logo fillide

il sublime rovesciato: comico umorismo e affini

Saggi e rassegne

Leonardo Colletti

Dalla pila alla radio: una storia stilizzata dell’elettromagnetismo e relativa epistemologia

A volte l’umorismo, esattamente come la storia, nasce da una rilettura a posteriori di fatti e parole già accaduti e pronunciati, i quali acquistano un senso definitivo e magari inaspettato solo alla luce di un momento rivelatore finale. Così, il dramma di un’interrogazione scolastica o il disagio di un mal di pancia si trasfigurano, a distanza di anni, in momenti comici da raccontare agli amici.

Ritroviamo quest’idea, di un percorso cioè che acquista o muta di senso solo nel momento in cui si apre alla sua tappa finale, – tanto per coprire un larghissimo arco temporale nella storia della filosofia – sia in Aristotele (è nell’atto di essere fiore che si rivela che quel che era un seme conteneva la potenzialità di essere fiore, oltre all’atto di essere seme) che in Sartre (SARTRE 1943, parte seconda, II): il passato si configura come un insieme di fatti a cui l’uomo al presente può liberamente attribuire il peso che preferisce, poiché il mondo dei valori è un mondo che l’uomo, ciascun uomo, si sceglie da sé. Anche Steve Jobs ne ha reso recentemente una forma declinata in senso più personale e intimistico: «You can’t connect the dots looking forward, you can only connect them looking backwards» (JOBS 2005).

L’obiettivo di questo articolo è quello di mostrare che, se i puntini sono quelli della storia dell’elettromagnetismo, allora è possibile ricavarne una versione dotata di una curiosa sfumatura umoristica, che è d’altra parte percorsa sotto traccia da una collezione di serissimi aspetti che esemplificano una buona parte dell’epistemologia della fisica.

Prima però, e senza l’intenzione di sviluppare tale argomento, vorrei integrare il breve, e comunque incompleto, elenco delle ricorrenze di questa idea di una lettura a ritroso di una storia partendo dal suo esito, con la constatazione che anche nella fisica moderna, e non solo nella sua storia, si è fatto largo un concetto di questo genere. Il meccanicismo, che Laplace spiega ricorrendo alla famosa immagine di un’Intelligenza che potrebbe conoscere tanto il futuro quanto il passato dell’universo, misurandone lo stato in un suo preciso istante e risolvendo un sistema di equazioni differenziali (LAPLACE 1914, Introduzione), ha infatti lasciato spazio, nell’interpretazione ortodossa delle meccanica quantistica, al paradosso – paradosso se adottiamo le teorie classiche – secondo il quale un evento luminoso può percorrere distanze di anni-luce prima che un osservatore ne decida, qui e ora, scegliendo se rivelarlo con un fotomoltiplicatore oppure con uno schermo a doppia fenditura, non solo la natura (corpuscolare o ondulatoria) presente, ma anche quella del suo passato, determinandone di conseguenza la storia precedente, consistente, nel caso specifico, nell’aver percorso un certo tragitto come onda o un’altro tragitto come particella.

Torniamo ora all’idea di descrivere una storia selezionandone i fatti in base al suo sbocco finale. La storia in questione è quella dell’elettromagnetismo, il cui esito è sotto agli occhi di tutti – comunicazioni, computer, apparecchiature varie, elettrodomestici, industrie – anche se l’esito più interessante per il fisico e il filosofo è un altro, ovvero quello di aver capito come funziona la Natura, o per lo meno una sua (grossa?) parte.

Se oggi dunque rivisitiamo lo sviluppo dell’elettromagnetismo a partire da tale constatazione, ne individuiamo un secolo-chiave, l’Ottocento e, se dimentichiamo tutte le strade che avrebbero potuto essere, ma non sono state, e tutti i rami secchi delle teorie disattese, e tutti quegli scienziati che hanno realizzato esperimenti poi rivelatisi non cruciali per lo sviluppo della disciplina, per lasciare emergere invece solo le figure più significative per noi oggi, otteniamo una storia che, forse accentuandone appena in modo caricaturale qualche tratto, ha un aspetto tanto umoristico da farla assomigliare a una di quelle storielle che cominciano con “ci sono un tedesco, un francese ed un italiano” e che di solito finiscono, in Italia, con l’avvantaggiarsi dell’italiano, che sia in astuzia, intelligenza, simpatica ignoranza o altro.

A dire la verità, di italiani in questo caso ce ne sono due. Sì, perché tutto ha inizio con Alessandro Volta, che nel 1800 inventa la pila elettrica. Più che la pila di per sé, è la sua conseguenza che riveste un’importanza fondamentale. Da quel momento in poi i fisici entrano in possesso infatti di un nuovo, eccezionale strumento con cui sperimentare: la corrente elettrica. Volta dunque ha il grande merito di dare un nuovo impulso alla ricerca nel settore, arenato all’epoca a fenomeno da salotto, e una sorgente di energia al mondo. Come giustamente è stato fatto notare (GLIOZZI 2005, p. 518), occorrerà attendere 142 anni per avere un altro strumento (il reattore nucleare) dagli effetti sulla civiltà paragonabili a quelli della pila. Il comasco vivrà a lungo, rispettato e onorato, e verrà addirittura nominato senatore da parte di Napoleone.

Sono tre o quattro gli scopritori protagonisti della fase successiva: il danese, Oersted, il francese, Ampere, l’inglese, Faraday. Meriterebbe la citazione anche l’americano Henry, ma il suo ruolo è più defilato, perché pur facendo scoperte paragonabili a quelle del terzetto europeo, esse vengono rese note quando ormai sono superate.

Oersted scopre che elettricità e magnetismo sono collegati: un filo attraversato da una corrente è in grado di orientare un ago magnetico. Passo fondamentale questo, ma sul danese resta il sospetto che egli abbia avuto solo un gran colpo di fortuna, oltre che una grandissima ispirazione filosofica, tanto da aver tentato l’esperimento, per la prima volta, direttamente sotto agli occhi dei suoi studenti (rimediando tra l’altro una brutta figura, perché quel primo tentativo fallì).

Ampere è rapidissimo nell’utilizzare questo risultato: da una parte esprime l’ipotesi che se un filo di corrente si comporta come un magnete, allora gli stessi magneti naturali sono costituiti da microcorrenti interne ad essi; dall’altra, sapendo che due magneti interagiscono tra di loro, indovina e conferma, con successo, che anche due correnti devono essere in grado di interagire nella stessa maniera. In questo modo egli si assicurerà l’immortalità: l’unità di misura dell’intensità di corrente, una delle quattro unità fondamentali (le altre sono il metro, il chilogrammo e il secondo) a cui vengono ricondotte tutte le altre, è l’ampere, l’unica dunque, delle quattro, che porta un nome di persona.

C’è poi l’inglese Faraday, la cui storia ricorda un po’ un romanzo di Dickens. Faraday, povero e senza istruzione, si dà però un gran da fare: studia di notte i libri che di giorno rilega e frequenta le lezioni pubbliche offerte dalla Royal Institution. Faraday si accorge che quando un magnete si muove rispetto a un filo conduttore, nel filo si manifesta una corrente. Da questa osservazione alla costruzione della dinamo, del motore elettrico e di una svolta nella nostra civiltà il passo è veramente breve. L’inglese riceverà molti onori, che per lo più rifiuterà, e non smetterà mai di vivere modestamente e da timorato di Dio.

È il turno dello scozzese James Clerk Maxwell. Egli compie un primo capolavoro di sintesi: riesce a condensare in poche equazioni tutte le relazioni tra le grandezze elettriche e magnetiche messe in evidenza fino ad allora. Si aiuta con l’intuito e scopre, in teoria, un nuovo ente fisico (o solo matematico?): l’onda elettromagnetica. Maxwell morirà pochi anni più tardi e non farà in tempo a vedere la conferma della sua scoperta. Il tedesco Hertz infatti riesce, solo venti anni dopo, a produrre e misurare le onde elettromagnetiche, dopodiché morirà, anche lui, ancora giovane.

L’elettromagnetismo a questo punto è compiuto, così come sono compiute le alterne vicende dei suoi protagonisti: Volta, l’italiano da cui tutto ha inizio (c’era un Volta…, cfr. CAMPANILE 1975), Oersted, il danese maldestro, Ampere, il francese eclettico, Faraday, l’inglese umile, Henry, l’americano inutile, Maxwell lo scozzese acuto, Hertz il tedesco sfortunato.

Ed è questo il momento in cui entra in scena l’ultimo protagonista, Guglielmo Marconi. L’italiano (però di madre irlandese e padre cittadino britannico) è il fortunello di questa storia stilizzata, è colui che arriva alla fine e raccoglie i frutti del lavoro di semina e cura fatto dagli altri: egli non apporta nessun contributo significativo all’elettromagnetismo di per sé, ma impara con grandissima abilità a svilupparne le implicazioni tecniche, tanto da inventare la radio. (Non sarebbe giusto non ricordare qui comunque, a scanso di equivoci, benché l’intenzione caricaturale sia stata dichiarata, che Marconi fu “solo” un applicatore sì, ma geniale). Marconi ottiene il premio Nobel per la Fisica, unico tra i grandissimi sopra nominati, tutti scomparsi prima che il riconoscimento fosse istituito; inoltre, già ricco di famiglia, si arricchisce ulteriormente grazie ai suoi brevetti; ottiene poi fama, onori e incarichi in abbondanza.

La storia dell’elettromagnetismo si apre dunque con Napoleone che nomina senatore Volta e si chiude con Marconi membro del Gran Consiglio del Fascismo. Tra i due ci sono Faraday, che rifiuta cortesemente l’invito a pranzo dalla regina per non dover rinunciare alla messa domenicale, e Maxwell e Hertz, scienziati geniali che inaugurano l’inizio di una civiltà imbottita di onde radio, tv e telefoni cellulari, e i cui decessi prematuri fanno pensare ad una sorta di punizione di tipo prometeico.

Raccontato il lato cinico-umoristico di questa storia, vorrei ora metterne in luce la ricchezza di spunti epistemologici con cui possiamo accompagnarla.

Il primo aspetto è quello della stretta interrelazione tra scienza e tecnica. Il manifestarsi della cosiddetta “ricaduta” non segue la direzione unica dalla scienza verso la tecnica, ma anche quella opposta: da Volta a Marconi abbiamo il compiersi di un ciclo completo in tal senso. La corrente di Volta è infatti un esempio paradigmatico di quello che la disponibilità di una nuova tecnologica può innescare nel campo più strettamente scientifico. A partire dall’Ottocento gli scienziati dispongono di un nuovo strumento, e le scoperte scientifiche si moltiplicano. Dalla nuova tecnologia delle cariche tenute in movimento costante si ottiene come ricaduta una nuova scienza, l’elettromagnetismo. A sua volta questa nuova scienza, permette lo svilupparsi di un intero nuovo mondo della tecnica: l’illuminazione, l’alternatore elettrico, il motore elettrico, la radio… con tutte le enormi ripercussioni a livello sociale che conosciamo. La storia dell’elettromagnetismo ci mostra dunque come scienza e tecnica si concatenino l’una all’altra, proprio in analogia a quanto avviene proprio nell’onda elettromagnetica, dove il variare di un campo elettrico genera un campo magnetico, il quale a sua volta genera un campo elettrico, e via dicendo.

Il secondo aspetto è quello del rapporto tra scienza e metafisica. Quando nasce la scienza moderna, nel Seicento, il suo primo propugnatore, sir Francis Bacon, ne descrive nel Novum Organum il prerequisito essenziale nell’abbandonare ogni pregiudizio (gli “idola”) ed evitare i pensieri filosofici prematuri (le “anticipationes naturae”): lo scienziato è colui che abbandona la sua mente svuotata ai fatti. L’idea di Bacone viene ripresa dai Neopositivisti del Circolo di Vienna: la metafisica è priva di senso (CARNAP 1931), e la sua presenza è un danno per la vera conoscenza. Karl Popper dimostra invece il contrario: la metafisica non solo è inevitabile, ma può essere un utile serbatoio di idee a cui attingere per formulare nuove teorie. Il lavoro essenziale dello scienziato è quello, secondo Popper, di formulare tali teorie, indipendentemente dalla loro origine (metafisica, onirica, religiosa…) in modo da poter essere confrontate con l’esperimento. Un esempio è lo spirito romantico di Oersted, completamente assorbito dai temi della Naturphilosophie, che in lui assumono le forme di una fede nell’unità dei fenomeni della natura. Per Oersted elettricità e magnetismo, che fino ad allora erano stati considerati settori ben distinti della fisica, devono in qualche modo essere collegati. Da questa idea, del tutto metafisica, Oersted ha ricavato la progettazione dell’esperimento che ha spalancato le porte allo sviluppo dell’elettromagnetismo. La presenza di uno sfondo metafisico nella pratica scientifica è un aspetto che va giustamente messo in evidenza, e che viene sovente sottovalutato o negato più o meno consapevolmente e quindi più o meno colpevolmente, con il risultato, tra l’altro, di grossolani equivoci nell’analizzare i rapporti tra scienza e fede, come nel caso di posizioni scientiste.

Un terzo aspetto è quello del riduzionismo, ovvero la tendenza nelle scienze di ricondurre una molteplicità di eventi a un numero il più piccolo possibile di principi. Una volta constatato che una corrente elettrica è in grado di generare un campo magnetico, Ampere, in un periodo in cui di atomi ancora si parlava pochissimo e con sospetto, e a maggior ragione nulla si sapeva sulla loro costituzione, enuncia la sua ipotesi di equivalenza: il magnetismo naturale potrebbe essere dovuto a delle microcorrenti interne alla materia. Oggi è questo il modello di base nella spiegazione dei diversi tipi di magnetismo: le microcorrenti sono in effetti legate agli orbitali elettronici negli atomi.

Il lavoro stesso di Maxwell è una delle manifestazioni in assoluto più evidenti di questa tendenza riduzionistica in fisica: le sue equazioni raccolgono in una organizzazione ben studiata di segni l’intero universo elettromagnetico. Le equazioni di Maxwell consentono però anche un’altra notevole considerazione, che enunciamo di seguito.

Il quarto aspetto è quello del lasciarsi guidare, nella ricerca scientifica, da un senso di bellezza e simmetria. E’ questo un sottocaso del più generico ruolo della metafisica discusso sopra. Maxwell non si limita infatti a sintetizzare efficacemente con le sue equazioni le relazioni già note sperimentalmente tra le grandezze fisiche elettriche e magnetiche, ma è disposto ad introdurre nuove relazioni e nuove grandezze (la “corrente di spostamento”) anche in assenza delle relative misure di laboratorio, solo in nome di una sorta di simmetria e reciprocità tra campo elettrico e campo magnetico che, allo stato dell’arte, risultava incompleta. L’ispirazione estetica di Maxwell non è un evento isolato nella storia della fisica. Un altro analogo caso, altrettanto clamoroso, sarà rappresentato infatti, negli anni Trenta del Novecento, dall’equazione con cui Dirac generalizza la meccanica quantistica. Ispirato da un senso di bellezza e simmetria, Dirac ottiene un’equazione in cui alla soluzione positiva, che rappresenta un elettrone, si accompagna, a tutti gli effetti, una soluzione negativa, cosa che lascia i fisici interdetti in quanto avrebbe dovuto rappresentare una particella del tutto analoga all’elettrone, ma di carica positiva. Pochi anni più tardi, tali particelle vennero sperimentalmente rivelate, sancendo il trionfo definitivo della teoria di Dirac.

Il quinto aspetto è quello della congetturalità propria della scienza e sconosciuta alla pseudo-scienza: la predizione di Maxwell dell’onda elettromagnetica è un perfetto esempio di quel meccanismo di congetture e confutazioni proposto da Popper (es. POPPER 1963) come struttura identificativa del metodo scientifico. Ricombinando algebricamente le equazioni con cui ha riassunto e completato la descrizione di quanto noto fino a quel punto in campo elettrico e magnetico, Maxwell aggiunge un’ulteriore equazione, compiendo un secondo straordinario capolavoro, una meraviglia se pensiamo a quello che accade, al di là dell’abitudine di pensare alla matematica come qualcosa di scontato (WIGNER 1960): un uomo usa le regole dell’algebra per mescolare le precedenti equazioni ed ottenere quella nuova, in cui i fisici dell’epoca riconoscono la forma tipica dell’equazione che descrive un’onda, solo che ad oscillare non è la superficie dell’acqua o le molecole dell’aria, ma campi elettrici e magnetici. All’epoca, né Maxwell né altri seppero che significato dare a questo nuovo oggetto che venne battezzato onda elettromagnetica. Trattandosi di fisica, Maxwell aveva enunciato una vera e propria predizione su un oggetto che doveva poter essere rintracciato nella pratica di laboratorio. Come abbiamo scritto sopra, questo fu quel che avvenne: Hertz comprende come realizzare una tale onda e come rivelarne la presenza: costruisce due circuiti oscillanti, che oggi chiamiamo antenne, e corrobora la congettura di quella quinta equazione di Maxwell.

Il sesto aspetto è legato al binomio realismo-strumentalismo, che percorre la fisica e accende alcune delle sue dispute più interessanti (Galileo e Bellarmino, Boltzmann e Mach, Einstein e Bohr). La formulazione dell’onda elettromagnetica da parte di Maxwell mette in imbarazzo il mondo della fisica. Come andava considerato un oggetto simile? Un ente matematico? Una grandezza reale e misurabile? Un modo di interpretare degli eventuali risultati sperimentali, qualora se ne fossero trovati? Uno dei nodi che accentuava l’imbarazzo era il seguente: l’onda è una propagazione di energia attraverso le oscillazioni di un mezzo materiale. Ma l’onda elettromagnetica di Maxwell sembrava potersi propagare anche attraverso il vuoto, se era vero che tutto sembrava indicare che la luce stessa, in grado di attraversare lo spazio vuoto dalle stelle fino ai nostri occhi, era un’onda elettromagnetica. Per tentare di risolvere il problema concettuale che si era aperto, si ricorse all’idea ad hoc dell’etere, di una sostanza cioè in grado di riempire tutto lo spazio ma con caratteristiche tali da risultare immediatamente auto-contraddittorie, se si pensa che esso doveva essere al tempo stesso estremamente rigido, in modo da permettere un’elevatissima velocità di propagazione, e di densità pressoché nulla, visto che non era mai stato rivelato dagli strumenti. L’esistenza dell’etere viene però presto esclusa dal risultato negativo degli esperimenti di Michelson e Morley. Il concetto di onda elettromagnetica è tuttavia così potente sul piano esplicativo e fecondo su quello applicativo che presto i fisici mettono con disinvoltura in disparte la questione del senso della sua realtà.

“Non ho capito questa cosa della radio. Ma com’è che funziona?” “ÈÈ semplice. Immagina di avere un cane lunghissimo, con la coda a Kishinev e il muso a Odessa. Ebbene, qualcuno sale sulla coda a Kishinev e qualcun’altro sente abbaiare a Odessa, a centinaia di miglia di distanza. Mi stai seguendo?” “Beh, penso di sì.” “Bene, ora devi solo levare di mezzo il cane.” Questa storiella ebraica (LANGE 2002, p. 1) esemplifica efficacemente quale fosse la riluttanza iniziale dei fisici di fronte all’onda, e di come essi si siano poi sbarazzati della questione realistica intorno ad essa. L’onda funziona, e questo basta: ecco che allora si dà forse proprio in questo momento la prima svolta verso quel nominalismo pragmatico in cui la fisica contemporanea finirà per sguazzare con il trionfo, da lì a poco, dell’interpretazione della meccanica quantistica secondo la scuola di Copenhagen.

Settimo aspetto che vale la pena di citare è quello dell’internazionalità della scienza. Lungo tutto il secolo il testimone dell’elettromagnetismo passa di mano in mano e di nazione in nazione. La scoperta dell’elettromagnetismo è dunque un successo collettivo della civiltà occidentale, un’espressione concreta di quell’europeismo che proprio nell’Ottocento, caratterizzato da rivendicazioni nazionali e guerre tra gli stati del vecchio continente, nasce in menti come quelle di Giuseppe Mazzini. Il linguaggio scientifico, come quello umoristico, conosce sfumature e accenti diversi sì, ma i suoi effetti, la radio quanto la risata, dimostrano di non conoscere confini.

BIBLIOGRAFIA

CAMPANILE A. (1975), Vite degli uomini illustri

CARNAP R. (1931), Die Überwindung der Metaphysik durch logische Analyse der Sprache, “Erkenntnis” 2 (1)

GLIOZZI M. (2005), Storia della Fisica, Bollati Boringhieri, Torino

JOBS S. (2005), Commencement Speech, Stanford University (disponibile on-line)

LANGE M. (2002), Introduction to the philosophy of physics, Wiley-Blackwell

LAPLACE P. S. (1814), Saggio sulle probabilità

POPPER K. (1963), Congetture e Confutazioni

SARTRE J. P. (1943), L’essere e il nulla

WIGNER E. (1960), The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences, “Communications in Pure and Applied Mathematics”, 13, I