Il fisico ed il suo condizionamento da un modello

scritto da Salvatore Ganci

Un “modello” è, in Fisica, uno schema assunto per descrivere una particolare fenomenologia, una rappresentazione “figurata” spesso in termini di un sistema Fisico reale e semplice. Sulla base di un modello si riescono a prevedere comportamenti del sistema modellizzato e performare esperienze da cui, spesso, ci si attende un determinato output. Finché l’output è quello previsto il “modello” funziona. Talvolta si impiega il termine “teoria” in luogo di “modello” ma la sostanza non cambia. A tutti è nota, ad esempio, come la luce fu storicamente modellizzata come “sciame di corpuscoli” osservanti le Leggi newtoniane del moto o come “perturbazione ondosa”. Questi modelli convivono parallelamente senza “esperimenti cruciali” ed adattandosi via via, ai nuovi aspetti fenomenologici “non spiegabili”. Lo sciame di particelle deve acquisire caratteristiche di periodicità per “spiegare” perché la luce piega attorno agli ostacoli, come l’iniziale analogia suono/luce (cioè la caratteristica di onda longitudinale) deve subire una modifica in “onda trasversale” per potere spiegare i fenomeni di polarizzazione. Il “semplice” ha migliore fortuna del “macchinoso” e la teoria ondulatoria della radiazione ottica si afferma pressoché totalmente nella Comunità Scientifica. Poiché una perturbazione ondosa doveva  (già agli inizi) presupporre un mezzo elastico in cui la perturbazione si potesse propagare senza trasporto del mezzo, se ne ipotizzò uno: l’Etere, che ancora fa la sua parte nel linguaggio comune in espressioni del tipo “via Etere” distinguendoci dal mondo Anglosassone che usa l’espressione “on air”. Si pone ancora attenzione a ciò che è frapposto tra l’antenna trasmittente e l’antenna ricevente e non alla perturbazione di campo elettromagnetico che si propaga secondo quattro semplici equazioni che descrivono le proprietà del campo elettromagnetico.  Quando James Clerk Maxwell pervenne alle sue celebri equazioni, nessuno fece attenzione al fatto che, in fin dei conti,  non c’era nulla  che presupponesse la necessità di un mezzo per la propagazione. L’unico parametro legato alla propagazione era infatti la velocità di propagazione dell’onda (la velocità di propagazione della luce nel vuoto) che, dai primi anni del ‘900, inizia ad essere misurata misurando con accuratezza grandezze “elettriche”.

Un ingegnoso esperimento performato nel 1881(1) da A. A. Michelson  raffinato in collaborazione con E. W. Morley nel 1887(2)  (e che comportò una considerevole spesa di realizzazione), diede esito contrario a quello atteso. Tutti gli svariati tentativi di mantenere in vita l’Etere testati ripetendo l’esperimento al fine di verificare l’output “atteso”, diedero tutti risultato negativo. E’ quasi curioso come uno degli esperimenti fondamentali di tutta la Storia delle Scienze Fisiche sia un esperimento “nel quale non succede niente”. Eppure il processo con cui la Comunità Scientifica si abitua ad un nuovo risultato è lento e graduale. Dovrebbe essere una impresa di grande valenza l’analisi della cause psicologiche che sono alla base di queste “resistenze” ad abituarsi alla semplice idea che quattro equazioni elaborate con un po’ di Matematica, danno luogo ad una equazione nota come “equazione delle onde”. La stessa equazione che descrive tutte le onde che vediamo propagarsi in un mezzo, vale anche per le perturbazioni del campo elettrico e del campo magnetico nello spazio vuoto. Questi campi, quando sono variabili nel tempo, spiccano il volo “on air” uno generando la variazione nel tempo dell’altro e viceversa senza avere bisogno dell’Etere per propagarsi. L’esperimento di Michelson e Morley è del 1887 (riferendoci alla pubblicazione dell’articolo)(2) ma il processo con cui una nuovo risultato, in rottura con la tradizione, inizia ad affermarsi è molto lento e non privo di ostacoli. Perché anche nell’Uomo tutto votato alla conoscenza esistono queste resistenze? Non è compito del Fisico occuparsi di questa fenomenologia: la Fisica è però fatta da uomini. Ma alla fine, la rottura con la tradizione si afferma nelle nuove generazioni scientifiche. L’aspetto più sorprendente di quanto queste resistenze continuino a permanere, persino mascherate con cura, è offerto dal mai eguagliato testo “The Mathematical Theory of the Huygens Principle” di B. B. Baker e E. T. Copson. Il testo è a tutt’oggi  ri-edito ed in catalogo.  E’tra i testi più citati  e studiati a tutt’oggi da qualunque serio studioso dell’argomento. E’ un trattato in cui il problema è esaminato nel suo solo aspetto analitico: è un testo di “Fisica-Matematica”. Eppure … nonostante il totale mascheramento del “modello” della radiazione ottica, a metà di p. 102 “scappa impietosamente” un: “We shall consider the analytical formulation of Huygens’ principle for an electromagnetic field in free aether …” La prima edizione è del 1939 e la seconda da cui ho tratto il passo testuale è del 1950! Circa settant’anni dalle  misure di A.A. Michelson e E. W.Morley(1, 2) .

 Sì, indubbiamente un Fisico è fortemente condizionato dai modelli con cui rappresenta la Natura: questo è un fatto. Che inconsciamente un “modello” sia talmente condizionante il processo del pensiero da fare diventare “reale” quella che è una semplice “chiave di lettura della Natura?


1.) A. A. Michelson, "The Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether", American Journal of Science, 22, 120-129 (1881). 

2.) A. A. Michelson, and E. W. Morley"On The Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether", American Journal of Science, 34, 334 – 345  (1887).




Riferimenti bibliografici generali e note.


Giovanni Polvani, Storia delle Ricerche sulla Natura della Luce  (Istituto Poligrafico dello Stato,  Roma, 1934).

Nota: l’Autore non è uno “Storico della Fisica”. Stupisce trovare periodi come “E così la teoria  Newtoniana riceveva il colpo mortale”, o ancora “Ma l’opera geniale di Young e di Fresnel distrusse in breve tempo e in modo irreparabile la teoria corpuscolare sostituendo ad essa la teoria ondulatoria”. Tutto ciò è del tutto falso se si esamina lo sviluppo storico. S. D. Poisson, continuò a lavorare con i suoi “filets de lumière” e morì Newtoniano convinto. Stupisce già nel titolo il termine “Natura” usato per la luce. “Che cos’è la luce” è un problema mal posto per un Fisico. Il problema correttamente posto è se la luce si comporti come un’onda elettromagnetica e la risposta è affermativa perché consegue dalle equazioni di Maxwell.  Ma l’attributo ondulatorio è comunque insufficiente a “spiegare” l’effetto fotoelettrico, per cui  l’energia dell’onda deve essere trasportata per pacchetti discreti. Cioè al comportamento della radiazione ottica c’è da associare un attributo “particellare”.

Vasco Ronchi, Storia della Luce , (Zanichelli, Bologna, 1952).

Nota: incomparabile testo di un Fisico che ha lasciato contributi significativi nel campo  dell’Ottica. Lo sviluppo storico è delineato con lucidità e spesso l’Autore è capace di immedesimarsi nelle emozioni stesse che dovettero provare i pionieri delle teorie della Luce.

Ernst Mach, The principles of Physical Optics  [An historical and philosophical treatment], (Dover Mineola, 2003). Republication of the 1953 Dover English translation.

Francesco Cajori, Storia della Fisica , (Zanichelli, Bologna, 1909).

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