Come Isaac Newton ha cambiato la fisica

Abstract

Isaac Newton è considerato uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi. Ma cosa c’è dietro tale grandezza, che ci spinge a considerare questi eroi quasi superumani, come se fossero nati con privilegi fisici e intellettuali, baciati dal cielo e predestinati a opere grandiose?

In verità, nulla di speciale. Nessuna fortuna incredibile, nessuna predestinazione. Lasciate che vi spieghi perché.

Spesso, purtroppo, dietro certe persone coraggiose e determinate vi è un background doloroso, costellato da molte difficoltà. Vite difficili, drammi familiari, guerre, o un ambiente poco incline a stimolare e apprezzare le doti di qualcuno che pensa fuori dagli schemi.

Per capire cosa si nasconde dietro le qualità di Isaac e in che modo siamo connessi a lui, non discuteremo la sua biografia – cosa che fanno molti libri in modo largamente più completo e dettagliato – ma parleremo del lato umano di Isaac, cercando di capire quali sono stati i meccanismi che hanno portato questo giovane ragazzo di un villaggio inglese, dalla famiglia illitterata, a diventare membro della Royal Society ed essere ricordato come uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi, nonostante a scuola fosse considerato lo stupido della classe.

Isaac è nato in un periodo storico difficile, quello in cui Anglicani e puritani si facevano guerra e per questo molti uomini sono caduti lasciando i figli orfani di padre. Accadde lo stesso anche al piccolo Isaac.

Nato gracile, immediatamente orfano di padre, morto quando sua madre Hanna era incinta di sei mesi durante una battaglia per Carlo I contro i Parlamentari. Nato il giorno di natale, nella tristezza di una perdita di cui non poteva ancora rendersi conto, in un villaggio dove le persone erano indecise se credere alla diceria che i bambini nati orfani di padre sarebbero nati dotati di doti soprannaturali, oppure un bambino già tra le braccia della morte che non avrebbe raggiunto il primo mese di vita.
Isaac riuscì a sopravvivere ma fu abbandonato ben presto dalla madre che fece la obbligata scelta di risposarsi con un uomo assai più vecchio, allo scopo di garantire a sé stessa e al figlio un’eredità e del benessere economico.
Per poterlo fare, lasciò il figlio alle cure della nonna, la quale ben presto lo mandò a studiare presso amici di Famiglia, dove Isaac cominciò la sua nuova vita da studente svogliato, emarginato dai compagni di studi e giudicato insofferente e poco intelligente dagli insegnanti. Da quel momento in poi si sarebbe sentito diverso, estraneo ed escluso per il resto della sua vita.

Molti di noi si sono sentiti almeno una volta nella vita quelli diversi, non compresi e talvolta non accettati. Considerati strani, lontani dalla normalità, forse scacciati o trattati con commiserazione o semplicemente ignorati. Tutti noi, almeno una volta nella vita, abbiamo dovuto affrontare il peso delle nostre passioni, sentendoci screditati o giudicati per aver scelto male la nostra aspirazione, come ad esempio preferire l’arte a un percorso di studi che ci avrebbe garantito un posto sicuro nella società.
Isaac ha sofferto lo stesso anatema.
Giudicato strano per la sua curiosità verso la natura, luogo in cui il ragazzo amava immergersi per fuggire dalle sventure della sua vita, Isaac iniziò intorno ai tredici anni a isolarsi dagli altri. Si confortava nel suo mondo fatto di pensieri e fantasie.

A scuola non era molto presente, viveva tra gli ultimi banchi, non ascoltava le lezioni e non si impegnava affatto. Gli insegnanti lo giudicavano un ragazzo inadeguato e insofferente. Gli amici lo chiamavano semplicemente “stupido”. Amava costruire piccoli oggetti, che poi regalava alle compagne di sesso femminile, ricevendo per questo aspri giudizi dagli altri ragazzi. Proprio a causa di questi suoi atteggiamenti, fu perfino bersagliato da un bulletto, tra l’altro il figlio dell’uomo che lo ospitava. Fu costretto a fare a botte e per un colpo di fortuna riuscì a sottomettere l’avversario.

Da quel momento, Isaac iniziò a provare un sempre più crescente desiderio di vendetta e rivalsa. Capendo che la strada della violenza non lo avrebbe condotto lontano, egli si convinse che doveva batterli su un altro piano. Iniziò quindi a studiare per ingraziarsi gli insegnanti e raggiungere un ruolo di rilievo nella sua classe, perché i compagni non avessero più elementi per screditarlo.
Il preadolescente Isaac Newton iniziò ad approcciarsi con passione agli studi spinto dal senso di vendetta verso i compagni, non solo: lo fece per affrontare i suoi tre più grandi nemici: il senso di inadeguatezza, di inferiorità e di solitudine.

Le cose cambiavano gradualmente, ma Isaac non riuscì mai a godere sinceramente della sua posizione di primo della classe. Piuttosto continuava a isolarsi sempre di più, poiché afflitto da una fortissima ansia sociale.

La sua curiosità lo portava a farsi domande inusuali per un ragazzo o per un uomo lontano dalla filosofia e questo lo convinse che per lui in quel mondo non c’era posto. Che era destinato alla solitudine e a sentirsi emarginato.

Un giorno, nella libreria di casa, Isaac trovò risposte ad alcune delle sue domande: perché gli oggetti cadono? Perché i ragazzini che ruotano hanno la testa inclinata all’indietro? Perché l’arcobaleno ha sempre gli stessi colori? Ma soprattutto, capì di non essere solo al mondo, di non essere il solo ad avere pensieri e curiosità che i compagni consideravano assai bizzarri.
Isaac trovò in filosofi, pensatori e scienziati una famiglia, persone simili a lui, trovando finalmente il suo posto e la sua passione: la filosofia naturale, la riflessione filosofica applicata allo studio della natura, sorella assai vicina della Fisica, lo studio della natura.

Grazie a queste figure la sua tristezza diminuì, ma non la sua ansia sociale.
Una volta scoperta la sua passione, Isaac fu inarrestabile: non smise mai di dare tutto se stesso nello studio e nell’applicazione delle arti che tanto amava e raggiunse ben presto il riconoscimento che desiderava, così come l’affetto di insegnanti e amici di famiglia che vedevano in lui l’orgoglio del suo villaggio. Purtroppo, non essendo in grado di superare la sua ansia, Isaac cadrà ben presto nella trappola della sua solitudine. Sentirsi solo, incompreso, attaccato e detestato da chi avrebbe voluto aver vicino.

La vita di Isaac non fu semplice: nonostante gli obiettivi accademici raggiunti, gli fu negato di studiare dalla madre quando ella fece ritorno dopo la morte del secondo marito, accompagnata da diversi fratelli che Isaac avrebbe considerato estranei.
Il difficile rapporto con la madre fu un gravoso peso per Isaac, che anche da adulto non riusciva a sentirsi parte di una famiglia e tornò a isolarsi nei suoi pensieri, rifugiandosi nel suo mondo interiore. Ben presto, però, la madre comprese l’inadeguatezza del figlio nella gestione della tenuta e lo rispedì da dove era venuto, rimandandolo a studiare, per gran gioia di Isaac.

La madre fu tanto gentile da negare al figlio il sostentamento economico necessario, riducendolo a uno stato di povertà. Per studiare, Isaac lavorava al servizio dei suoi stessi compagni più fortunati, pulendo vasi da notte e acconciando i capelli di quei compagni di studi a lui non di certo intellettualmente superiori. La rabbia del ragazzo gli permise di continuare gli studi, ma senza raggiungere grandi risultati. Per fortuna l’università comprese l’inquietudine del ragazzo e gli offrì una borsa di studio per completare il percorso.

Anche se la guerra era finita e l’Inghilterra aveva deciso di tornare alla monarchia con Carlo II, i tempi a seguire non furono facili. L’arrivo di una pandemia costrinse Isaac a riallontanarsi dal College e ricongiungersi con la detestata madre.
Durante questa pandemia, Isaac si chiuse nei suoi studi escludendosi dalla vita familiare forzata, raggiungendo i suoi più importanti risultati scientifici.

Grazie ai risultati scientifici da lui raggiunti, Isaac fu invitato a entrare alla Royal Society: a primo impatto potremmo dire che Isaac poteva finalmente vivere in un ambiente a lui favorevole, circondato da colleghi scienziati. Non fu affatto così.
Non è inusuale che il mondo accademico scientifico tenda a essere particolarmente ostile alla speculazione e rigido verso nuove idee non adeguatamente comprovate. Isaac vide nella Royal Society una vera e propria giungla accademica e nella figura di Hooke il più feroce dei predatori. Il giovane ragazzo aveva fatto ingresso nella Royal Society parlando della divisione del fascio luminoso di luce, piuttosto eccitato dalla sua scoperta.
Aveva compreso che il fascio luminoso bianco non fosse puro – come intendevano invece gli altri scienziati – ma piuttosto l’unione di tutti i fasci colorati, che di contrario erano puri e immutabili. Caso volle che Hooke avesse pubblicato anni prima un libro che diceva – e intendeva dimostrare – esattamente il contrario e questo mise il giovane Isaac tra le fauci di quel predatore che lo avrebbe indotto a lasciare ben presto la Royal Society e ad evitare di parlare di qualunque sua ricerca o scoperta, circa per tutta la vita.
L’ansia sociale, lo sconforto e il senso di esclusione avevano vinto ancora una volta.

2300 anni fa, nell’antica Grecia, Platone e poi Aristotele avevano intenzione di indagare il divino, definirlo, descriverlo e quindi discuterne le implicazioni sul mondo terreno.
Platone voleva comprendere l’origine scientifica degli dei e consigliò di utilizzare l’astronomia, all’epoca ancora neonata.

Gli esseri umani osavano tentare di comprendere il comportamento divino (dei corpi celesti) per la prima volta, avviando una rivoluzione scientifica che avrebbe raggiunto il culmine proprio con Isaac Newton. Per la prima volta la scienza e la religione cooperavano, e questo sarebbe stato un matrimonio assai felice e proficuo per entrambi i coniugi, sebbene il divorzio non sarà dei migliori.

Andiamo con ordine. Platone, poi Aristotele, descrivono il comportamento del mondo celeste.

Il sole e le stelle ruotano intorno alla terra in modo perfetto ed eterno.
Anche la luna ha questo comportamento.
Il mondo celeste, che è oltre la luna, è un mondo immutabile, eterno e perfetto. Estremamente regolare: lo avrebbero chiamato cosmo, che in greco significa “ordinato”.

Vi erano però cinque pianeti (Pianeta significa vagabondo, in greco) che non seguivano movimenti circolari e avevano un comportamento sconcertante. Attraverso qualche forzatura e un vento etereo immaginario che spingeva i pianeti, alla fine anche questi furono mostrati in un’ottica di celeste perfezione.

Il mondo celeste era composto di etere, un elemento incorruttibile ed eterno, mentre quello terrestre era composto dai quattro elementi: fuoco, aria, terra, acqua che erano corruttibili e spiegavano il comportamento delle cose terrestri. Tutto era contenuto e spostato da sfere, che erano tutte racchiuse dalla sfera più esterna, il Primum Mobile, il motore primario o Dio.

Questo significava che il mondo celeste era immutabile e perfetto, mentre quello terrestre era mutevole e corruttibile. Quando gli chiesero di spiegare, però, il comportamento delle comete, Aristotele disse che queste non erano astrali né perfette, ma esalazioni terrestri che prendevano fuoco ad alta quota. Le aveva collocate tra la terra e la luna.

Ora che la scienza aveva procurato una spiegazione lusinghiera del divino, le religioni iniziarono a usarla per affermarsi. In particolare, San Tommaso d’Aquino conciliò il cristianesimo con l’universo geocentrico di Aristotele. Dio non poteva che essere il primum mobile e i pianeti, spogliati del loro ruolo di semidei, si sarebbero mossi su sfere trainate da Angeli.

In seguito alle peggiori pestilenze ed epidemie europee, però, capitò che la chiesa perdesse molti dei suoi uomini e per questo i posti vacanti furono occupati da uomini con intenti meno virtuosi. Questo scatenò una serie di vergognosi scandali che misero l’unità della chiesa a dura prova. Martin Lutero e Copernico avrebbero puntato il dito contro il cattolicesimo: nascevano i protestanti e il geocentrismo divino veniva messo in discussione. La chiesa rispose aspramente, poiché nel 1572 apparve una nuova stella nel cielo (ma esso doveva essere incorruttibile, eterno e perfetto) e cinque anni più tardi riapparve una cometa che attraverso il parallasse si misurava essere più lontano della luna (e quindi un altro elemento imperfetto viveva nel mondo celeste?!).
La risposta a tutto ciò fu l’inquisizione contro gli eretici: Giordano Bruno fu messo al rogo e molti scienziati iniziarono a preferire la propria sicurezza alla diffusione delle proprie idee, sebbene fossero genuinamente interessati a conciliare la nuova scienza copernicana con il divino.

Keplero (copernicano e luterano, in pratica il nemico numero uno) era un astronomo che riuscì a scoprire tre cose interessanti sui pianeti vagabondi.

1 – Il quadrato di un anno planetario è un multiplo della distanza del pianeta dal sole elevata al cubo e vale per tutti i pianeti. Pianeti più lontani hanno anni lunghi, mentre quelli più vicini hanno anni brevi.

2 – I pianeti non avevano velocità costante, ma acceleravano e rallentavano.
3- Le orbite non erano cerchi, ma ellissi.

Inoltre, Keplero intuì che i pianeti erano attratti dal sole come da una sorta di forza magnetica. La perfezione celeste era messa gravemente in pericolo.
Galilei costruì un telescopio rudimentale e osservò la Luna e le sue imperfezioni (i crateri). Per questo fu giudicato colpevole da un tribunale di cardinali e costretto a rinnegare quelle scoperte, ritrattandole.

La reazione della chiesa allontanò la scienza e portò a una separazione netta e dolorosa: quel legame speciale non si sarebbe mai più ricucito. La disputa non si sarebbe mai spenta e in futuro Dio sarebbe stato bandito dai discorsi scientifici.

La morte del regno celeste coincide con la morte della madre di Isaac, che era tornato a Woolsthorpe per vegliarla. In quei momenti di delicatezza e commozione, il giovane rimpiangeva molte delle sue scelte e malediva la sua cocciutaggine.
Durante una di queste sere di malinconia, Isaac passava del tempo in giardino perso nei suoi pensieri quando si accorse di essere davanti a una luna bellissima. La stessa che aveva visto quattordici anni prima e che lo aveva spinto a porsi molte domande sui corpi celesti e sulla forza centrifuga.

I suoi dubbi erano questi: perché una mela posta su un albero altissimo cade a terra, mentre la luna no? La luna non cade per effetto della forza centrifuga, che si oppone alla forza gravitazionale esercitata dalla terra.

Isaac immaginò di essere un bambino con una corda annodata al busto. L’altro capo della corda sarebbe stata annodata a un palo, o un albero. Correndo in avanti, questo bambino avrebbe percorso un tragitto circolare, per merito della corda in tensione. Questa corda è la forza gravitazionale, il bambino è la luna e il palo la terra.
Non basta, la luna è in moto perpetuo e rettilineo, che diventa circolare, ancora una volta, per merito della forza centripeta. La forza centripeta esercitata dalla fune, come abbiamo già detto, attira il bambino verso il palo, ma il suo moto rettilineo annulla questo effetto: alla fine dei conti è solo la direzione a cambiare, istante per istante.

Ma se al posto del bambino ci fosse stato un elefante?
L’albero, o il palo, sarebbero stati sradicati: allora dipende dalla massa dei due elementi in gioco. Un elefante non potrebbe sradicare una torre, mentre un palo o un albero piuttosto giovane e sottile: un gioco da ragazzi.
La corda aveva sicuramente un suo ruolo: la lunghezza sembrava essere importante.
Tempo prima Keplero aveva scoperto che un pianeta ruota intorno al sole grazie a una forza centripeta.
Non solo, aveva scoperto che un anno planetario al quadrato valeva il cubo della sua distanza moltiplicata per una costante. Isaac capì subito che queste cose erano collegate.

Isaac tradusse in matematica il suo pensiero: una persona di massa m attaccata a un palo con una corda di lunghezza d compie un giro completo in un tempo T.

La forza subita dalla luna in rotazione attorno alla terra dipendeva solo da due fattori: la massa e la distanza.

Questa scoperta era eretica: dimostrava che qualunque oggetto nell’universo sarebbe stato attratto dalla terra proprio come la luna e la mela. Il regno celeste era in serio pericolo.

L’equazione però non era ancora conclusa: mancava un dettaglio. Intanto bisognava capire la causa dell’attrazione gravitazionale, e poi chiedersi perché gli oggetti cadono sul suolo perpendicolarmente.

Immaginando di ridurre il suolo terrestre a un punto, così come la mela e poi una sventurata luna,era assurdo pensare che solo una particella cadesse sull’altra. Veniva più spontaneo immaginare un’attrazione simile a quella di due calamite. Era decisamente più sensato pensare che la gravità fosse una caratteristica fisica appartenente a tutte le masse dell’universo, e non solo della terra.

Eresia numero due. Il regno terrestre era ben separato da quello celeste e i due regni non avevano le stesse leggi naturali: il regno celeste, secondo aristotele, doveva essere dotato di perfezione, composto di etere immutabile e incorruttibile.

Ma Isaac continuò fiducioso i suoi esperimenti e scoprì che in effetti due masse subivano una forza mutua e reciproca. Nella sua formula cambio m in m1 e m2.
Quella costante fu ribattezzata la Costante gravitazionale di Newton e il regno celeste fu completamente abbattuto, dal momento che l’universo non era più diviso in regno celeste e regno terrestre, ma era unico e governato dalle leggi della fisica.

Gran parte dell’universo non è altro che un agglomerato di particelle di materia che si spingono e si attraggono l’un l’altra reciprocamente.

Quello che dobbiamo comprendere e apprezzare di Isaac è il fatto che Isaac non è diverso da nessuno di noi. Non è stato baciato dalla fortuna, né è stato considerato un bambino prodigio o un lustro per la famiglia.
Tutt’altro.
Isaac è stato bullizzato dagli amici, messo da parte dalla madre, non ha mai avuto un vero esempio da seguire né nella figura materna né in quella paterna. Solo, oppresso per la sua fervida curiosità, debilitato dall’ansia sociale, disarmato dal terrore verso la pandemia.

È nella natura umana (così come per molti animali) giudicare il diverso, temerlo, rifuggirlo o combatterlo. Chi in un modo, chi in un altro, abbiamo tutti fatto esperienza almeno una volta nella vita di questa “ingiustizia” evolutiva.

Se da una parte il concetto di gratitudine, condivisione e collaborazione sono stati un adattamento evolutivo formidabile e decisivo per la sopravvivenza della nostra specie e sono stati alla base della comunità stessa, ciò che va fuori dalla nostra abitudine è istintivamente considerato un potenziale pericolo. Questi scienziati, artisti, pensatori ma anche innovatori, curiosi o persone dalla estrema sensibilità ed empatia lo sanno bene.

Isaac è un esempio da seguire, ci dimostra che per quanto la vita sia difficile e le sfortune sembrino essere magneticamente attratte da noi, spinti dal giusto desiderio di rivalsa e armati di pazienza possiamo non solo ottenere ciò che vogliamo ma anche dare un contributo importante per l’intera comunità mondiale.

Di certo Isaac non ha scoperto la teoria della gravità universale per rendere felice sua madre o dare un aiuto al popolo inglese, non credo proprio. Lo ha fatto per sé stesso e per amore verso la conoscenza, così come un’artista non crea per essere applaudito o per vendere l’opera, quanto più per amore verso l’arte e la gioia del processo.

Andando avanti incuranti delle avversità potremmo essere anche noi Isaac Newton.