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 2                        Lezioni 3-4

 Fascicolo 2 in formato pdf             Diapositive delle Lezioni 3-4

 

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 3-4

Galileo Galilei e il telescopio

Antony van Leeuwenhoek e il microscopio

William Harvey e la circolazione del sangue

Gli emisferi di Magdeburgo

Robert Boyle

Robert Hooke

Niels Stensen

Athanasius Kircher

Diapositiva 3-5   Nessun commento

Diapositiva 6

Il Sidereus Nuncius 1610   

Studiare Singer pp. 206-208 (lasciando perdere la citazione di Milton)

Diapositiva 7-8   Nessun commento

Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, 1632   

Citazione: Salviati, Giornata seconda

« Rinserratevi con qualche amico nella maggiore stanza che sia sotto coverta di alcun gran navilio, e quivi fate d'aver mosche, farfalle e simili animaletti volanti: siavi anco un gran vaso d'acqua, e dentrovi de' pescetti; sospendasi anco in alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vada versando dell'acqua in un altro vaso di angusta bocca che sia posto a basso; e stando ferma la nave, osservate diligentemente come quelli animaletti volanti con pari velocità vanno verso tutte le parti della stanza. [..] Osservate che avrete diligentemente tutte queste cose, benché niun dubbio ci sia mentre il vascello sta fermo non debbano succedere così: fate muovere la nave con quanta si voglia velocità; ché (pur di moto uniforme e non fluttuante in qua e in là) voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti; né da alcuno di quelli potrete comprendere se la nave cammina, o pure sta ferma. »

Commento:

Galileo, per mezzo di Salviati, invita così il Simplicio e Sagredo, ma soprattutto il lettore, ad un esperimento mentale: immaginandosi sotto coperta di una nave infatti stabilisce un'analogia tra gli avvenimenti che accadono quotidianamente sulla superficie terrestre e quelli che avvengono su un Gran Naviglio. Il lettore viene così trasportato sottocoperta di una nave, in modo da non essere soggetto all'attrito dell'aria, e qui, sottocoperta, iniziano a verificarsi gli stessi avvenimenti, senza che ci possa essere nulla che permetta di rilevare il moto della nave. Salviati infatti argomenta sostenendo che se il Gran Naviglio si muovesse a velocità uniforme e non subisse variazioni rispetto al senso di marcia, allora sarebbe impossibile capire se la barca sia in movimento o ferma. Tutti i fenomeni che accadono sulla superficie terrestre infatti, a queste condizioni, accadono immutati sotto coverta e si svolgerebbero allo stesso modo anche supponendo il moto rotazionale terrestre.

Questo accade perché il Gran Naviglio si muove, il suo movimento si trasmette a tutti gli oggetti che si trovano al suo interno e si conserva, sommandosi allo stesso modo con il movimento o lo stato di quiete, senza che questo determini alcuna variazione. Ma ciò ha anche un'implicazione ben precisa: non esiste un sistema di riferimento considerato assoluto; in particolar modo questa concezione relativistica mette la Terra e l'uomo non più come punto di riferimento centrale, ma in relazione a qualcos'altro, venendo a cadere così la centralità di questi.

Un altro aspetto non meno importante è l'esperimento in sè: questa parte del metodo galileiano infatti si basa su un esperimento che è riproducibile solamente nella mente di chi lo compie. Galileo offre un'analisi dettagliata di molti fattori che potrebbero influenzare la riuscita dell'esperimento, ma che vengono poi eliminati per poter ricreare quelle condizioni ideali perché il fenomeno avvenga: importante quindi è anche il ruolo che gioca la matematica, perché non è importante arrivare solamente ad una dimostrazione qualitativa, ma anche ad una dimostrazione quantitativa del fenomeno.

[Commento da Wikipedia]

La descrizione di Galileo dell’esperimento del piano inclinato

Le parole di Galileo sono tratte da Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti alla meccanica e ai movimenti locali (1638)

“In un regolo, o voglian dir corrente, di legno, lungo circa 12 braccia, e largo per un

verso mezo braccio e per l'altro tre dita, si era in questa minor larghezza incavato un

caneletto, poco più largo d'un dito; tiratolo dritissimo, e, per averlo ben pulito e liscio,

incollatovi dentro una carta pecora zannata e lustrata al possibile, se faceva in esso

scendere una palla dì bronzo durissimo, ben rotondata e pulita;

Costituito che si era il detto regolo pendente, elevando sopra il piano orizontale una

delle sue estremità un braccio o due ad arbitrio, si lasciava (come dico) scendere per il

detto canale la palla, notando, nel modo che appresso dirò, il tempo che consumava nello

scorrerlo tutto, replicando il medissimo atto molte volte per assicurarsi bene della

quantità del tempo, nel quale non si trovava mai differenza nè anco della decima parte

d'una battuta di polso.

Fatta e stabilita precisamente tale operazione, facemmo scender la medesima palla

solamente per la quarta parte della lunghezza di esso canale e misurato il tempo della sua

scesa, si trovava sempre puntualissimamente esser la metà dell'altro: e facendo poi

l'esperienze di altre parti, esaminando ora il tempo di tutta la lunghezza col tempo della

metà, o con quello delli duo terzi o de i tre quarti, o in conclusione con qualunque altra

divisione, per esperienze ben cento volte replicate sempre s'incontrava gli spazii passati

esser tra di loro come i quadrati e i tempi, e questo in tutte le inclinazioni del piano, cioè

del canale nel quale si faceva scender la palla;

Dove osservammo ancora, i tempi delle scese per diverse inclinazioni mantener

esquisitamente tra di loro quella proporzione che più a basso troveremo essergli

assegnata e dimostrata dall'Autore.

Quanto poi alla misura del tempo si teneva una gran secchia piena d'acqua, attacata in

alto, la quale per un sottil cannellino, saldatogli nel fondo, versava un sottil filo d'acqua,

che s'andava ricevendo con un piccol bicchiero per tutto ’l tempo che la palla scendeva

nel canale e nelle sue parti: le particelle poi dell'acqua, in tal guisa raccolte, s'andavano

di volta in volta con esatissima bilancia pesando, dandoci le differenze e proporzioni de i

pesi loro, le differenze e proporzioni de i tempi; e questo con tal giustezza, che, come ho

detto, tali operazioni, molte volte replicate, già mai non differivano d'un notabil

momento.”

Diapositiva 9-15 

Contenuti sufficienti (+ appunti)

Un commento particolare meritano le n. 10 e n. 15

Diapositiva 16-20 

William Harvey: ricordare la connessione con l'atteggiamento 'meccanicista' di molti scienziati dell'epoca. Per valutare il significato delle virgolette messe alla parola  'meccanicista' si consideri con attenzione la n. 20

[Lettura sulla fisiologia di galeno, da non memorizzare]

Testo di Antonella Sacchetti

La fisiologia tradizionale distingueva tre diverse ‘cavità’ -addome, torace, testa- ciascuna delle quali espletava una precisa funzione vitale, affidata ad un organo principale e ad un sistema di vasi ad esso collegato, in cui scorreva un particolare fluido.125 All’interno di questo schema triadico l’addome era considerato sede della nutrizione e dell’escrezione. Il suo organo principale, il fegato, elaborava il chilo trasportato dalle vene mesenteriche, trasformandolo  in sangue venoso, che veniva distribuito a tutto il corpo attraverso le ramificazioni della vena cava. Altro compito svolto dal sistema venoso consisteva nel raccogliere le sostanze di rifiuto e convogliarle nella milza, nella cistifellea e nella bile. Alla cavità della testa, in cui opera il cervello, erano affidate tutte le funzioni animali quali il movimento, il senso, la ragione. Il sistema dei nervi collegati al cervello costituiva una rete di vasi all’interno dei quali si muovevano gli spiriti animali, trasmettendo all’organo principale i dati sensoriali o, viceversa, traducendo in movimenti muscolari le risposte elaborate dal cervello.

 Il compito del cuore, collocato nella ‘cavità’ centrale del torace, consisteva nella conservazione e distribuzione del calore, e quindi della vita, a tutto l’organismo. Il cuore, sede di un calore innato, trasmetteva questa sua virtù alle parti periferiche del corpo, grazie al  flusso continuo del sangue, il cui movimento era affidato ad una ‘vis pulsifica’ di cui si supponeva fossero dotate le pareti  arteriose. Nei tessuti dell’organismo doveva verificarsi un consumo ininterrotto di sangue, che postulava la necessità di un afflusso e di una produzione costante di sangue nuovo, ininterrottamente fabbricato nel fegato. Galeno distingueva il sangue venoso da quello arterioso, che manifesta un colore più vivo, dovuto alla presenza di pneuma e di spiriti vitali. Il sangue arterioso veniva localizzato nel ventricolo sinistro del cuore, generato dalla commistione di pneuma e sangue, e veniva distribuito muovendosi anch’esso unicamente in direzione centrifuga, per giungere a vivificare tutte le parti dell’organismo. A questi due diversi tipi di sangue corrispondevano due distinte funzioni: il sangue venoso era considerato essenzialmente un liquido nutritivo, mentre il sangue arterioso trasportava gli spiriti vitali. I due sistemi vascolari venivano inoltre originati da organi distinti: se il cuore era considerato ‘arché’ delle arterie, il fegato veniva indicato come principio delle vene. Dal fegato, dunque, si dipartivano sia le vene dirette verso le parti periferiche dell’organismo, sia la vena cava inferiore, che trasportava alla cavità destra del cuore il sangue prodotto nel fegato stesso. A sostegno di questo schema di movimento del sangue Galeno utilizzava un’osservazione effettuata da Erasistrato, che aveva messo in luce la funzione svolta dalla valvola tricuspide, grazie alla quale il sangue può affluire al cuore. Questa scoperta apriva il varco a pesanti critiche del sistema fisiologico aristotelico, in base al quale tutte le arterie e le vene dovevano avere origine dal cuore. Se esistevano passaggi che consentivano l’ingresso di sangue nel cuore, allora questo sangue doveva essere stato prodotto altrove e, più precisamente, nel fegato: il cuore veniva così spodestato dal ruolo di unico generatore e distributore di sangue nell’organismo.

Il sangue venoso, proveniente dal fegato e raccolto nella parte destra del cuore, subiva un processo di riscaldamento ed assottigliamento prima di continuare il proprio percorso, che si divideva seguendo  due  diverse direzioni: una piccola porzione di sangue circolava attraverso i polmoni, mentre la parte più consistente filtrava nel ventricolo sinistro insinuandosi nei pori intraventricolari, sottilissimi passaggi a forma di imbuto, le cui parti terminali risultavano addirittura invisibili. Il passaggio intrapolmonare di una limitata quantità di sangue garantiva il nutrimento dei polmoni che, a loro volta, fornivano al cuore lo pneuma contenuto nell’aria, materia prima degli spiriti vitali, ed eliminavano con l’espirazione i fumi di scarto prodotti nel cuore. La funzione principale della respirazione era pertanto quella di ventilare il calore innato del cuore, che veniva così moderato ed alimentato continuamente. Le due porzioni di sangue, che avevano seguito tragitti diversi, confluivano entrambe nel ventricolo sinistro, dove lo pneuma proveniente dai polmoni  si combinava al sangue, generando un processo simile alla combustione. Quest’idea viene esemplificata da Galeno, nel De utilitate respirationis, paragonando il cuore ad uno stoppino, il sangue all’olio che lo imbeve ed i polmoni a dei ventilatori. L’allegoria della combustione si associa perfettamente alla teoria del consumo continuo di sangue che deve perciò essere prodotto incessantemente dal fegato, tramite la trasformazione degli alimenti. Questo tipo di spiegazione rimarca la distanza concettuale di Galeno dall’idea di una circolazione chiusa del sangue, che richiede l’accettazione di un processo ciclico perpetuo, diametralmente opposto a quello lineare di formazione e consumo del sangue. Va riconosciuto a Galeno il merito di aver aperto la strada verso concezioni molto avanzate, proprio grazie alla sua descrizione del sangue rigidamente dualistica. La distinzione di sangue venoso e sangue arterioso, che attribuisce a quest’ultimo la facoltà di trasportare una sostanza contenuta nell’aria, in grado di alimentare la combustione, costituisce un’intuizione che sarà destinata al successo, nell’ambito delle ricerche concernenti il ruolo dell’aria nella  respirazione. Purtuttavia sarà proprio questa avanzata dottrina dualistica del sangue ad allontanare Galeno dall’idea di circolazione, che presuppone invece l’esistenza di un transito continuo del medesimo sangue.

Il fatto che la fisiologia galenica abbia dominato incontrastata fino al XVI secolo nel campo delle scienze mediche non deve tuttavia indurre a pensare che fosse priva di punti deboli o che si accordasse completamente ai dati sperimentali. La pratica delle dissezioni anatomiche, che nel ‘500 aveva raggiunto elevati livelli di sviluppo, soprattutto nell’Università di Padova, aveva messo in luce  alcune incongruenze delle tesi galeniche aprendo prospettive di ricerca piuttosto critiche verso le spiegazioni tradizionalmente accettate.

Diapositiva 21-22   Nessun commento

Diapositiva 23 

Le accademie scientifiche hanno avuto una triplice funzione:

- dare prestigio agli scienziati e alla scienza

- favorire il dialogo fra scienziati

- rendere pubblici e controllabili i risultati della ricerca

Diapositiva 24  Nessun commento

Diapositiva 25-28 Nessun commento (ma vedi Lezioni 5-6, n. 6-8)

Diapositiva 29

Leggere e studiare il seguente testo di Antonio Clericuzio, "The Sceptical Chymist e la nascita della chimica"

Nel 1661, dopo un lungo periodo di gestazione, vide la luce lo Sceptical Chymist di Robert Boyle, opera giustamente considerata una pietra miliare nella storia della chimica. L'anno precedente (1660), Boyle aveva pubblicato i New Experiments, in cui confluivano i risultati delle ricerche sperimentali sull'aria, condotte per mezzo della famosa air-pump. Boyle cominciò a scrivere sui temi dello Sceptical Chymist, ovvero sugli elementi che costituiscono i corpi composti, tra il 1650 e il 1654 1. A metà degli anni Cinquanta del XVII secolo egli compose un primo abbozzo di quel che poi sarebbe divenuto il Chimico Scettico. [...] Boyle si dedicò alla stesura del Chimico Scettico mentre era a Oxford, dove si era stabilito nell'inverno 1655-56. In quegli anni, Oxford costituiva uno dei centri più avanzati della ricerca scientifica e Boyle svolse un ruolo di primo piano nella comunità oxoniense, in particolare con l'organizzazione di un vero e proprio corso di chimica [...]

Uno degli autori che Boyle studiò con maggior attenzione fu il medico belga Jean Baptiste van Helmont (1577-1644), che aveva assimilato, e sotto molti aspetti criticato, la chimica paracelsiana. [...] L’obiettivo del Chimico Scettico, è la confutazione della dottrina paracelsiana dei  principi chimici. 

Secondo i paracelsiani, tutti i corpi sarebbero composti di tre distinte sostanze, ovvero, sale, zolfo e mercurio. Questa teoria sostituiva quella peripatetica dei quattro elementi (terra, acqua, aria, fuoco) quali costituenti ultimi dei corpi. Il medico francese Joseph Duchesne (1546-1609), noto come Quercetano,  aggiunse ai tre principi paracelsiani acqua e terra, portando a cinque il numero delle sostanze ritenute semplici e presenti in tutti i corpi composti. Da ogni composto sarebbero ottenibili, per mezzo dell’azione del fuoco, i cinque principi, detti anche principi spagirici. Le proprietà dei corpi erano fatte derivare dalla presenza dei cosiddetti principi: al mercurio (da alcuni chiamato anche spirito) era attribuita l'origine della volatilità; al sale della solidità e la durezza; allo zolfo (chiamato anche olio) della combustibilità. Acqua e terra erano considerati principi passivi, ottenuti per mezzo del fuoco, ma privi di capacità di agire nelle reazioni chimiche.

Il Chimico Scettico, opera in forma di dialogo, è stato erroneamente considerato il primo trattato in cui appare la definizione di elemento chimico. In realtà Boyle si limitò ad affermare che elemento o principio dovrebbe essere una sostanza perfettamente semplice e omogenea e che quindi nessuno dei principi chimici lo era. L'intento dell'autore non era di stabilire quali fossero i principi ultimi dei corpi, ma confutare sperimentalmente che le sostanze ritenute semplici e omogenee fossero tali. Nello Sceptical Chymist Boyle prese in esame le teorie chimiche dell’epoca e si impegnò in un’articolata confutazione sperimentale della concezione aristotelica dei quattro elementi e di quella paracelsiana dei cinque principi. Mentre van Helmont aveva affermato che la sostanza ultima di cui sono composti i corpi naturali è l’acqua, Boyle negò che l'acqua fosse una sostanza semplice e non si pronunciò sul numero dei costituenti ultimi.  Egli volle confutare  la concezione dei chimici paracelsiani per la quale da tutti i corpi è estraibile per mezzo del fuoco lo stesso numero di sostanze semplici – sostanze da cui sarebbero formati tutti i composti. Boyle dimostrò sulla base di dati sperimentali che vi sono sostanze, come l’oro e l’argento, da cui non è possibile estrarre i cosiddetti principi chimici. Dimostrò inoltre che le sostanze che i paracelsiani credevano essere semplici e incomposte potevano essere ulteriormente analizzate. Infine, Boyle rifiutò il metodo tradizionalmente impiegato per analizzare i composti, ossia l’analisi per mezzo del fuoco; dimostrò infatti per via sperimentale che il fuoco in molti casi ricombina gli ingredienti dei corpi invece di separarli. Boyle espresse riserve sulle classificazioni e la terminologia di cui faceva uso la chimica: essa era a suo avviso oscura e basata su generalizzazioni arbitrarie. Ad esempio, con il termine sale si indicavano sostanze tra loro diversissime, mentre occorreva – secondo Boyle – distinguere sali acidi, sali alcalini e volatili. Analogamente per gli spiriti, i chimici erano soliti indicare con questo termine tutte le sostanze liquide e volatili prodotte per distillazione. Secondo Boyle, occorreva distinguere tre tipi di spiriti: acidi (come lo spirito di nitro), alcalini (come  lo spirito presente nell’urina) e infiammabili, ottenuti per distillazione. Al fine di giungere ad una più accurata classificazione delle sostanze chimiche e, in particolare, per identificare acidi e alcali, Boyle perfezionò gli indicatori chimici in uso e ne introdusse di nuovi. Tra le sostanze maggiormente utilizzate da Boyle vi era lo sciroppo di viole, estratto dai petali di viola, e il cosiddetto lignum nephriticum, l’Eysenhardtia polystacha, una pianta di origine messicana. Gli indicatori consentivano a Boyle non solo di determinare con precisione se una determinata sostanza fosse acida o alcalina, ma gli permettevano di aggiungere una terza classe di sostanze, neutre, che non producono alcun mutamento di colore nell’indicatore. Di qui Boyle concluse che la teoria chimica che divideva tutte le sostanze in acidi e alcali era imprecisa e fallace, per il fatto che non considerava le sostanze neutre. Sulla base degli esperimenti condotti con gli indicatori, Boyle maturò la convinzione che gli acidi, al pari degli alcali, fossero composti di due parti – si trattava cioè di corpuscoli composti – una delle quali modificava il colore dell’indicatore chimico, l’altra distingueva un acido dall’altro e un alcali dall’altro.

Diapositiva 30-31 Nessun commento

Diapositiva 32-33

Alcuni dei risultati più famosi di Hooke sono connessi ai perfezionamenti da lui apportati al microscopio. I microscopi da lui costruiti, che si avvalevano di nuovi sistemi ottici e di un nuovo sistema di illuminazione, gli permisero una serie di scoperte esposte nel libro Micrographia: da risultati sull'anatomia degli insetti alla famosa scoperta, nel sughero, di quelle cavità, separate da pareti, che chiamò 'cells' (cellule), a osservazioni sui cristalli essenziali per la nascente scienza della cristallografia (alla cui fondazione Hooke contribuì anche elaborando pionieristici modelli per dedurre dalla forma dei cristalli macroscopici le loro disposizioni atomiche). (da Wikipedia)

Diapositiva 34

Robert Hooke’s 10-foot mural quadrant made for the Royal Observatory, about 1676.

Il quadrante è uno strumento che può essere utilizzato per misurare l'altezza angolare di un corpo celeste rispetto alla linea dell'orizzonte. Esso ha una forma di quarto di cerchio, per misurare il valore di un angolo da 0 a 90°.

Diapositiva 35-36 Nessun commento

Diapositiva 37-41 Nessun commento