Corso di studi di Scienza dei materiali
Corso di Storia delle scienze sperimentali

Indice delle lezioni 2011-2012

 

Dispense del corso di Storia delle Scienze Sperimentali

 

Fascicolo 14                        Lezioni 27-28

 Fascicolo 14 in formato pdf             Diapositive delle Lezioni 25-26

 

Avvertenza generale

Queste dispense sono scritte come commento e integrazione delle diapositive proiettate a lezione.

Le dispense sono incomprensibili se non si hanno sotto gli occhi le diapositive.

Contengono inoltre brevi passi di fonti originali e di scritti di storia della scienza.

Se il rinvio alle diapositive è seguito dalla scritta "Nessun commento" si intende che il contenuto delle diapositive è adeguato ad essere di base per l'esame.

In ogni caso si deve studiare il contenuto delle diapositive.

Tuttavia le dispense e le diapositive non sono sufficienti per la preparazione dell'esame. Occorre riflettere sugli appunti presi a lezione. Chi non li avesse presi (o non possedesse una formidabile memoria) può sempre chiederli ad un collega.

Sono richiamate in modo specifico le pagine oggetto di esame dei testi forniti agli allievi, ma una lettura più estesa degli stessi testi non potrà che essere utile ad una migliore comprensione della storia della scienza.

Diapositiva 1

 Argomenti delle lezioni 27-28

Raggi calorifici e raggi chimici

Riscaldamento globale: una storia di lunga durata

Fourier

Tyndall

Arrhenius

Ekholm

Callendar

La curva di Keeling

Il cambiamento climatico

Diapositiva 2

Ecco il titolo narrativo del primo lavoro di Herschel sul calore radiante: Frederick William Herschel, "Investigation of the Powers of the prismatic Colours to heat and illuminate Objects; with Remarks, that prove the different Refrangibility of radiant Heat. To which is added, an Inquiry into the Method of viewing the Sun advantageously, with Telescopes of large Apertures and high magnifying Powers", Philosophical Transactions, 90 (1800), 255- 83.

Un titolo più sobrio:

Frederick William Herschel, "Experiments on the Refrangibility of the invisible Rays of the Sun’", Philosophical Transactions, 90 (1800), 284-92.

Diapositiva 3

Il diagramma pubblicato da Herschel è molto interessante perché come sottolinea la didascalia tratta da Annals of Science la figura riporta dati strumentali quantitativi (dati oggettivi, sperimentali) insieme a dati basati sulla sensibilità percettiva dell'osservatore (dati soggettivi, sperimentali).

Uno dei tanti esperimenti fatti da Herschel:

Herschel placed a water-filled container between the prism and thermometer and observed that the temperature measured was lower than the one measured without the water. Consequently, the water must partially absorb the radiation.

L'immagine e la didascalia presenti della diapositiva sono tratte da: Hilbert, Martin (1999) "Herschel's Investigation of the Nature of Radiant Heat: The Limitations of Experiment", Annals of Science, 56:4, 357 — 378

Diapositiva 4

Nel 1801 Ritter scoprì i raggi ultravioletti. La ricerca fu motivata dalla scoperta di William Herschel dei raggi infrarossi avvenuta nel 1800. Ritter era convinto che la natura bipolare dell'elettricità pervadesse tutta la natura e che quindi una radiazione invisibile oltre la luce visibile rossa, dovesse avere un equivalente dal lato opposto dello spettro visibile cioè oltre la luce viola. Da tempo si sapeva che il cloruro d'argento diventava scuro in presenza di luce. Per verificare la sua teoria concepì un esperimento analogo a quello di Herschel. Usando un prisma di vetro, divise un raggio di luce solare nei diversi colori dello spettro sotto i quali pose del cloruro d'argento. Ritter notò che il rosso causava dei piccoli cambiamenti mentre nella zona oltre il viola diventava scuro molto più velocemente. Questa fu la prova dell'esistenza di una radiazione invisibile che venne chiamata, appunto, ultravioletta. (Wikipedia, testo modificato)

Johann Wilhelm Ritter - Fisico (Samitz, Haynau, 1776 - Monaco di Baviera 1810). Dopo studî di farmacia insegnò a Jena, Gotha e Weimar. Nel 1798, poco dopo la conclusione degli studî universitarî, pubblicò la Prova che un costante galvanismo accompagna il processo vitale nel regno animale. Il saggio, oltre che per le scoperte nel campo del galvanismo (per es., l'anticipazione della possibilità di costruire una batteria galvanica di sole sostanze inorganiche, poi dimostrata da Volta con la costruzione della pila, e la segnalazione dell'attività chimica legata al galvanismo), è notevole per la visione filosofica del cosmo come un sistema di catene galvaniche in cui la distinzione tra organico e inorganico è superata in un universale processo vitale; l'identità del sistema chimico e di quello elettrico dei corpi è un importante corollario di questa visione. Le sue ricerche sul galvanismo sono in parte esposte nei Contributi alla più approssimata conoscenza del galvanismo e dei risultati della sua indagine (1800-05). Scoperte e anticipazioni importanti, come quella delle batterie secondarie (accumulatori) o della pila a secco, accompagnano tesi che resero R. sospetto per lungo tempo ai fisici. R. tentò anche con l'amico H. C. Oersted, di dimostrare l'influenza dell'elettricità sul magnetismo. Scoprì nel 1802 la radiazione ultravioletta. Chiamato all'Accademia delle scienze bavarese nel 1804, si trasferì a Monaco ove operò fino alla morte. (Testo dell'Enciclopedia Treccani)

 

Johann Wilhelm RITTER. Die Physik als Kunst. Ein Versuch, die Tendenz der Physik aus ihrer Geschichte zu deuten. Zur Stiftungsfeyer der Königlich-baierischen Akademie der Wissenschaften am 28sten März 1806. 1 p.l., 62 pp. Munich: J. Lindauer, 1806. "La fisica e l'arte. Un tentativo di interpretare l'andamento della fisica dalla sua storia".

Questo testo appartiene alla storia della scienza come un tentativo di dimostrare l'attività costruttrice dell'uomo anche nelle pratiche scientifiche. Soggetto ed oggetto non sono sempre così nettamente separati come vorrebbe e limiterebbe il canone scientifico. Con posizioni come queste Ritter offuscò il suo buon nome come fisico, e diede scandalo, ad esempio, cercando di appurare sperimentalmente come facessero i rabdomanti a trovare l'acqua sotto terra.

Diapositiva 5

Thomas Young - Medico, fisico ed egittologo (Milverton 1773 - Londra 1829). La figura di Y. ha lasciato importanti contributi alla fisica, per lo studio dell'ottica, ma soprattutto per la cosiddetta esperienza di Y., per la definizione del modulo di Y. e per lo studio dei fenomeni della marea. Prof. di fisica alla Royal Institution (1801-04), medico al St. George's Hospital di Londra dal 1811. Dette importanti contributi all'ottica fisiologica, dimostrando fin dal 1793 che il potere d'accomodamento dell'occhio è dovuto al cambiamento di curvatura del cristallino; nel 1801 descrisse il difetto visivo noto come astigmatismo; poco tempo dopo elaborò la teoria della percezione dei colori, ripresa e approfondita da H. Helmholtz, secondo la quale la percezione dipende dalla presenza sulla retina di tre strutture nervose, eccitate rispettivamente dal rosso, dal verde e dal violetto. Altri suoi contributi alla fisica furono l'introduzione del modulo di elasticità, che porta ancora il suo nome, l'interpretazione dei fenomeni di marea; la teoria della capillarità. Ma il maggior merito di Y. rimane la sua opera a sostegno della teoria ondulatoria della luce, con la fondamentale esperienza dei due fori che porta il suo nome, le conseguenze interpretative che ne seppe dedurre (colorazione delle lamine sottili, anelli di Newton) e le prime misurazioni interferometriche di lunghezze d'onda. Questi lavori di Y. furono accolti con freddezza da molti fisici del tempo, in parte per una certa oscurità d'esposizione e in parte per l'insoddisfacente trattazione teorica, causata dalla limitata cultura matematica dell'autore. Si dedicò anche all'egittologia, affrontando genialmente il problema della decifrazione dei geroglifici e lo studio del demotico, pubblicando varie opere sui papiri, sull'iscrizione di Rosetta.  (Testo dall'Enciclopedia Treccani)

Occorre essere sempre all'erta quando si usa Wikipedia. Nella voce su Thomas Young si legge:

"In fisica Thomas Young è meglio conosciuto per i suoi lavori in ottica, come autore di una ricerca che stabilisce il dualismo onda-particella". Nella voce di Wikipedia in inglese non c'è traccia di una simile sciocchezza.

Diapositiva 6

Nel 1829 L. Nobili ebbe l'idea di usare sei coppie termoelettriche poste in serie, costituite da bismuto e antimonio, e di collegarle al suo galvanometro, molto più sensibile di quelli usati dagli altri scienziati. Però il "termomoltiplicatore" così fatto non era ancora sensibilissimo. M. Melloni venne a conoscenza di questa soluzione e pensò di servirsene per le sue indagini sul "calore radiante". La collaborazione tra Nobili e Melloni fu di breve durata. Melloni proseguì da solo nelle ricerche dal 1831 al 1837, aumentò il numero di termocoppie, ne perfezionò le giunzioni eliminando il mastice e lasciandole completamente scoperte. I suoi esperimenti sui raggi infrarossi lo condussero a provare che essi avevano le stesse proprietà della luce in particolare la riflessione, la rifrazione e la polarizzazione.

(Testo da http://www.istitutomontani.it/museo/file/visstrumento.php?codice=321)

Diapositiva 7

Quasi due secoli sono un buon periodo per mettere in prospettiva storica le ricerche su un fenomeno di impatto (sicuramente) globale.

Gli scienziati trattati in questa lezione sono ben pochi (ma si veda la n. 31) e tuttavia rappresentano bene l'aspetto internazionale dell'impresa scientifica: un francese, due inglesi, due svedesi e un americano.

Diapositiva 8

Jean-Baptiste-Joseph Fourier - Matematico (Auxerre 1768 - Parigi 1830). Di modesta famiglia (il padre era sarto), F., rimasto orfano di entrambi i genitori, fece i suoi primi studî nella scuola militare di Auxerre e tentò di intraprendere senza successo la carriera militare: entrò poi nel collegio dei Benedettini di Saint Benoît-sur-Loire ed era avviato verso la carriera ecclesiastica quando, nel 1789, in Francia scoppiò la Rivoluzione. F. tornò ad Auxerre, dove occupò la cattedra di matematica dal 1789 al 1794; i suoi studî si orientarono prevalentemente, ma non esclusivamente, verso la matematica ed egli presentò una memoria all'Académie des sciences, in cui erano esposti i suoi primi risultati sulla risoluzione numerica delle equazioni algebriche.

Avvicinatosi agli ambienti giacobini (fu membro autorevole della società popolare di Auxerre) F. fu inviato a Parigi come studente dell'École normale dell'anno III, dove si fece notare dai suoi professori Lagrange e Monge. Alla chiusura della scuola Monge lo fece assumere (1795) all'École polytechnique. Di fatto F. venne a poco a poco ad essere il principale responsabile dell'insegnamento di analisi matematica della scuola (i quaderni con i suoi appunti per le lezioni, in gran parte ancora manoscritti, sono conservati nella biblioteca dell'Institut de France e in quella dell'École des ponts-et-chaussées), mentre le lezioni di Lagrange assumevano il ruolo di lezioni di specializzazione. Nel 1798 fu tra gli scienziati che accompagnarono Bonaparte in Egitto (con Monge, Berthollet, Malus, Dolomieu, Geoffroy Saint-Hilaire). Tornato in Francia nel 1801, fu nominato da Bonaparte prefetto dell'Isère nel 1802, con sede a Grenoble. Trasferitosi a Parigi nel 1816 fu nominato associé libre dell'Académie des sciences, ma il re non volle approvare la nomina, cosa che fece l'anno seguente dopo una sua rielezione. F. divenne nel 1822, alla morte di Delambre, segretario dell'Académie des sciences per la sezione di matematica. Nel 1822 pubblicò la sua opera più famosa: Théorie analytique de la chaleur.  (Testo dall'Enciclopedia Treccani, semplificato)

Diapositiva 9

The Swiss scientist Horace Bénédict de Saussure (1740-1799) studied the variations of the sunlight effects on air with the altitude. To do so, he designed a heliometer, composed of five boxes of glass fitted together and containing thermometers.

Diapositiva 10 Nessun commento

Diapositiva 11

Vedi appunti

Diapositiva 11 Nessun commento

Diapositiva 13

La metafora della diga utilizzata da Tyndall è estremamente efficace, infatti fa capire immediatamente che la quantità di energia presente nell'atmosfera aumenterà o diminuirà in funzione dell'equilibrio che si stabilirà fra l'energia (solare) che entra nell'atmosfera e l'energia che riemerge dall'atmosfera verso lo spazio.

Diapositive 14-15  Nessun commento

Diapositive 16-20

La trattazione di Ekholm è veramente poderosa, e va considerata in modo dettagliato leggendo con attenzione i testi riprodotti nelle diapositive. La prospettiva di controllo del clima da parte dell'uomo è (molto probabilmente) ottimistica.

Diapositiva 21 Nessun commento

Diapositiva 22

In questo articolo di Callendar è messa in evidenza l'analisi dei dati desunti da 200 stazioni meteorologiche sparse in tutto il mondo. Sulle difficoltà di una simile analisi si veda il commento alla n. 33.

Diapositive 23-24 Nessun commento

Diapositive 25-26

Vedi appunti

Diapositiva 27

Tellus è un giornale pubblicato dall'Istituto Internazionale di Meteorologia di Stoccolma, dedicato alla oceanografia e alla meteorologia chimica e fisica

Il primo diagramma indica che la variazione annuale era ben documentata già nei primi mesi del 1960. Il secondo diagramma dimostra che l'andamento crescente della concentrazione della CO2 era dimostrato nel 1967.

Diapositiva 22 Nessuno commento

Diapositiva 29

Si legga con attenzione la denuncia di Keeling che risale al 1998.

Diapositiva 30

Questo passo è tratto dalla dichiarazione ufficiale della World Climate Conference tenuta a Ginevra  dal 12 al 23 febbraio 1979 sotto l'egida della World Meteorological Organization (ONU).

Diapositiva 31

Elenco tratto da James Rodger Fleming, Historical Perspectives on Climate Change, New York / Oxford. Oxford University Press. 1998

Due citazioni dallo stesso testo:

Echoing Rudyard Kipling's "nine and sixty ways of making tribal lays," the climatologist C. E. P. Brooks quipped, "There are at least nine and sixty ways of constructing a theory of climatic change, and there is probably some truth in quite a number of them."

In a similar lighthearted vein, two prominent oceanographers, David B. Ericson and Goesta Wollin, wryly observed: "It has been estimated that a new theory to explain continental glaciations has been published for every year that has passed since the first recognition of the evidence for past glaciation."

La citazione di Kipling è tratta da una poesia piuttosto truculenta, dal titolo "In the Neolithic Age":

"There are nine and sixty ways of constructing tribal lays,

"And every single one of them is right!"

tribal lays sono i poemi tribali.

Diapositiva 32

I due diagrammi dimostrano in modo quantitativo l'assorbimento della CO2 e del vapor acqueo presenti nell'atmosfera. Tutta l'energia sottratta all'emissione verso lo spazio esterno si trasformerà in energia cinetica delle molecole dell'aria.

Diapositiva 33

Questo è il riassunto dell'articolo citato:

The historical surface temperature dataset HadCRUT provides a record of surface temperature trends and variability since 1850. A new version of this dataset, HadCRUT3, has been produced; benefiting from recent improvements to the sea-surface temperature dataset which forms its marine component, and from improvements to the station records which provide the land data. A comprehensive set of uncertainty estimates has been derived to accompany the data: estimates of measurement and sampling error, temperature bias effects, and the effect of limited observational coverage on large-scale averages have all been made. Since the mid-20th century the uncertainties in global and hemispheric mean temperatures are small and the temperature increase greatly exceeds its uncertainty. In earlier periods the uncertainties are larger, but the temperature increase over the 20th century is still significantly larger than its uncertainty.

Gli autori di questo saggio prendono in considerazione le sequenze storiche delle temperature registrate in 4349  stazioni. Il poderoso lavoro di analisi statistica porta ai diagrammi ripresi nella n. 34. Le curve hanno l'ambizione di riguardare dati raccolti (a) con strumentazioni molto diverse (b) nelle più diverse condizioni di rilevamento e registrazione (c) con una disseminazione spaziale arbitraria (d) sulla superficie dell'intero globo.

Con 'anomalie' si intendono nel gergo statistico le differenze fra i dati di una stazione per un singolo mese o anno e il valore dedotto dall'analisi statistica dei dati per il "periodo normale" di riferimento, il trentennio 1961-1990.

Diapositiva 35 Nessuno commento