Come la rivoluzione scientifica ha reindirizzato il pensiero umano

I secoli XVI e XVII non si limitarono ad aggiungere alcuni fatti nuovi. Strapparono il vecchio regolamento e lo gettarono nel fuoco. Questa è stata una rivoluzione scientifica, un cambiamento epocale nel modo in cui le persone comprendevano la realtà. Per quasi due millenni, il mondo è stato filtrato attraverso la filosofia greca, in particolare Aristotele. Questa visione era qualitativa. Era una questione di scopo. Si chiedeva perché le cose accadessero in senso cosmico, quasi morale.

Poi qualcosa si è rotto.

Entro la metà del XVII secolo la scienza si era sviluppata in una disciplina indipendente. Non era più filosofia. Non si trattava solo di tecnologia pratica. Aveva obiettivi utilitaristici. Voleva risultati. In effetti, si potrebbe sostenere che alla fine di quest’epoca, la scienza aveva tranquillamente usurpato il cristianesimo come principio organizzativo centrale della civiltà europea. Il Rinascimento e la Riforma fornirono il carburante, ma la Rivoluzione scientifica fornì il motore.

Cosa è veramente cambiato?

• Il buon senso è stato rieducato. Il pensiero astratto ha superato l’intuizione. Se sulla carta non aveva senso logico, spesso i tuoi occhi si sbagliavano.
• Il qualitativo è stato sostituito dal quantitativo. La natura non era “calda” o “secca”. Era tutta una questione di numeri. Misure. Dati.
• Prevaleva la metafora della macchina. L’universo non era un organismo vivente con un’anima. Era un orologio.
• È nato il metodo sperimentale. Gli scienziati hanno smesso di cercare le “cause finali” ultime. Cominciarono a chiedersi come funzionano certi sistemi all’interno di quadri teorici definiti.

Questa non era solo ginnastica intellettuale. Si è trattato di un riorientamento fondamentale nell’approccio del cervello umano alla verità.

Esplosione istituzionale

Le nuove idee non esistono nel vuoto. Hai bisogno di infrastrutture.

Il flusso di nuove conoscenze minacciava di sopraffare il vecchio sistema accademico. Non era più sufficiente pubblicare un libro costoso. Non potevi semplicemente sussurrare segreti in un gergo oscuro in uno studio privato o nascondere le tue intuizioni in anagrammi per evitare furti. Quell’era era finita.

Informazioni necessarie per la distribuzione. Velocemente. E andava controllato.

Ciò ha esercitato un’enorme pressione sulle vecchie istituzioni. I filosofi naturali avevano bisogno di conferme indipendenti. Avevano bisogno di colleghi che esaminassero il loro lavoro davanti al pubblico. Quindi costruirono nuove strutture.

Le comunità scientifiche sorsero in Italia all’inizio del XVII secolo. Ma il vero punto forte è arrivato da due potenze nazionali:

1. The Royal Society of London: fondata dal re nel 1662.
2. L’Académie des Sciences: è stata fondata a Parigi nel 1666.

Questi non erano solo club sociali. Erano centri di controllo qualità. Qui, i pensatori si riunivano per studiare, discutere e criticare sia le nuove scoperte che le vecchie teorie. Per sostenere queste discussioni, iniziarono a pubblicare articoli accademici.

L’obiettivo era la comprensibilità universale. Non c’era modo di nascondersi dietro l’oscurità latina. Dovevi scrivere in modo che qualcun altro potesse ripetere il tuo esperimento. La precisione del linguaggio divenne obbligatoria. Se non sei riuscito a riprodurre i risultati, il tuo rapporto originale era sospetto. La mancata replicazione fu la campana a morto della teoria.

Questo sistema ha creato gli strumenti per un attacco massiccio e coordinato ai segreti della natura.

Astronomia

La transizione copernicana: dalla geometria alla realtà fisica

Le rivoluzioni scientifiche non sono iniziate in laboratorio. Le cose iniziano con le stelle.

L’astronomo polacco Nicolaus Copernicus fu il primo a proporre una teoria completamente eliocentrica. Che la Terra possa muoversi non è solo una vaga idea. Questo è il sistema. Ciò è coerente con il potere predittivo del vecchio modello geocentrico proposto da Tolomeo. Ma ribalta la sceneggiatura.

Perché lo ha fatto? Voleva seguire le regole di Platone. Più precisamente è la legge del moto circolare uniforme. Il vecchio sistema era confuso. Manca il senso di unità. Sembrava disarmonico. Copernico voleva comprendere il mondo in modo più chiaro.

Pertanto, ha utilizzato gli stessi dati di Tolomeo. Poi ha capovolto l’universo.

Il sole è arrivato al centro. La terra inizia a ruotare attorno ad esso.

Questo libro, pubblicato nel 1543, sembra semplice in superficie. Qualità semplice. In confronto a ciò, il vecchio sistema geocentrico sembrava pesante. Ma c’è un problema. Per ottenere i numeri giusti, cioè per corrispondere alla precisione del vecchio sistema, i nuovi calcoli erano altrettanto complicati. L’eleganza sta solo nella disposizione, non nel calcolo.

La vera rivoluzione non è nella matematica. Questa è la convinzione che sta dietro.

I seguaci di Platone vedevano questi modelli come strumenti. strumentazione. È utile per i calcoli, ma non è sempre corretto. Copernico si oppose. Sosteneva che l’astronomia deve descrivere i sistemi fisici “reali”. Non è una mappa. Il territorio.

“Affinché l’astronomia sia soddisfacente, deve descrivere i reali sistemi fisici del mondo.”

Il passaggio dallo strumentalismo al realismo cambia tutto. Prevedere la posizione di un pianeta non è sufficiente. Devi spiegare perché è lì.

La vittoria eliocentrica non fu una vittoria schiacciante. È stata un’acquisizione silenziosa e furtiva.

Man mano che i movimenti di resistenza organizzati alla fine si fondevano all’interno della chiesa e della società in generale, le basi intellettuali stavano cambiando. La maggior parte dei principali astronomi professionisti ha segretamente deciso che alcuni componenti del nuovo sistema sono troppo utili per essere gettati via. Potrebbero non accettare il quadro completo, ma ne vogliono delle parti.

Il De revolutionibus orbium coelestium libri VI di Nicolaus Copernicus cambiò le regole del gioco non appena fu pubblicato nel 1543. Il titolo si traduce in “Sei libri sui movimenti dei corpi celesti”. Questo libro è stato scelto come riferimento per la risoluzione di problemi astronomici avanzati principalmente per la sua accuratezza matematica.

L’ipotesi cosmologica centrale del libro – che il sole, e non la terra, sia al centro – è stata in gran parte ignorata dagli astronomi. La vedono come una verità geometrica piuttosto che fisica. Tuttavia, i calcoli erano così accurati che i risultati non potevano essere ignorati. Sebbene questo articolo fosse stato ampiamente letto dagli astronomi matematici, essi ne persero le implicazioni rivoluzionarie.

L’accuratezza guida l’adozione più velocemente dell’ideologia.

Nel 1551, l’astronomo tedesco Erasmus Reinhold pubblicò le Tabulae prutenicae o “Tavole pruteniche”. Questi non sono solo aggiornamenti. Tutti questi sono calcolati utilizzando il metodo copernicano. Il risultato è un set di dati più accurato e aggiornato rispetto alle tabelle precedenti del XIII secolo.

Questi tavoli sono diventati indispensabili. Sia gli astronomi che gli astrologi li usano per le previsioni. Non possiamo lavorare senza di loro.

Questo crea un paradosso. La Chiesa può condannare la teoria, ma non può fermarne la pratica. I professionisti utilizzano questi strumenti indipendentemente dalle questioni filosofiche coinvolte. Il sistema ha vinto non convincendo tutti della sua affidabilità, ma dimostrando la sua utilità.

Chi può discutere con dati migliori? I tavoli funzionavano. I vecchi no. Nella scienza, la praticità spesso prevale sulla fede.

La precisione che spezzò il cielo antico

Tycho Brahe non si è limitato a osservare le stelle. Li ha misurati.

Nel XVI secolo lo spazio era controverso. D’altra parte c’è il modello eliocentrico di Tolomeo. D’altra parte, la teoria eliocentrica di Copernico. Tycho li respinse entrambi. Non ha provato a scegliere un vincitore. Cercò di correggere i dati confusi e imprecisi che avevano tenuto gli astronomi nel dubbio per secoli.

La sua soluzione non era una nuova teoria. Era un hardware migliore.

Prima di Tycho, le osservazioni erano solo supposizioni. Gli strumenti tremavano. Le calibrazioni erano lente. Tycho ha creato strumenti più grandi e più stabili. Li ha calibrati finché non sono stati affidabili. Poi guardò. Per decenni. Notte dopo notte. Un pianeta dopo l’altro.

I risultati hanno cambiato tutto.

I suoi dati erano precisi entro un minuto d’arco. Sembra piccolo. Questo è rivoluzionario. È molte volte più accurato di qualsiasi cosa mai registrata. Questo non è solo un piccolo miglioramento. Si tratta di un salto di qualità.

Questa precisione rivela crepe nell’antica visione del mondo.

Ad esempio, nella “nova” del 1572, una nuova stella luminosa apparve nel cielo. Nella fisica di Aristotele si diceva che il cielo fosse immutabile. La perfezione non svanisce né cambia mai. Pertanto è impossibile che nascano nuove stelle. Ma Tycho lo ha misurato. Non c’è parallasse. La destinazione è lontana. Ben oltre la luna. Il cielo non è statico. sono cambiati.

Poi c’erano le comete.

Aristotele insegnava che il cielo è pieno di solide sfere di cristallo. I pianeti sono incastonati in esso come perle in una cornice rigida. La cometa dovrebbe essere bloccata. Almeno dovrebbe muoversi nel raggio d’azione della luna. Le osservazioni di Tycho hanno mostrato che la cometa è passata attraverso una regione dove esisterebbe una sfera solida. muoversi liberamente. Queste palline non devono essere solide. non esistono.

Tycho aveva distrutto il vecchio modello con i dati.

Tuttavia non la sostituì con la teoria eliocentrica di Copernico. Non è mai tornato a Tolomeo. Aveva bisogno di una terza opzione. Questo è il compromesso che preserva la matematica e mantiene la Terra al suo posto.

Ha adattato un’idea più vecchia di Eracleide. Nel suo sistema mondiale, la Terra rimaneva al centro. Il sole e la luna ruotano attorno alla terra. Ma gli altri pianeti, Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno, orbitano attorno al Sole.

È un miscuglio. Una via di mezzo disordinata. Ciò evita l’influenza estrema delle due grandi teorie. Continuiamo ad ancorare la terra in un modo che ci renda teologicamente e fisicamente a nostro agio. Riconosce l’influenza del sole sulle stelle erranti.

Tycho non ha cercato di dimostrare che il sole fosse al centro. Ha deciso di vedere chiaramente.

Il suo strumento è la chiave. La sua tenacia è la sua forza trainante.

Le informazioni che raccolse non solo contraddicevano Aristotele; Fornì le prove che alla fine costrinsero la comunità scientifica ad accettare la nuova astronomia. Il suo successore Giovanni Keplero usò i dati di Tycho per ricavare orbite ellittiche. Tuttavia, senza le osservazioni costanti e accurate di Tycho, Keplero non avrebbe potuto ottenere i suoi valori numerici.

Alla fine il sistema di Tycho era sbagliato. Il Sole non è solo un pianeta compagno. È il centro. Ma la sua eredità non è un modello. Fallo così.

Ci ha insegnato di cosa è capace il paradiso. Ci ha insegnato di cosa è capace il paradiso.

I calcoli complicati di #Kepler e la morte del cerchio perfetto

Johannes Kepler non iniziò come un ribelle. Ha iniziato come credente.

All’inizio del XVII secolo, prese il modello copernicano della terra in orbita attorno al sole e cercò di farlo funzionare. Non si tratta solo di farlo funzionare. Rendiamolo bello.

Era guidato da uno specifico tipo di ossessione. Un prurito neopitagorico. Credeva che Dio avesse costruito l’universo partendo da semplici numeri armonici. Se riuscisse a trovare l’equazione corretta, sarebbe in grado di dimostrare l’ordine divino dell’universo.

Questa sembra una ricetta per il successo.

Il risultato è stato 30 anni di frustrazione.

Keplero esaminò i dati. Calcolò le orbite finché non gli bruciarono gli occhi. Stava cercando la forma geometrica perfetta. I solidi platonici. Moto circolare uniforme. L’idea che i pianeti si muovano in cicli puliti e ininterrotti.

Ma i numeri non mentono.

non lo fanno mai.

Più specificamente, i dati provenienti da Marte, in particolare, si rifiutavano di adattarsi a un cerchio. Era fuori di un piccolo margine. Un piccolo frammento di errore. Per la maggior parte degli astronomi, questo è rumore. Ignorato. Spiegato.

Keplero non poteva ignorarlo.

Si rese conto che il cerchio era una bugia.

ispirazione. Consolazione filosofica. Tuttavia, non è così.

Questo fu il momento in cui morì l’antica astronomia. Keplero dovette abbandonare la geometria sacra degli antichi. Deve ammettere che il movimento dei pianeti non è perfetto. Questa è tutta una questione di fisica. Questa è una storia sul potere.

Ha trovato un rapporto diverso. Un’ellisse.

Non era così armonioso come aveva sperato. Non è semplice. Ma è vero.

Il vero ordine dell’universo non si preoccupa delle nostre preferenze estetiche.

L’ostinazione di Keplero lo costrinse a vedere solo ciò che c’era, non ciò che avrebbe voluto che ci fosse. Ha barattato la bellezza matematica con la precisione fisica.

In tal modo, gettò le basi per Newton.

Per la prima volta, il cielo non è più solo una perfetta sfera di un orologio. Sono sistemi governati da leggi misurabili, anche se confuse.

Ha passato la vita alla ricerca dell’armonia.

Invece, ha trovato attrito.

Forse la maggior parte delle vere scoperte inizia qui. Non è un’epifania. Ma c’è un problema che non può essere risolto.

Per secoli si è creduto che il cielo fosse governato da un cerchio perfetto. Questa illusione andò in frantumi nel 1609. Giovanni Keplero pubblicò due leggi rivoluzionarie, basate sulle precise osservazioni lasciate dal suo predecessore Tycho Brahe, che ridefinirono la nostra comprensione del sistema solare.

La prima legge era uno shock visivo. I pianeti non tracciano cerchi perfetti attorno al sole. Si muovono lungo un’ellisse. Il sole non è al centro, ma in uno dei due punti focali di quel percorso ovale.

“Con queste due leggi Keplero abbandonò il moto circolare uniforme dei pianeti su una sfera e sollevò così la questione fisica fondamentale di cosa mantiene i pianeti in orbita.”

La seconda legge riguardava la velocità. I pianeti non si muovono a velocità costante. Quando è più vicino al Sole, accelera. Quando è più lontano, rallenta. Keplero lo spiegò con un trucco geometrico. Se tracci una linea dal pianeta al sole, la linea coprirà la stessa area nello stesso lasso di tempo. Questa è una descrizione del movimento non uniforme che in qualche modo mantiene un certo equilibrio matematico.

Questo cambiamento è più di un semplice cambiamento nella geometria. Ha forzato una collisione tra due discipline precedentemente separate. L’astronomia è il rilevamento delle posizioni. La fisica riguarda le forze e la materia. Le leggi di Keplero richiedono una spiegazione non solo di “come” si muovono i pianeti, ma anche del “perché” si muovono in quel modo.

Si ispirò al lavoro del medico inglese William Gilbert, che pubblicò il suo De Magnete nel 1600. Gilbert descrisse in dettaglio le proprietà qualitative del magnetismo e spiegò come i magneti si attraggono e si respingono. Keplero sospettava che qualcosa di simile fosse all’opera nello spazio. Propose che una forza analoga al magnetismo spingesse i pianeti lungo le loro tracce ellittiche.

Questa è solo una supposizione. Per gli standard odierni, rozzo, per gli standard moderni. Tuttavia, questo fu il primo serio tentativo di fornire una base fisica alla meccanica celeste. Il matrimonio tra astronomia e fisica fu annunciato.

Cinque anni dopo, nel 1618, Keplero aggiunse un terzo pezzo al puzzle. Questa legge non ha nulla a che fare con la forma dell’orbita e con i ritmi del sistema solare. Risolvere il problema dell’armonizzazione del moto planetario.

La regola era semplice, ma profonda: il quadrato del tempo impiegato da un pianeta per orbitare attorno al sole è proporzionale al cubo della sua distanza media dal sole.

Questa relazione collega il tempo e lo spazio in un modo che si applica a tutti i pianeti. Non si trattava solo di Marte o della Terra. Questa è una regola universale. Più il pianeta è distante, più lungo è il suo anno, e questo rapporto segue una curva matematica precisa.

Keplero spostò la discussione dalla descrizione al meccanismo. Mostra che il cielo non è divino e immutabile, ma governato da regole che possono essere spiegate attraverso la misurazione, il calcolo e, in ultima analisi, la forza. Il palco è pronto. Il terreno era pronto perché qualcuno potesse capire cosa fosse realmente quella forza.

Il telescopio frantuma il cielo antico

Il vecchio ordine cosmico non solo è crollato; Crollò sotto il peso dell’invenzione del molatore olandese. All’inizio del XVII secolo, Galileo Galilei indicò questo nuovo strumento, ma ciò che vide non corrispondeva alla scrittura aristotelica. Nel 1610 abbandonò osservazioni che sembravano meno scientifiche e più eretiche al pensiero consolidato.

La luna non è la sfera perfetta e liscia che i filosofi sostengono da secoli. È frastagliato. Montuoso. Genuino. Il modo in cui la luce della terra illuminava il lato oscuro della luna rivela una verità semplice ma devastante. La Terra, come gli altri pianeti, brilla per la luce riflessa, non per la sua innata brillantezza.

Poi venne Giove. Aveva i satelliti.

Questo fatto è un duro colpo per il modello geocentrico. Se Giove può sostenere le lune mentre si muovono nello spazio, perché non la Terra? La Terra non è più l’unica ancora fissa nello spazio. È solo un altro pianeta. Le fasi di Venere lo determinano. Venere orbita attorno al sole, non alla terra. Il sistema tolemaico fu costruito su secoli di attenta osservazione e conforto filosofico, e non c’era più nulla a cui aggrapparsi.

La battaglia tra meccanica e copernicanesimo

La battaglia sul modello copernicano non riguarda solo l’astronomia. Questa è una lotta per le regole del movimento. Il sistema tolemaico-aristotelico era enorme. Stava o cadeva come uno. La sua fondazione era semplice. La Terra è fissata nel mezzo.

Togliendolo, l’intera dottrina del “movimento naturale” evapora.

Nella vecchia visione, gli oggetti si spostano per trovare il loro “posto”. Poiché la Terra è al centro, gli oggetti pesanti cadono. Le cose leggere sorgono per cercare il regno della luna. Il moto circolare è riservato al cielo, dove le cose sono perfette ed eterne.

Ma cosa succede se la Terra si muove? Se gira e orbita? Poi le regole cambiano. Il moto circolare della terra non è compatibile con la fisica aristotelica. Rompe la logica che ha resistito… per oltre un millennio al pensiero occidentale. C’è di più in questa battaglia oltre a ciò che vedi attraverso una lente. Il mondo funziona davvero come dovrebbe o l’intera mappa è sbagliata?

La svolta di Galileo nel campo della meccanica non fu solo un esercizio accademico. sono armi. Ne aveva bisogno per difendere il suo modello copernicano dell’universo.

Il giovane Galileo iniziò con le vecchie regole. Credeva nella fisica tradizionale della propulsione. L’idea è semplice. Lo spintore applica una forza all’oggetto e questa forza muove l’oggetto finché non si esaurisce. Tuttavia, Galileo aveva altre preferenze. Voleva matematizzare la natura come Archimede. Non poteva restare fedele ai vecchi metodi. Aveva bisogno di un nuovo fisico. Una persona che sa fare matematica. Un modello per comprendere l’universo basato sul movimento della Terra.

Matematica sugli oggetti che cadono

Si chiese quanto velocemente le cose andarono peggiorando. Non è solo “veloce”, è “come” accelera. Questa è l’accelerazione naturale di un oggetto che cade.

lo ha risolto. La distanza di caduta di un oggetto s è proporzionale al quadrato del tempo t². Una semplice equazione. Il suo significato è profondo. Le cose semplicemente non cadono. Accelera secondo un ritmo geometrico prevedibile.

Munizioni e movimenti

Questa equazione non è sola. Lo combinò con la versione base del principio di inerzia. risultato? Traiettoria del moto parabolico.

Fino ad ora non esisteva una vera spiegazione del motivo per cui le conchiglie formano tali archi. Galileo ha mostrato la matematica dietro l’arco. Questa non è magia. Questa non è la volontà di Dio. Questa è la geometria in movimento.

Perché il movimento della terra sembra movimento?

Questo ci ha portato molta opposizione. Se la terra gira, perché non possiamo sentirlo? Perché non possiamo lasciare andare?

La risposta di Galileo si basava sullo stesso principio di inerzia. Un corpo in movimento tende a restare in movimento. Gli oggetti sulla superficie terrestre si sono mossi con la terra. Condividevano un negozio.

Gli oggetti in movimento tendono a rimanere in movimento, quindi i proiettili e altri oggetti a terra condividono il movimento della Terra e sono quindi impercettibili per una persona che si trova sulla Terra.

Non senti che la terra gira perché fai parte del sistema. L’aria si muove con te. La terra si muove con te. Anche gli oggetti intorno a te si muovono con te. È senza soluzione di continuità. O almeno così è, finché qualcuno non prova a dimostrare il contrario.

Perché Cartesio rifiutava lo spazio vuoto

René Descartes non era impegnato a risolvere problemi tecnici. Il suo lavoro meccanico nel XVII secolo non riguardava la costruzione di macchine migliori, ma la ricostruzione delle basi della scienza stessa. Voleva spiegare tutti i fenomeni naturali attraverso la lente della materia e del movimento. Questo approccio divenne noto come “filosofia meccanicistica” e presto dominò il pensiero scientifico nel secolo successivo.

La sua logica è rigorosa. Non credeva che un oggetto potesse influenzarne un altro attraverso il vuoto. Azione a distanza? Impossibile. Invece, la forza deve essere trasmessa attraverso un mezzo fisico. Lo chiamò “etere”. Riempie ogni centimetro di spazio e non lascia alcun vero vuoto.

Il problema delle linee rette

Questa è una cosa strana in fisica. Cartesio accettò una versione dell’inerzia. La materia vuole muoversi in linea retta. È abbastanza semplice. Ma c’è un problema. Nessuna sostanza può occupare uno spazio già occupato da un’altra sostanza.

Quindi cosa succede se tutto è pieno di etere e le particelle vogliono andare dritte ma non riescono a attraversarsi?

In un universo completamente affollato, il movimento lineare è impossibile. Invece, le particelle sono costrette a ruotare. Si muovono sotto forma di un anello. Ogni particella nell’anello si muove contemporaneamente alle altre particelle. L’unico movimento possibile nel plenum è un vortice.

Il dominio della filosofia meccanica

Questa è più di una semplice variazione dell’idea di Newton. Questo era il tema principale della scienza nel XVII secolo. Cartesio allontanò la scienza dalle spiegazioni mistiche o mistiche insistendo sul fatto che tutto può essere spiegato in termini di “materia e movimento”. Voleva un modello meccanico del cosmo.

Tuttavia, questo modello ha un costo. L’universo da lui descritto era un sistema di densi vortici. La gravità non è una forza che trascina gli oggetti nello spazio. Questo è il risultato di un movimento circolare che spinge il bersaglio verso il centro. Questo è un sistema completo. È elegante. Si è rivelato un errore.

Tuttavia, questo cambiamento è importante. Si passa da un senso teleologico del “perché” le cose accadono a una discussione su “come” accadono meccanicamente. Anche se il suo particolare meccanismo fallì, la necessità di una spiegazione materiale delle forze pose le basi per tutto ciò che seguì.

Risolvere il mistero della collisione

Christiaan Huygens non si è limitato a seguire le orme di René Descartes. Ha riparato le fondamenta. Cartesio credeva che tutto in natura avvenga attraverso collisioni di minuscole particelle. Se questo è vero, si tratta di comprenderne le conseguenze. Senza la conoscenza della matematica delle collisioni, è impossibile comprendere il funzionamento dell’universo.

Cartesio ha cercato di capirlo. Era fuori. Le sue regole sugli incidenti sono confuse e incoerenti. Un fisico olandese ha rivelato questo fatto. Questo fisico era Huygens.

Huygens è tornato all’inizio. Ha osservato gli oggetti in movimento prima e dopo la collisione. Ha trovato uno schema. Modello autentico. Non è una supposizione.

Ha identificato due quantità che rimangono immutate nel caos della collisione: Momento e Energia cinetica.

Ecco il problema. Lo slancio è sempre mantenuto. Non importa se l’impatto è morbido o duro. Resiste e basta.

Energia cinetica? È diverso. Si conserva solo negli urti elastici. Considera il biliardo. Perfettamente rigido. Nessuna perdita di calore. Non c’è suono. Rimbalza perfettamente. L’energia rimane nel gioco.

Lascia cadere un pezzo di argilla. Ha colpito il pavimento. Non ci saranno rimbalzi. L’energia cinetica viene persa. Produce calore, suono e deformazione. Lo slancio esiste ancora. La terra si allontana un po’. Ma per quanto riguarda l’energia? Andato dal sistema meccanico.

Huygens lo scoprì nel 1660. Molto prima che la parola “energia” diventasse standard. Ha scoperto che in questi rimbalzi perfetti, la somma della massa per la velocità al quadrato rimane costante.

Questa distinzione è importante. Separa il mondo reale da quello ideale. Le collisioni reali sono raramente elastiche. Attrito. Deformazione. Calore. Questi assorbono energia cinetica. Ma lo slancio non scompare mai. Si trasferisce. Si sposta.

Cartesio credeva che tutte le collisioni seguissero semplici regole aritmetiche. Huygens ha dimostrato che la fisica richiede più sfumature. Devi sapere con che tipo di collisione hai a che fare. Elastico? L’energia resta. Elastico? Perdita di energia.

Questa non è solo una questione accademica. Ha cambiato il modo in cui calcoliamo le forze. Ha cambiato il modo in cui venivano costruiti i motori. Come progettiamo le caratteristiche di sicurezza. Come comprendiamo il movimento dei pianeti?

Le leggi di Huygens non si limitavano a descrivere l’incidente. Hanno predetto le conseguenze. E lo hanno fatto con precisione.

Sir Isaac Newton non si è limitato a partecipare alla rivoluzione scientifica. l’ha effettivamente conclusa. Alla fine del XVII secolo, il mistero del funzionamento dell’universo era ancora frammentato. I Principia Mathematica di Newton, pubblicati nel 1687, unirono insieme questi pezzi. Questo è più di un semplice libro. Era una soluzione.

I Principia risolvevano un complicato problema di meccanica e cosmologia che aveva lasciato perplessi gli scienziati per decenni. Dà peso fisico alle leggi di Keplero. Combina la fisica del cielo con la fisica della terra su cui camminiamo. Per più di un secolo, questo quadro ha definito il modo in cui astronomi e fisici conducono le loro ricerche. Newton raggiunse questo obiettivo combinando due idee opposte: la filosofia meccanica, che vedeva l’universo come un orologio, e la matematizzazione della natura, che credeva che la realtà potesse essere descritta da numeri ed equazioni.

Tre leggi del movimento

Newton trasse queste conclusioni di vasta portata da tre semplici affermazioni sul movimento. Sembrano basilari adesso. Erano rivoluzionari allora.

1. Inerzia : un oggetto rimane fermo o continua a muoversi in linea retta a meno che una forza non lo spinga o lo tiri.
2. Forza e accelerazione : la variazione del movimento è proporzionale alla forza applicata e avviene nella direzione di questa forza.
3. Azioni e reazioni : ogni azione ha una reazione uguale e contraria. Due corpi si spingono l’uno contro l’altro con la stessa forza.

Vale la pena notare che lo stesso Newton non scrisse la seconda legge nella forma F = ma. Il matematico svizzero Leonhard Euler lo perfezionò nella sua forma moderna nel 1750. Tuttavia, l’idea centrale rimane la stessa. Il tasso di variazione della velocità è direttamente proporzionale alla forza con cui spingi e inversamente proporzionale al peso dell’oggetto. Più massa significa che è necessaria più forza per spostarlo.

Gravità e universo infinito

Applicare queste leggi alle stelle richiede un atto di fede. Newton dovette espandere la sua filosofia meccanica oltre i limiti fissati da René Descartes. Cartesio credeva nel potere del tatto. Cioè, le cose interagiscono solo se sono connesse. Newton si oppose. Ha sostenuto che la gravità agisce su “qualsiasi cosa” tra due oggetti nell’universo.

Non sapeva come funzionasse questo potere. Non esiste alcun meccanismo per spiegare come la gravità si muove nello spazio senza un mezzo. È il mistero del comportamento remoto che tiene svegli la notte i filosofi. Ma i conti funzionano.

Usando le leggi del movimento e l’indebolimento della gravità come l’inverso del quadrato della distanza tra due oggetti, Newton derivò le leggi di Keplero sul moto planetario. Dimostrò anche che la legge della caduta libera di Galileo era pienamente compatibile con il suo sistema. La stessa forza che attira la mela a terra mantiene la Luna in orbita attorno alla Terra e i pianeti in orbita attorno al Sole. Era una forza. Una regola.

Appiattire il mondo

La fisica newtoniana fa previsioni accurate e verificabili sulla forma del nostro pianeta. Credeva che la terra non fosse una sfera perfetta. Poiché ruota, dovrebbe sporgere all’equatore. Dovrebbe essere leggermente appiattito ai poli.

Questa non è solo una teoria. Questa è una sfida. A metà del XVIII secolo, spedizioni francesi furono inviate per misurare la sua lunghezza a latitudini vicine all’equatore e attorno al circolo polare artico. I risultati confermarono la previsione di Newton. I dati erano innegabili. La maggior parte degli scienziati europei alla fine rifiutò il modello cartesiano. Si sono rivolti alla fisica newtoniana.

Newton utilizzò questa forma oblata per spiegare un altro fenomeno: la precessione degli equinozi. La Luna e il Sole esercitano una forza gravitazionale diversa sul rigonfiamento equatoriale della Terra. Questo effetto differenziale fa sì che l’asse terrestre oscilli lentamente e cambi direzione nel tempo. Si tratta di una complessa danza di gravità e rotazione, risolta dalle stesse equazioni che governano la caduta di una mela.

Ottica

Mentre l’attenzione di Principia era rivolta alla meccanica, il lavoro di Newton sull’ottica fu altrettanto dirompente. Nel corso degli anni ha sperimentato con la luce, ad esempio utilizzando un prisma per dividere la luce bianca in diversi colori.

Nel XVII secolo si verificò qualcosa di più di una semplice rivoluzione scientifica. Lo ha vissuto attraverso la lente dell’ottica. Questa non è filosofia fine a se stessa. È una combinazione caotica e meravigliosa di esperimenti pratici e numeri freddi e duri.

Le radici affondano nel profondo. Intorno al 300 a.C. Euclide scrisse le basi dell’ottica geometrica. Ha centrato la legge della riflessione. L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione. Semplice. elegante. Tuttavia, fu solo nel XIII secolo che la pratica reEverythingy cominciò a diffondersi in Europa.

Ruggero Bacone. Roberto Grossatesta. Giovanni Pecham. They Everything ha studiato le opere dello studioso arabo Ibn al-Haytham, che morì intorno al 1040. Ibn al-Haytham era un vero maestro che affrontava tutto, dall’arcobaleno a ciò che vediamo realmente. Gli europei hanno costruito sulle sue spalle.

Il successivo fu Giovanni Keplero.

Lesse documenti del XIII secolo. Ha visto una strada da percorrere. Keplero ha cambiato le cose scomponendole. Punto per punto. Traccia i raggi da ciascun punto dell’oggetto a un punto specifico dell’immagine. Questo è un cambiamento fondamentale.

Proprio come la filosofia meccanica ha scomposto il mondo in parti atomiche, Keplero ha studiato l’ottica scomponendo la realtà organica in unità sostanzialmente reali.

Tratta la luce come una macchina. Ha sviluppato una teoria geometrica delle lenti. In questo modo fornì la prima vera spiegazione matematica del telescopio di Galileo. Non si è limitato a descriverlo. lo ha risolto.

Ma la storia non riguarda solo la geometria.

René Descartes voleva di più. Voleva integrare l’ottica in una nuova filosofia meccanica. Per Cartesio la luce era più di un semplice raggio o un angolo. Questa è materia in movimento. Qualunque cosa.

Ha usato analogie meccaniche per dimostrarlo. Ha derivato matematico tutto dalla legge della riflessione. Ha anche affrontato la rifrazione. Questa è una proprietà della luce scoperta di recente e Cartesio ne ha decifrato il codice. Ha dimostrato che il comportamento della luce può essere completamente spiegato dalle leggi della materia e del movimento.

Non c’è magia. Non ci sono caratteristiche misteriose. Solo meccanica.

Questo cambiamento è stato importante. Cambia l’ottica da scienza descrittiva a scienza predittiva. Puoi calcolare gli effetti di luce prima ancora di impostare l’obiettivo. Ha aperto la strada a strumenti che avrebbero definito il secolo successivo.

La tensione tra geometria e meccanica non fu risolta immediatamente. I raggi di Keplero e le particelle cartesiane sono corrette in una certa misura. Ma indicano un diverso tipo di futuro. Uno verso la precisione degli strumenti. L’altro verso la fisica dell’energia.

Stiamo ancora districando quel nodo.

Esperimento del prisma di Newton

Per secoli si è creduto comunemente che la luce bianca fosse pura con l’aggiunta di colore. Pensatori come Cartesio credevano che il colore fosse creato dalla rotazione delle particelle di luce. Newton distrusse questa idea con un esperimento valido ancora oggi.

Dimostra che la luce bianca non è semplice. È una miscela di tutti i colori. Quando si fa passare la luce bianca attraverso un prisma, non diventa solo un “colore”. Si è diviso.

La luce bianca è una miscela di luci di diversi colori che possono essere separate.

Newton associava certi colori ad un certo grado di rifrangibilità. Questo spiega perché i prismi producono spettri. Raggi diversi si piegano ad angoli diversi. Il blu si piega più del rosso. Lo spettro non è creato dal vetro. Lo ha rivelato.

Ciò smentisce la teoria tradizionale. Il colore non è una variante della luce bianca. Erano già lì ad aspettare nel bianco.

Newton non si limitò a guardare. ha misurato.

Il suo approccio sperimentale è definito da una costante attenzione ai dati quantitativi. Ha bisogno di variabili che tu possa valutare. Deve tracciare una linea chiara tra ciò che vede e la storia meccanica che racconta del “perché” lo vede. Questa differenza era il suo marchio di fabbrica.

Ma l’altro suo importante contributo all’ottica andò oltre le semplici misurazioni. Implica interferenze.

Conosci il fenomeno. Un arcobaleno gira in una pozza d’olio. Le bolle di sapone brillano dei colori dell’arcobaleno. Questi sono gli anelli di Newton.

Prima di Newton, le persone percepivano i colori attraverso pellicole sottili. Lo hanno fatto tutti. Ma nessuno ha mai provato a misurare questa magia. Newton lo ha cambiato. Ha monitorato la relazione tra lo spessore della membrana e il diametro degli anelli. Ha trovato uno schema. Ci sono delle regolarità.

Ha cercato di spiegare questo con le teorie degli “attacchi di facile trasmissione” e degli “attacchi di facile riflessione”.

È qui che diventa strano.

Newton generalmente credeva che la luce fosse composta da particelle. Corpuscoli. Ma la sua descrizione di questi anelli richiedeva regolarità. Deve vibrare. Più precisamente, è la vibrazione dell’etere.

etere. un ipotetico fluido permea ogni spazio.

Pertanto, i teorici delle particelle hanno utilizzato i media basati sulle onde per spiegare le loro scoperte. Ti stai contraddicendo? Forse. O semplicemente qualcuno che cerca di centrare i numeri ad ogni costo.

Huygens e l’impulso

Christiaan Huygens fu un altro gigante dell’ottica del XVII secolo.

Ha criticato Cartesio. Ha analizzato in dettaglio il sistema di Cartesio. Tuttavia, Huygens seguì la tradizione cartesiana. Voleva una spiegazione meccanica. Molto meccanico.

Vide la luce come impulsi. Un disturbo che viaggia attraverso un mezzo.

Ma ha tracciato il limite. Ha chiaramente negato che gli impulsi luminosi fossero regolari. Non ci sono onde. Non ci sono loop. Pulsa e basta.

Huygens ha fatto cose impressionanti con il concetto di fronte d’onda. Derivò le leggi della riflessione e della rifrazione dalla teoria degli impulsi. Non li ha semplicemente descritti. Li ha calcolati.

Ha anche risolto il problema della birifrangenza. Un fenomeno osservato di recente sta confondendo tutti. Huygens ha utilizzato un modello per spiegarlo.

Il palco è pronto. Due menti. Due modi. Uno è ossessionato dalla misurazione e dall’adattamento, l’altro dagli impulsi e dai fronti d’onda. La discussione sulla natura della luce è lungi dall’essere conclusa.

Chimica

La chimica non è una novità. Ha trovato la sua strada nella filosofia, nell’alchimia, nella metallurgia e nella medicina. Nel corso dei secoli questi campi si sono compenetrati a vicenda. Fu solo nel XVII secolo che nacque la filosofia meccanica e la chimica si affermò finalmente come scienza indipendente.

Prima della rottura tutto era connesso. Aristotele scoprì che la terra, l’acqua, l’aria e il fuoco sono gli elementi costitutivi della realtà. Non sono statici. Puoi trasformarne l’uno nell’altro. Ogni sostanza contiene una miscela di tutte e quattro le sostanze. Quel pensiero rimase.

Poi venne l’alchimia. È nato in due regioni contemporaneamente: Egitto e Medio Oriente. In realtà è la trasmutazione o la produzione di oro dal piombo e da altri metalli vili. In teoria, è uno specchio dell’universo. Gli alchimisti credevano che il corpo umano fosse un riflesso dell’universo. Tratta il microcosmo allo stesso modo del macromondo.

Questa duplice natura fornisce alla chimica un’ampia gamma di strumenti. Gli alchimisti lavorano con sostanze che non sono disponibili per gli altri. Testano, bruciano e distillano. Hanno lasciato dietro di sé una lunga e confusa tradizione di esperienza.

Paracelso ha reso le cose ancora più complicate. Questo filosofo naturale svizzero del XVI secolo fece molto più che studiare chimica. Lo combina con tutto il resto. Adottò la teoria della materia di Aristotele. Stava mescolando la corrispondenza alchemica. Ha aggiunto la conoscenza occulta e la medicina chimica. Il risultato è stato denso. Molto difficile da leggere. Ma ha un effetto. Le sue idee hanno influenzato generazioni di pensatori dopo di lui.

All’inizio del XVII secolo la situazione era caotica. Nessuna dottrina condivisa. Nessun quadro comune. I chimici non potevano sviluppare le reciproche ricerche perché non parlavano la stessa lingua. La crescita è stata stagnante.

Invece di collaborare, costruirono “filosofie chimiche”. Questi sistemi dettagliati hanno lo scopo di descrivere l’intero universo utilizzando solo termini chimici. La maggior parte è rimasta fedele alla vecchia guardia. Accettarono i quattro elementi di Aristotele. Oppure i Tre Principi di Paracelsiano: Sale, Zolfo e Mercurio. Alcune persone accettano entrambi. Queste sono le “vere qualità” della materia.

Ma c’è un’altra spinta. Quello più scuro. Molti chimici di quest’epoca mostravano chiaramente una tendenza verso l’occulto. Perché lo stanno facendo? Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che il mondo visibile da solo non è sufficiente. Forse è perché stanno ancora perseguendo i loro sogni alchemici di verità nascoste.

Controllo meccanico in chimica

Fino a questa rivoluzione, la chimica era una raccolta di osservazioni disparate senza un quadro di riferimento unificato. la filosofia meccanica offre qualcosa di raro: un linguaggio comune. Questa non è solo una teoria. È un ponte. Considerando la materia come un oggetto fisico che si comporta secondo leggi, i chimici finalmente parlano ai fisici.

Perché è importante? Perché rende la chimica rispettabile.

In passato, l’alchimia e la chimica antica erano spesso considerate professioni mistiche o puramente pratiche. L’approccio meccanico ha spazzato via il mistero. Ciò dimostra che se potessimo descrivere la reazione in termini di movimento e collisione, allora l’avremmo spiegata. Questa combinazione con l’empirismo sperimentale conferisce al campo un significato intellettuale. Ha trasformato il confuso mondo dei farmaci e delle vernici nei chiari termini di una nuova rivoluzione scientifica.

Robert Boyle è al centro di questo cambiamento.

È più di un teorico. E’ nel laboratorio. Il lavoro di Boyle ha un chiaro programma in tre parti:
– Comprendere le proprietà chimiche delle sostanze attraverso l’osservazione accurata.
– Fornisce prova sperimentale della filosofia della macchina.
– Dimostra che tutti i fenomeni chimici possono essere ridotti a termini meccanici.

Sebbene fosse un eccezionale chimico sperimentale, spesso trascurato a favore dei suoi scritti teorici. Ma le sue abilità pratiche sono la vera chiave. Ha sviluppato tecniche critiche ancora oggi fondamentali. Questi includono test di riconoscimento del colore. Questi non sono solo espedienti. Si trattava dei primi tentativi di creare criteri oggettivi e riproducibili per identificare le sostanze.

“Lo scopo della sua ricerca era comprendere le proprietà chimiche della materia e dimostrare che tutte le proprietà chimiche possono essere spiegate in termini meccanici.”

Il successo di Boyle dimostrò che il modello meccanico era più di una semplice preferenza filosofica. Era uno strumento di lavoro. Ciò consente ai chimici di passare dall’ipotesi alla misurazione. La porta alla chimica moderna si apre attraverso un’osservazione accurata.