50930 programma e calendario

Flavia Marcacci
QUESTIONI DI STORIA DEL PENSIERO SCIENTIFICO
50930 – 1° semestre – 6 CFU
Argomento del corso. Astronomia e cosmologia: storia e teorie del cosmo
Obiettivi formativi. 1. Uso della storia della scienza come strumento di apprendimento. La storia della
scienza si rivela uno strumento utilissimo per accostarsi ad argomenti scientifici che sarebbero
particolarmente faticosi da comprendere in un quadro puramente specialistico e tecnico. La
comprensione di tali argomenti è oltremodo importante sia per ampliare la nostra percezione del mondo
e quindi goderne la bellezza e la ricchezza, sia per permettere alla filosofia l’interazione e il dialogo
con la scienza, che ad oggi occupa una spazio sociale e culturale imprescindibile. 2. Dalla storia della
scienza alla storia del pensiero scientifico. L’itinerario storico offerto nel corso delle lezioni permetterà
allo studente di porsi domande filosofiche come: qual è la posizione dell’uomo nel mondo? Perché e
come percepiamo il mondo come una totalità? Come avvengono determinati fenomeni naturali? Cosa
sono lo spazio e il tempo? Sono domande peculiari del sapere filosofico che anche la scienza ha tentato
di chiarire e le cui risposte la filosofia deve valutare. Questa indagine è particolarmente stimolante,
perché induce ad uno sguardo interdisciplinare. 3. La scienza e i suoi strumenti. La scienza ha
strumenti e metodi suoi propri, che nel corso della storia si sono raffinati, producendo risposte più
articolate e potenziando notevolmente la capacità di investigare il mondo. Questi stessi strumenti, però,
diventano spesso incomprensibili a chi non pratica la scienza. Pertanto si cercherà di condurre lo
studente verso la conoscenza dei concetti e delle scoperte più importanti, mostrando come il linguaggio
formale comunica idee e modelli (prima o poi esemplificabili negli esperimenti). 4. La dimensione
osservativa e sperimentale del sapere scientifico. La rinascita di interessi significativi intorno alla
cosmologia costringe a indagarne lo statuto epistemologico. Se per scienza si intende un sapere avente
uno specifico oggetto (il cosmo), uno specifico metodo (ipotetico-deduttivo) e una specifica
dimensione sperimentale, allora la cosmologia deve attuare questi criteri se vuol dirsi scienza. A tal fine
sarà importante chiarire l’epistemologia della ricerca scientifica e valutare l'interpretazione fisica dei
modelli matematici.
Programma. 1. Le domande che accomunano cosmologia e filosofia. L'universo è eterno, ciclico, ha un
inizio, avrà una fine? Quanto è grande ed è finito, infinito o illimitato? Di quale materia è fatto e in che
relazione sta la materia con le leggi scientifiche? Come conosco l'universo e che ruolo hanno gli
strumenti nella conoscenza? L'universo evolve o resta sempre identico a se stesso e in ogni caso che
cosa è il tempo? L'universo è uno o ce ne sono molti? C'è vita e intelligenza cosciente nell'universo?
Quale posto occupa l'uomo nel cosmo? Perché l'universo è stato creato, c'è una finalità o la sua
esistenza è casuale? Nei 4 capitoli storici esaminati si costruiranno le risposte a queste domande. 2. La
questione astronomica alle origini della rivoluzione scientifica. All’interno della scienza astronomica si
avvia quel processo conosciuto come Rivoluzione scientifica: è l’osservazione del cielo che in epoca
rinascimentale fa prima collidere e poi integrare lo studio delle cause fisiche del moto con quello della
descrizione geometrica della volta celeste. 1610: Galileo pubblica il Sidereus Nuncius, nasce
l’astronomia telescopica. Si avvia, per almeno mezzo secolo, un intenso dibattito per comprendere
quale sistema di mondo fosse giusto: eliocentrico, geocentrico, semigeocentrico. 2. La sintesi moderna
e la legge di gravitazione universale (principi di meccanica celeste). Molto prima che fossero stabilite
sperimentalmente le prove del moto della Terra, si diffuse nella pratica scientifica il sistema
eliocentrico in quanto Newton riuscì a creare la fisica capace di darne un sostegno efficace. Tale sintesi
lasciava dedurre un universo infinito, statico, eterno, simmetrico, omogeneo, pur lasciando irrisolti
diversi problemi (paradosso di Olbers, avanzamento del perielio di Mercurio). Scienza newtoniana e
scienza cartesiana si scontrano sui principi di filosofia naturale che dovrebbero spiegare un cosmo così
concepito. Teologia e scienza si intrecciano per capire il posto di Dio in questo stesso cosmo, come lo
scholium generale ai Principia di Newton testimonia. Newton e Leibiz fondano il calcolo
infinitesimale, che non solo diventerà lo strumento fondamentale della scienza del Settecento (fino alla
fondazione della meccanica razionale), ma influenzerà moltissimo l'immagine filosofica dell'infinito.
Da qui il collegamento diretto con la cosmologia di Kant e il tentativo della Naturphilosophie di
opporre ad una visione deterministica di mondo una concezione dinamica della natura. L'astronomia
imporrà però problemi tecnicamente ardui, sia strumentalmente (scoperta dello righe spettrali del sole)
che matematicamente (problema dei tre corpi da Jacobi a Poincarè) che riveleranno l'insufficienza della
scienza e della relativa epistemologia che era stata elaborata. 3. La seconda rivoluzione scientifica e la
rinascita della cosmologia. Maxwell-Lorentz-Boltzman-Planck: l'Ottocento si chiude con domande
fisiche apparentemente irrisolvibili. Con l’ausilio dei nuovi mondi geometrici (geometrie non-euclidee,
metrica di Minkoski) elaborati dal XIX secolo in poi, Einstein rinnova profondamente la meccanica,
che si fa relativistica. In essa lo spazio-tempo assurgono ad essere quadri-dimensionali. Le prime prove
del nuovo impianto teorico giungono proprio dalla cosmologia (avanzamento del perielio dei pianeti,
curvatura dei raggi luminosi entro un campo gravitazionale, spostamento delle frequenze delle righe
spettrali) fino a pensare di estendere le “regole” della gravità a tutto l’universo. Tra il 1905 e il 1929
Einstein propose un cosmo statico non euclideo; Friedmann e Lamaĭtre costruiscono
indipendentemente la soluzione matematica al nuovo modello di universo (modello cosmologico di
Friedmann-Lamaĭtre) deducendone l’espansione; Hubble individua questa espansione dell’universo
(legge di Hubble, 1929). È ormai rinata la cosmologia. 4. Modelli di universo. Alla fine degli anni
Trenta sono molti i problemi aperti come la curvatura dello spazio, la densità dell'universo e la sua età,
il significato della costante cosmologica nelle equazioni di Einstein. Emerge l’idea di un Big Bang
(instabilità dinamica e nascita dell’universo da una singolarità gravitazionale, la nucleosintesi di
Alpher, Bethe e Gamow), contro l’idea di un universo eterno (teoria dello stato stazionario di Hoyle).
1964: Penzias e Wilson scoprono la radiazione cosmica di fondo (cosmic microvawe background,
CMB) e sembrano confermare il modello inflazionario dell’espansione dell’universo. Ulteriore
scoperta dell’accelerazione crescente e comportamento della CMB portano all’ipotesi della energia e
della materia oscure. Hawking e Penrose delineano un universo avente una fine, oltre che un inizio. 5.
Modello standard, gravità quantistica, teorie di grande unificazione. Lo spazio relativistico resta
inconciliabile con la meccanica quantistica, che però è essenziale per descrivere gli istanti iniziali
dell’universo. Si approfondisce il formalismo matematico per l’uso dei concetti quantistici (funzioni
d’onda probabilistica, ipotesi di Feynman del path integral, …). Il modello che si impone è il modello
standard, per integrare forze e particelle fondamentali della materia. Vengono elaborate diverse teorie di
grande unificazione: dalle supersimmetrie alle varie teorie delle superstringhe, capaci di “dedurre” la
gravità, fino alla teoria madre (M-teoria di Witten). Su quest’ultima si sviluppa il modello di universo
ciclico di Steinhardt e Turok. Diventa pertanto essenziale reperire nuovi e precisi dati osservati (bosone
di Higgs, comportamento dei neutrini) per connettere teoria e realtà e dare maggiore profondità alla
dimensione osservativa della cosmologia. Sarà importante anche chiarire la dimensione epistemologica
del concetto di informazione (in relazione ad altri concetti come legge naturale e legge matematica,
ordine e disordine, misura di informazione, …) per vedere se possa costituire una chiave concettuale
per passare alla dimensione ontologica delle problematiche trattate e portare la questione cosmologica
anche su questo livello. Ne dà un esempio storico eloquente la formula che Wheeler usò per intendere
l'informazione come grandezza fisica fondamentale accanto ad altre (come l'energia): it from bit. Resta
da vedere quale sia il corrispondente significato fisico e le conseguente in un modello di universo
cosiddetto “olografico” e il ruolo della teoria quantistica dei campi.
Metodologia didattica. Lezioni frontali, power points, video, brevi ricerche individuali, incontri
seminariali, dibattito finale.
Metodologia di valutazione. Esame orale con possibilità di approfondimento su un tema particolare.
Bibliografia generale (in gran parte disponibile anche in inglese)
G. Auletta – G. Tarozzi, On the Physical Reality of Quantum Waves, “Foundations of Physics” 34 n. 11
(2004), pp. 1675-1694.
P. W. Atkins, Le regole del gioco. Come la termodinamica fa funzionare l’universo, Bologna,
Zanichelli, 2010
G. Basti, From Formal Logic to Formal Ontology: the new dual paradigm in natural sciences. In
Bertato F. M. (ed.) (2014), (Un)certainty and (In)exactness – Proceedings of the 1st CLE Colloquium
for Philosophy and History of Formal Sciences (CLE4SCIENCE), Campinas (SP), Coleção CLE,
forthcoming
J. Barrow, Da zero a infinito. La grande storia del nulla, Mondadori, Milano, 2005
Barrow J.D., Davies P.C.W., Harper C.L. (eds.), Science and Ultimate Reality. Quantum Theory,
Cosmology, and Complexity, Cambridge University Press, Cambridge 2004.
M. Begelmann – M. Rees, L’attrazione fatale della gravità. I buchi neri dell’universo, Zanichelli,
Bologna 1997
P. Davies, Dio e la nuova fisica, Mondadori, Milano 1994
P. Davies, Il cosmo intelligente, Mondadori, Milano, 1999
A. Fantoli, Extraterrestri. Storia di un'idea dalla Grecia ad oggi, Carocci, Roma 2008
G. Gamow, La mia linea di universo. Un’autobiografia informale, Dedalo, Bari 2008
M. Gasperini, Lezioni di cosmologia teorica, Milan-Dordrecht-London-New York, Springer-Verlag
Italia, 2012
S. Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri. Breve storia del tempo, BUR, Milano 1994
S. Hawking, La teoria del tutto. Origine e destino dell’universo, Rizzoli, Milano, 2003
S. Hawking & R. Penrose, La natura dello spazio e del tempo, Rizzoli, Milano, 2002
M. Heller, Some Mathematical Physics for Philosophers, Pontifical Council for Culture & Pontifical
Gregorian University, Vatican City 2005
S. Lloyd, Il programma dell’universo, Einaudi, Torino 2006
F. Marcacci, Per una teologia della scienza. La tensione creativa di Michał Heller, “Aquinas” 2014 2,
in corso di stampa
F. Marcacci, Ptolemaic and Copernican globes in the XVII century: short remarks on the handbooks by
Blaue and Bion, in Pisano R., Capecchi D., Lukešová A. (eds), Physics, Astronomy and Engineering.
Critical Problems in The History of Science, The Scientia Socialis Press, Siauliai 2013
R. Penrose, La strada che porta alla realtà. Le leggi fondamentali dell’universo, BUR, Milano 2009L
Smolin, L' universo senza stringhe: fortuna di una teoria e turbamenti della scienza, Mondadori,
Milano 2008
P. J. Steinhardt – N. Turok, Universo senza fine. Oltre il big bang, Il Saggiatore, Milano 2010
J. A. Wheeler and W. H. Zurek (eds.), Quantum Theory and Measurement, University Press, Princeton,
1983
S. Weinberg, I primi tre minuti, Mondadori, Milano 1986
Bibliografia di approfondimento e consultazione
U. Bottazzini, Il flauto di Hilbert. Storia della matematica, Utet, Torino 2005
V. Cappelletti - S. Petruccioli (eds.), Storia della scienza, 10 voll., Treccani, Roma 2001-2004
R. P. Feynman – A. Hibbs, Quantum Mechanics and Path Integrals, McGraw Hill, 1965
M. Gliozzi, Storia della fisica, Bollati Boringhieri, Torino 2005
W. Heisenberg, Mutamenti nelle basi della scienza, Bollati Boringhieri, Torino 2000
A. Van Helden, Measuring the universe: cosmic dimensions from Aristarchus to Halley, Un. of Chicago
Press, Chicago-London 1986
R. Trudeau, La rivoluzione non euclidea, Bollati Boringhieri, Torino 2004
CALENDARIO
Lun 6 ottobre 2014: Introduzione
Mar 7 ottobre 2014 ‫״״‬
Lun 13 ottobre 2014: La via degli antichi
Mar 14 ottobre 2014: tecnica tolemaica e tecnica copernicana
Lun 20 ottobre 2014: Astronomia nel Seicento
Mar 21 ottobre 2014 ‫״״‬
Lun 27 ottobre 2014: il Settecento
Mar 28 ottobre 2014: Ottocento: elettricità e spettri elettromagnetici
Lun 3 novembre 2014: Ottocento: luce onda o corpuscolo?
Mar 4 novembre 2014 ‫״״‬
Lun 10 novembre 2014: Teoria della relatività
Mar 11 novembre 2014 ‫״״‬
Lun 17 novembre 2014: Cosmologia relativistica: universo in espansione
Mar 18 novembre 2014 ‫״״‬
Lun 24 novembre 2014: Nucleosintesi e cosmologia
Mar 25 novembre 2014 ‫״״‬
Lun 1 dicembre 2014: Cosmologia quantistica (richiami di QM)
Mar 2 dicembre 2014 ‫״״‬
Lun 8 dicembre 2014: Standard model, gravità quantistica e QFT
Mar 9 dicembre 2014 ‫״״‬
Lun 15 dicembre 2014:Cosmologia relativistica e Universi possibili
Mar 16 dicembre 2014: viaggi nel tempo
Lun 12 gennaio 2014: Universo olografico
Mar 13 gennaio 2014 ‫״״‬

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