Cinque fondamentali scoperte di Isaac Newton

Isaac Newton in mezzo alle sue scoperte

Qualche settimana fa abbiamo dedicato un articolo a Galileo Galilei, genio italiano mai abbastanza celebrato, mettendo in evidenza le sue scoperte, a volte celebri, a volte dimenticate. Il fisico pisano fu indubbiamente una delle figure centrali della cosiddetta Rivoluzione scientifica, cioè di quel fantastico periodo di grandi cambiamenti che sconvolsero la scienza occidentale; ma non fu l’unica, né dal punto di vista dell’importanza storica né da quello più concreto delle scoperte.

Se la rivoluzione si era aperta con Niccolò Copernico e la sua idea che al centro dell’Universo non ci fosse la Terra ma il Sole, essa convenzionalmente viene infatti chiusa dalla pubblicazione di un libro, i Principia, che nel 1687 stabiliscono i fondamenti della fisica per almeno i successivi due secoli.

Autore di quel libro così importante fu Isaac Newton, personaggio molto particolare e spesso poco noto dal punto di vista umano; appassionato di alchimia, a tratti infingardo e vendicativo, geniale quanto paranoico, forse omosessuale e sicuramente misantropo, fu una personalità complessa e di difficile decifrazione.

Per ora, accontentiamoci di vederne alcuni tratti, sia umani che soprattutto scientifici, presentando cinque fondamentali scoperte di Isaac Newton.

 

1. La gravità e le leggi della dinamica

La rivoluzione dei Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

Il melo da cui cadde la celebre mela di Newton
Il melo da cui cadde la celebre mela di Newton

I grandi fatti della storia dell’umanità sono spesso accompagnati da storielline o, se vogliamo essere meno prosaici, parabole e miti: Gesù Cristo ha fondato la più diffusa religione dell’Occidente su racconti paradossali di pastori e padri ricchi, Galileo Galilei avrebbe studiato la caduta dei gravi lanciando oggetti dalla Torre di Pisa, Archimede avrebbe corso nudo per le vie di Siracusa per urlare il suo Eureka!.

Vere o no che siano queste storie, di sicuro hanno avuto un loro significato nel rendere più “a portata di mano” certe figure storiche, i successi delle quali, almeno all’epoca, dovevano apparire abbastanza astrusi ai profani. La stessa cosa avvenne inevitabilmente anche con Newton, col celebre aneddoto della mela cadutagli in testa.

L’aneddoto, stando ad alcuni documenti resi noti negli ultimi anni, avrebbe pure un fondo di verità, dato che lo stesso Newton raccontava di aver iniziato a pensare al problema dopo aver visto cadere (ma non sulla sua testa) una mela nella sua tenuta di campagna.

«Sulle spalle dei giganti»

Comunque sia andata, l’unica cosa certa è che quei pensieri portarono a una serie di scoperte che l’avrebbero reso celebre in tutto il mondo: sviluppando studi già iniziati da Galileo Galilei («Se ho visto più lontano, è perché stavo sulle spalle di giganti», avrebbe poi scritto, forse anche per deridere la bassa statura, fisica e intellettuale, di un avversario), elaborò infatti la Legge di gravitazione universale e sistemò i principi della dinamica.

La prima, com’è noto, sostiene che due corpi si attraggono secondo una forza che è direttamente proporzionale alla massa dei due corpi e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa.

Per quanto riguarda i secondi, formulò in maniera semplice ed efficace le tre leggi fondamentali del moto. La prima: ogni corpo mantiene il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché non interviene una forza a modificare tale stato.

La seconda: il cambiamento di moto è proporzionale alla forza motrice impressa e avviene secondo la linea retta lungo la quale la forza è stata impressa. La terza: a ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Insomma, il Vangelo, ancora oggi, di ogni liceale che si avvicini allo studio della fisica.

 

2. Il calcolo differenziale

La disputa con Leibniz

I Principia, dove vennero esposte molte delle scoperte di Isaac Newton
I Principia, dove vennero esposte molte delle scoperte di Isaac Newton

Se nella fisica e in particolare nella dinamica Newton fu sicuramente un maestro e ciò che ha scritto è stato ritenuto per decenni verità incontrovertibile, non meno importante è stato anche il suo contributo alla matematica, che lui, come già Galilei, intendeva come un mezzo, o meglio ancora una lingua, per interpretare i fenomeni fisici e scientifici.

Alla materia si era interessato fin dalla giovinezza, lavorando soprattutto sui logaritmi e individuando la formula del teorema binomiale; ma è soprattutto per il lavoro sul calcolo infinitesimale che Newton è ricordato come un matematico decisivo per le sorti della materia.

Il fondamento di integrali e derivate

In due parole, il calcolo differenziale è quella parte dell’analisi matematica che studia una funzione tramite i concetti di continuità e di limite ed è quindi importante per il calcolo degli integrali, delle derivate e così via.

Questo tipo di calcolo fu sviluppato, probabilmente in maniera indipendente l’uno dall’altro, quasi contemporaneamente da Newton e dal celebre filosofo e matematico tedesco Gottfried Wilhelm von Leibniz; questa contemporaneità diede però luogo a un caso diplomatico anche piuttosto importante e grave.

Quando Newton seppe che nell’Europa continentale la paternità dei nuovi metodi veniva attribuita a Leibniz, lo accusò pubblicamente di plagio; quest’ultimo si rivolse quindi alla Royal Society che, però, stante la pesante influenza di Newton sulla società stessa, confermò le accuse dell’inglese, mentre le università tedesche si schierarono dalla parte del loro luminare.

La disputa scese presto sul personale: Leibniz accusò Newton di appartenere all’ordine segreto dei Rosacroce, mentre quest’ultimo si vantò, dopo la morte del tedesco, di «avergli spezzato il cuore» rovinandone la fama e denigrandone la memoria.

Oggi gli studiosi sono concordi nel ritenere che Leibniz avesse sviluppato meglio la parte delle notazioni e dei simboli matematici, mentre Newton avesse intuito in anticipo le possibili applicazioni in campo fisico.

 

3. La luce bianca e i colori

La scoperta dell’arcobaleno

Isaac Newton fa passare la luce attraverso il prisma
Isaac Newton fa passare la luce attraverso il prisma

A suo modo, Newton fu un ragazzo prodigio. Già a ventitré anni fece le prime importanti scoperte in campo matematico, avvicinandosi anche alla scoperta del calcolo differenziale che avrebbe però affinato e soprattutto diffuso qualche anno più tardi.

A ventisette, poi, divenne professore lucasiano di matematica (il secondo della storia, visto che la cattedra era stata istituita nel 1664 e occupata prima di lui dal solo Isaac Barrow) a Cambridge, di fatto diventano già prima dei trent’anni il più importante matematico del paese.

A ventott’anni decise quindi di occuparsi per un po’ di ottica, giungendo ad importanti scoperte che illustreremo in questo e nel prossimo punto della nostra cinquina. La prima scoperta avvenne facendo passare la luce bianca attraverso un prisma di vetro e accorgendosi che questa luce si scomponeva nei colori dell’arcobaleno.

Questo da un lato dimostrava che la luce bianca era data dalla somma di tutti i colori, dall’altro poneva la parola fine sull’origine degli arcobaleni, che in Europa era ancora dibattuta nonostante i trattati chiarificatori sull’argomento di Marcantonio de Dominis e Cartesio.

Infine, dopo un primo momento in cui ne aveva individuati cinque, stabilì che i colori dell’arcobaleno fossero sette, facendosi guidare e influenzare da una possibile analogia con la scala musicale; in realtà oggi gli scienziati sono molto dubbiosi sull’artificiosa distinzione che Newton introdusse tra indaco e violetto.

 

4. La natura della luce

Corpuscoli contro onde

Frontespizio di Opticks, trattato di ottica di Newton
Frontespizio di Opticks, trattato di ottica di Newton

Chiudiamo le scoperte in campo fisico e in particolare in ottica con il problema della natura della luce, che Newton affrontò di petto, inserendosi all’interno di un dibattito che era all’epoca molto caldo e sentito in Europa.

Lui in particolare propose un’interpretazione corpuscolare della luce: egli infatti riportò in auge il concetto di etere, una delle molte reminiscenze aristoteliche che ancora tormentavano la scienza del periodo, sostenendo che esso fosse una sostanza finissima diffusa in tutto lo spazio.

Tale sostanza avrebbe rifratto la luce, contemporaneamente riscaldandosi e vibrando, in un complesso sistema che prevedeva anche zone di maggiore e minore densità di etere e quindi diverse velocità di propagazione della luce.

Il recupero da parte di Einstein

Tale spiegazione, se pure ebbe un certo successo durante la vita di Newton, fu presto abbandonata in favore della spiegazione di Huygens, che invece sosteneva la natura ondulatoria della luce, teoria che rendeva comprensibili più fenomeni e sembrava resistere meglio alle verifiche sperimentali.

Ciononostante, nel Novecento l’idea di Newton, ovviamente rivista e corretta, fu ripresa in mano da Einstein quando nel 1905 dovette spiegare l’effetto fotoelettrico, sostenendo che esistessero dei quanti di luce, più tardi ribattezzati fotoni.

Oggi il dualismo onda-corpuscolo è risolto all’interno della meccanica quantistica facendo ricorso alla natura probabilistica di ogni evento fisico, andando ovviamente molto al di là non solo di Newton, ma anche di Einstein.

 

5. La riforma monetaria

Un genio in campi inattesi

Isaac Newton in un celebre ritratto
Isaac Newton in un celebre ritratto

Concludiamo con una curiosità che esula dal campo strettamente scientifico, ma ci consegna un’immagine a nostro modo di vedere ancora più completa della figura di Isaac Newton, che fu sì un grande matematico e un eccellente fisico, ma fu soprattutto un uomo geniale che, tra mille magagne caratteriali, cercò sempre di adoperarsi per conoscere e risolvere i problemi della natura che gli si ponevano davanti.

Nell’ottica di questa idea di fondo si spiegano, ad esempio, anche i suoi tentativi nel campo dell’alchimia – che all’epoca era considerata, alla stregua della scienza, come un mezzo per poter cercare di conoscere più a fondo la natura e le leggi del cosmo – ma anche un particolare contributo che lo studioso inglese portò nel campo dell’economia.

Per arrivare a parlare di questo dobbiamo però partire da alcuni fatti personali.

La depressione e il delirio

Negli anni ’90 del Seicento Newton attraversò un periodo di grande depressione, dovuto alla rottura burrascosa dei rapporti con vari amici; scrisse anche delle lettere deliranti a colleghi e filosofi del tempo (perfino a John Locke), che secondo alcuni furono motivate anche dalle esalazioni di mercurio a cui si sottoponeva durante i suoi esperimenti alchemici.

Comunque sia, alcuni amici cercarono di distrarlo e gli offrirono un posto alla Zecca Reale a Londra; qui divenne presto direttore e, nonostante la carica fosse sostanzialmente onoraria, si adoperò per promuovere migliorie, facendosi portatore anche di una innovativa riforma monetaria.

Impose infatti un cambio fisso tra la sterlina e l’oncia d’oro, anticipando di vari anni l’introduzione del gold standard, cioè quel principio economico secondo cui il denaro emesso dalla banca centrale doveva essere sempre convertibile in oro e sull’oro basare di conseguenza il proprio valore.

 

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