che è l'oggetto della scienza, e la Bibbia, che è la base della religione, derivano entrambe da Dio, e perciò non si possono contraddire a vicenda, ma i loro contrasti sono solo apparenti e vanno risolti rivedendo l'interpretazione biblica, perché: a) le scritture si sono adattate ai popoli rozzi e hanno usato un linguaggio per il vulgo, mentre la natura segue il suo inesorabile corso, senza adattarsi all'esigenze umane; b) la Bibbia non tratta di natura, ma del destino dell'uomo, cioè non ci insegna "come va il cielo", ma "come si va in cielo". Quindi se la Bibbia è arbitra in campo etico-religioso, la scienza lo è in campo delle verità naturali, per le quali l'interpretazione biblica si deve adattare alla scienza, e non il contrario.

2.2 La polemica contro gli aristotelici

Galileo pensa che la scienza debba essere indipendente persino da Aristotele e dai sapienti del passato, nei confronti dei quali egli nutre un profondo rispetto. Galileo però disprezza i "seguaci" di Aristotele, che anziché osservare direttamente la natura, consultano i testi delle biblioteche, vivendo in un astratto "mondo di carta", e sostiene che Aristotele stesso se vedesse le sue scoperte, lo riconoscerebbe come suo discepolo e cambierebbe le proprie idee. Gli Aristotelici offrono solo un dogmatismo antiscientifico che ostacola l'avanzamento del sapere e inebetisce gli intelletti.

3. Gli studi fisici di Galileo

Per capire il motodo Galileiano bisogna conoscere prima le sue scoperte scientifiche.

3.1 Il principio di inerzia

Per gli Aristotelici la quiete era lo stato naturale dei corpi sublunari, in assenza di forze esterne. Il moto si divideva in naturale (verso il luogo naturale di un corpo) e violento (fuori dal suo luogo naturale), e gli oggetti mossi da un moto violento continuano a muoversi a causa dell'azione motrice dell'aria. Invece Galileo con l'intuizione del principio di inerzia supera il doppio pregiudizio per cui la quiete è naturale, e il moto perdura fin quando permane la forza che lo ha provocato. Il principio di inerzia si rileva utile anche in sede astronomica, perché spiega il movimento dei pianeti.

3.2 Le leggi sulla caduta dei gravi ed il secondo principio della dinamica

Aristotele credeva che la velocità di caduta di un corpo fosse proporzionale al suo peso. Galileo affermò invece che due corpi dello stesso peso in assenza d'aria cadono alla stessa velocità, ma si trattò di un esperimento mentale, che non potè esser dimostrato perché egli non disponeva ancora della pompa ad aria, inventata poi da Torricelli. In questo contesto egli scoprì pure il secondo principio della dinamica, secondo il quale le forze applicate ai corpi non causano velocità, ma accelerazione.

4. La distruzione della cosmologia Aristotelico-Tolemaica

La messa in crisi della fisica aristotelica e l'elaborazione di una nuova meccanica si accompagnano alla distruzione del sistema Tolemaico: l'esistenza di un'unica scienza del moto, e quindi la negazione della distinzione tra moto rettilineo e circolare, porta al rifiuto della diversità di struttura tra cielo e terra.

4.1 Le scoperte astronomiche ed "il funerale della scienza aristotelica"

Tradizionalmente si pensava che la luna fosse ricoperta da una superficie liscia e levigata, ma Galileo tramite il telescopio dimostrò che le macchie scure che vi si intravedono sono dovute a ombre proiettate da montagne e che quindi la sua superficie è rugosa e ricoperta come la terra di prominenze.

Aristotele credeva che solo la terra, essendo immobile al centro dell'universo, fosse centro di movimenti astrali e che nessun altro pianeta potesse essere nucleo di movimento per altri corpi. Galileo, sempre grazie al telescopio, scoprì i quattro satellite di Giove, che lui chiamò Pianeti Medicei, perciò così come Giove, e i suoi satelliti, ruotano attorno al sole (come suppone Copernico) anche la Terra può farlo.

Secondo Tolomeo i corpi celesti sono incorruttibili e non possono subire modifiche. Galileo scoprì macchie oscure sulla superficie del sole, che si formavano e scomparivano, e affermò che anche i corpi celesti sono soggetti a trasformazione.

In passato si credeva che solo la terra non fosse dotata di luce propria, Galileo scoprendo le fasi di Venere dimostrò che anche questo pianeta era tenebroso.

Sempre col telescopio egli scoprì che oltre le stelle fisse ne esistono innumerevoli altre, e si rese conto che la galassia è un insieme di stelle disseminate a gruppi e le nebulose sono greggi di piccole stelle.

4.2 Il "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo" e la difesa del copernicanesimo

Nel 1632 Galileo pubblica il dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, nel quale con il pretesto di rappresentare imparzialmente i due modelli cosmologici, espone argomenti a favore del copernicanesimo

Scegli tre personaggi. Simplicio è un pedante conservativo e tradizionalista, legato all'autorità aristotelica. Salviati incarna l'intelligenza chiara e rigorosa del nuovo scienziato. Sagredo invece è un moderatore neutrale, non oppresso dai pregiudizi e quindi più disposto per le recenti dottrine.

Il dialogo è diviso in quattro giornate. Nella prima giornata si discute riguardo la distinzione aristotelica tra mondo celeste e terrestre. Nella seconda giornata si confutano gli argomenti tradizionali contro il moto della Terra, contro chi sostiene che se la terra ruotasse solleverebbe un vento enorme Galileo (per bocca di Salviati) risponde che l'aria partecipa del moto terrestre, contro chi sostiene che se la Terra si muovesse da ovest ad est si vedrebbero le nuvole muoversi da est a ovest risponde sempre che l'aria partecipa del moto della Terra, contro chi dice che i gravi dovrebbero quindi cadere più spostati verso ovest egli ribatte che il grave partecipa del moto e quindi cade perpendicolarmente; insomma Galileo nella seconda giornata confuta  i pregiudizi del passato tramite il "principio della relatività Galileiana", secondo cui è impossibile decidere, in base ad esperienze meccaniche in un sistema chiuso, se esso sia in quiete o in movimento, non avendo riferimenti esterni; per tutti questi motivi la Terra si comporta come se fosse immobile! Nella terza giornata viene dimostrato il moto di rotazione della terra. Nella quarta giornata si discute del fenomeno delle maree.

5. La scoperta del cannocchiale e la difesa del suo valore scientifico

Galileo non avrebbe rivoluzionato la scienza senza cannocchiale, e ciò è già un riconoscimento dell'importanza degli strumenti in aiuto della scienza, e della cooperazione necessaria tra scienza e tecnica. I nuovi strumenti sono decisivi anche per riprodurre il fenomeno studiato, e ciò gli attribuisce un valore conoscitivo, che è scontato per noi ai giorni nostri, ma al tempo di Galileo non lo era per niente.

Nel Saggiatore Galileo scrive che essendo venuto a conoscenza della creazione del cannocchiale da parte di un olandese aveva proceduto e crearne uno per conto proprio, prima debole e poi sempre più potente. Anche se la discussione sulla paternità del cannocchiale è ancora aperta, il merito è senza dubbio Galileiano perché solo il Toscano è riuscito a sfruttare per un fine scientifico lo strumento. La cultura ufficiale e la Chiesa lo guardavano con distacco e si rifiutarono spesso di guardarci attraverso.

Galileo ebbe il coraggio e la genialità di puntarlo verso il cielo, trasformandolo in telescopio, fondamentale per le nuove scoperte astronomiche, ma proprio questo diritto di sfruttare uno strumento causerà l'incomprensione con i teologi e gli aristotelici.

6. Il metodo della scienza

Un altro risultato dello scienziato è l'individuazione di un metodo della fisica. Tuttavia in Galilei non c'è una teoria organica del metodo, poiché egli era preso dall'applicazione di esso, e non si applicò alla sua teorizzazione filosofica. Ma nelle sue opere possiamo trovare dei tentativi di sintesi e esplicazione di esso: nel Saggiatore, nel Dialogo e nei Discorsi egli divide il lavoro scientifico in due fasi: il momento risolutivo o analitico ed il momento compositivo o sintetico. Il momento risolutivo consiste nel risolvere un fenomeno complesso nei suoi elementi semplici, quantitativi e misurabili, e nella formulazione di un'ipotesi matematica sulla legge da cui dipende. Invece il momento compositivo consiste nella verifica e nell'esperimento (riproducendo artificialmente il fenomeno), in modo che se l'ipotesi supera la prova, risulta verificata e si può passare all'elaborazione della legge, e se non la supera , risulta falsificata e viene sostituita da un'altra ipotesi.

Questo schema descrive in modo formale il procedimento della fisica sperimentale, ma non è abbastanza concreto e originale in relazione agli esperimenti Galileiani.

6.1 Le "sensate esperienze" e le "necessarie dimostrazioni"

Con "sensate esperienze" Galileo evidenzia il momento osservativo-induttivo della scienza, per cui attraverso una ricognizione dei fatti e dei casi particolari si induce spesse volte ad una legge generale. È il momento anche noto come sperimentale.

Con "necessarie dimostrazioni" invece si riferisce al momento ipotetico-deduttivo. Le dimostrazioni matematiche o necessarie sono i ragionamenti logici-matematici, attraverso cui lo scienziato, partendo da intuizioni base e procedendo per supposizioni, formula in teoria delle ipotesi, che verranno poi testate nella pratica. Egli intuendo e ragionando perviene a delle ipotesi mediante cui deduce il comportamento probabile dei fatti, che poi verificherà.

È tipica l'intuizione del principio di inerzia. Egli suppone di avere un piano inclinato, pulito e liscio, su cui viene fatta rotolare una sfera, essa rotolerà sempre verso il basso, all'infinito se non subirà interruzioni del piano o a causa di forze esterne o di attrito, con una velocità proporzionale all'inclinazione del piano stesso. Lo stesso accadrebbe in assenza di attrito se il piano fosse orizzontale e se alla sfera venisse applicata una prima forza. La sfera continuerà sempre nel suo moto inerziale. In questo caso Galileo procedendo teoricamente e grazie ad un esperimento ideale giustifica una propria intuizione.

6.2 Induzione e Deduzione

La compresenza di sensate esperienze e necessarie dimostrazioni ha fatto si che Galileo venisse presentato talora come induttivista (ricercatore che perviene alle leggi dall'osservazione continua dei fatti) e talora come deduttivista (più fiducioso nella regione che nell'osservazione).

In realtà egli è entrambi contemporaneamente, anche se talora vi è prevalenza di un metodo sull'altro, ma questa alternata prevalenza non esclude la loro implicanza di fatto.

Le esperienze presuppongono un riferimento alle dimostrazioni perché vengono rielaborate in un contesto matematico-razionale, e sono anche cariche di teoria perché illuminate da una prima ipotesi che le sceglie e le seleziona. Di contro le dimostrazioni presuppongono un richiamo all'esperienze, che forniscono lo spunto per l'ipotesi che nasce grazie all'osservazione, inoltre intuizioni ed ipotesi acquistano validità solo per mezzo della conferma sperimentale.

Una verifica diretta però non è sempre possibile. Ma è sempre possibile una verifica indiretta delle conseguenze dedotte dall'accettazione dei principi. Cioè non è necessario che tutte le proposizioni della teoria siano aderenti ai fatti, ma è sufficiente che i fatti del campo dei fenomeni studiati stiano nella teoria.

Questo permette anche di capire i rapporti tra matematica pura e teoria fisica. Per Galileo la matematica è la logica della fisica, e a differenza della logica sillogistica permette di scoprire qualcosa di nuovo, essendo uno strumento di scoperta scientifica (grazie ai suoi calcoli e alle sue deduzioni permette di avanzare ipotesi). Questo determina anche l'importanza della matematica per la fisica. Però mentre la matematica pura non ha bisogno dell'esperienza, la deduzione matematica ha valore scientifico solo se trova riscontro nella realtà.

6.3 Esperienza e verifica

Per Galileo esperienza e verifica hanno un significato originale rispetto al passato.

L'esperienza di cui egli parla non è quella immediata, ma il frutto di un'elaborazione teorico-matematica dei dati, che si conclude con la verifica. L'esperienza ordinaria è lontana dalla scienza Galileiana per due motivi: prima di tutto perché può essere ingannevole (grazie a lui si afferma un divorzio tra mondo della fisica e mondo comune, caratteristico della scienza moderna), e secondo perché essa non ha valore scientifico di per se se non viene legittimata dall'esperimento: si può dire che l'esperienza, scientificamente intesa, è l'esperimento.

Analogamente la verifica di cui egli parla non è quella immediata dei sensi, ma la verifica come procedura che intende produrre condizioni adeguate affinché un certo evento possa avvenire. Essendo ogni fenomeno molto complesso lo scienziato deve riprodurlo semplificato, astraendo da circostanze disturbanti, deve trovare condizioni su misura, spesso non presenti nella realtà immediata, presenti solo in laboratori ideali.

Da ciò nascono gli "esperimenti mentali", che consistono nel fatto che Galileo, non avendo a disposizione i mezzi tecnici necessari per verificare le proprie teorie, deve ricorrere ad una fisica ideale, per formulare e verificare le ipotesi. Questi esperimenti ideali non escludono il ricorso all'esperienza, in base al principio che una teoria può divenire tale solo quando trova una verifica sperimentale diretta o indiretta.

6.4 Metodo Galileiano e scienza antica

Il metodo Galileiano fa risaltare i limiti della scienza antica. Aristotele ed i greci sbagliavano in un certo senso perché non si attenevano abbastanza ai fatti, eccedendo in affermazioni teoriche e deduttive (volendo sempre spiegare i fenomeni concreti partendo da principi generali astratti), ma ciò è vero in parte perché d'altro lato essi erano troppo aderenti alla realtà, accettando i fenomeni passivamente, senza sottoporli ad alcuna critica teorica. Inoltre la scienza antica non faceva uso della matematica, ed il platonismo si fondava su una matematica magico-metafisica, più che su di una matematica scientifica, basata su misurazioni e calcoli. Ma il limite più grave della scienza antica è che essa mancava di controllo sperimentale, e non poteva quindi verificare (rendere vere) le proprie affermazioni, muovendosi sempre sul piano astratto, e senza trovare quella prolifera compartecipazione tra ragione ed esperienza caratteristica del metodo di Galileo.

7. Metodo e filosofia

Con il suo metodo Galileo perviene alla struttura concettuale che costituisce lo schema teorico della scienza moderna, secondo cui La natura è un ordine oggettivo e causalmente strutturato di relazioni governate da leggi e la scienza è un sapere sperimentale matematico intersoggettivamente valido.

Le opere della natura non possono essere giudicate con un metro umano, è arroganza e pazzia da parte dell'uomo giudicare inutili quelle opere della natura che non sono utili ai suoi fini. I nostri pareri o consigli non riguardano la natura e non hanno valore per essa le nostre probabili ragioni. Non dobbiamo cercare perché la natura opera in un certo modo (=causa finale), ma solo come opera (=causa efficente). Anche lo scienziato si deve occupare esclusivamente delle leggi che regolano i fatti, cioè delle costanti di comportamento verificabili della natura.

Galileo non intende negare così l'esistenza di finalità e essenze, ma accantonarle, ritenendole non scientifiche, non essendo dato alla mente di conoscerle.

7.1 Presupposti e giustificazioni filosofiche del metodo

La struttura concettuale del metodo di Galileo si presenta come una costruzione autonoma, indipendente da giustificazioni filosofiche. In realtà nella mente dello scienziato essa si accompagna ad alcuni schemi teorico-filosofici che la ispirano e la giustificano. Egli, pur non essendo un filosofo, si è ispirato ad alcune idee generali filosofiche, attinte dalla tradizione ma rielaborate in maniera originale.

a)      La sua fiducia nella matematica si deve alla dottrina platonico-pitagorica della struttura matematica del cosmo (secondo cui il mondo reale è di fattura geometrica, e solo chi conosce il linguaggio lo può decifrare).

b)      Il privilegiamento degli aspetti quantitativi del reale e la riduzione dell'oggetto scientifico a struttura matematicamente trattabile, viene accompagnata dalla teoria atomistico-democritea che distingueva le proprietà oggettive (che caratterizzano i corpi in quanto tali) e soggettive (che esistono solo in relazione ai nostri sensi) dei corpi.

c)      La credenza nella validità del rapporto causale e delle leggi generali scoperte dalla scienza, basate sul principio che a cause simili corrispondono effetti simili, viene avvalorata dalla persuasione dell'uniformità dell'ordine naturale, necessario ed immutabile come una verità geometrica.

d)      La fiducia nella verità assoluta della scienza viene confortata mediante la teoria che la conoscenza umana è simile per il grado di certezza a quella divina. Dio conosce la verità in modo immediato, l'uomo la conquista progressivamente attraverso il ragionamento. Dio conosce tutte le infinite verità, l'uomo solo alcune. Però per quanto riguarda le dimostrazioni matematiche, la qualità della certezza è identica.

7.2 Il "realismo" di Galileo

Questo gruppo di giustificazioni filosofiche poggia su un'unica credenza: la corrispondenza fra pensiero ed essere, la conformità fra ciò che la scienza sostiene e il mondo reale. In Galileo c'è una fiducia realistica che lo spinge a interpretare il rapporto scienza-realtà in termini di riproduzione o rispecchiamento. Egli ritenendosi uno studioso di fisica celeste, ad esempio, si considera un matematico e filosofo, dove per filosofo nel periodo si intendeva la portata ontologica e non solo matematico-teorica delle sue teorie, ed è questo che provoca uno scontro con la chiesa.

Questa persuasione realistica è cosi forte da non lasciarsi distruggere dall'argomentazione di Urbano VIII, secondo cui Galileo non conoscendo le vie infinite di Dio non può essere sicuro che una sua teoria corrisponda al modo seguito dal Creatore, e si deve accontentare quindi di parlare ipoteticamente.

La fiducia realistica Galileiana nasce dalla sua opera di ricercatore e si alimenta dei successi della sua scienza.

9. L'importanza di Galileo nella storia della filosofia

Che Galileo sia stato il fondatore della scienza moderna e che occupi un posto centrale nella storia del sapere è fuori discussione. Ma la sua importanza non è solo scientifica, ma anche filosofica: con lui entrano in crisi i concetti della metafisica, di essenza e causa finale, egli rielabora i concetti di ragione ed esperienza, di induzione e deduzione, e contrappone alla visione antropomorfica e metafisica della natura la concezione dell'universo come insieme di leggi e relazioni, inaugurando un modo moderno di intendere la realtà naturale.

Inoltre lascia in eredità ai filosofi successivi una serie di problemi e domande che testimoniano l'incidenza della rivoluzione scientifica sul pensiero filosofico e mostrano come parallelamente alla scienza si sia formata una filosofia condizionata dalla scienza.