Filosofia e Fisica

Di Micaela Bonito.

Come la filosofia abbia potuto coinvolgere ed influenzare la fisica? Di seguito un approfondimento al riguardo redatto dai nostri tutor

Percorso di approfondimento:
“La filosofia ha influenzato la fisica?: L ’esempio di Oersted e del suo famoso esperimento”.

Ambito: Fisica e storia della fisica

Materie coinvolte:
Fisica, Filosofia, Storia

Punto di partenza dell’approfondimento:
La filosofia e la fisica sono state due discipline che si sono sempre influenzate fra loro.
In questa proposta d’approfondimento si analizzerà un esempio in cui la filosofia ha influenzato, in maniera più o meno diretta, lo sviluppo della fisica.

Collegamenti multidisciplinari suggeriti:
- Filosofia: il meccanicismo nei filosofi dell’illuminismo francese; Kant e la visione del mondo tra dinamicismo e meccanicismo; la Naturphilosophie (Fiche e Schelling) e il suo influsso nel pensiero filosofico tedesco

- Storia: la situazione storia del periodo di Ørsted: la dominazione napoleonica e la risposta prussiana

- Italiano: il passaggio dall’illuminismo al romanticismo: lo sturm und drang e la visione romantica della natura

Scheda storica sul fisico Hans Christian Ørsted:

Hans Christian Ørsted (14 agosto 1777 – 9 marzo 1851) è stato un fisico e chimico danese, che ha dato

un fondamentale contributo alla comprensione dell'elettromagnetismo.
Hans Christian Oersted era figlio di Soren Christian Oersted e Karen Hermandsen. Suo padre era farmacista di Rudkobin, sull’isola di Langeland. Hans e il fratello Anders, che diventerà professore di diritto e importante politico, entrarono nel 1794 all’Università di Copenhagen
Nel 1790 Hans superò con il massimo dei voti l’esame di farmacia, e all’inizio dell’800 iniziò a studiare i fenomeni di galvanizzazione.
Nel 1801 vinse una borsa di studio che gli consentì di viaggiare in Germania ed in Francia, nel corso di questo viaggio egli conobbe il fisico tedesco Carl Ritter, la cui influenza si rivelò determinante per le sue future ricerche. Tornato in patria nel 1806 Oersted divenne un professore all’università di Copenhagen, dove le sue prime ricerche si focalizzarono sulle correnti elettriche e sull’acustica. Nel 1814 sposò Brigitte Ballun, da cui avrà cinque figlie e tre figli, dal 1815 divenne segretario della Accademia Danese delle Scienze e delle Lettere. Nel 1820 egli compì un esperimento (noto come esperimento di Oersted) che dimostrava una prima relazione tra elettricità e magnetismo. In realtà, questo fenomeno era già stato osservato dall’italiano Gian Domenico Romagnosi nel 1802, ma non fu creduto dalla comunità scientifica di allora.
L’annuncio della scoperta provocò grande interesse e molte discussioni furono suscitate dall’interpretazione del fenomeno negli ambienti accademici. L'unità di misura del campo magnetico fu chiamata "Oersted" in suo onore.
Oltre agli studi sull’elettromagnetismo, Oersted si dedicò le sue ricerche alla compressione dei gas e dei liquidi e ai materiali diamagnetici. Ulteriori sue scoperte furono la piperina, un alcaloide presente nel pepe, e la produzione dell’alluminio.
Nel 1824 fondò la Società per la diffusione delle Scienze Naturali che dal 1908 assegna la Medaglia Oersted, un’importante riconoscimento destinato a coloro che si distinguono nel campo della fisica.
Nella sua vita egli, oltre alle sue opere scientifiche, fu appassionato di letteratura e scrisse anche opere di poesia e prosa: prima della sua morte pubblicò una serie di articoli con il titolo L’anima nella natura, in cui delineò i fondamenti del suo pensiero.

L’esperimento:
Nel 1820 H. C. Oersted, in un famosissimo esperimento, dimostrò come una corrente elettrica, passante in un filo, fosse in grado di deviare un ago magnetico.
L'esperimento di Oersted fu cronologicamente il primo esperimento a dimostrare una correlazione tra la corrente elettrica e il campo magnetico.
All’epoca, infatti, l’elettrostatica, il magnetismo e il galvanismo (ovvero i fenomeni relativa al passaggio di corrente) erano considerati come tre branche separate della fisica.
Mentre preparava il materiale per una lezione, Ørsted scoprì qualcosa che lo sorprese molto: egli avvicinò una bussola ad un filo elettrico in cui scorreva corrente e l’ago magnetico della bussola si mosse improvvisamente. Ørsted fu così sorpreso che ripeté l’esperimento più volte, e concluse che un conduttore percorso da cariche elettriche in movimento genera nello spazio circostante un campo magnetico. Se la corrente, infine, è abbastanza intensa, l'ago punta in direzione perpendicolare alla direzione del filo.
Le linee di forza del campo magnetico (B) generato da un filo percorso da corrente (i) sono circolari e concentriche tra loro (il centro comune è il filo per cui passa la corrente). Il verso del vettore-campo magnetico si intuisce con la regola della mano destra: indicato col pollice il verso della corrente elettrica, il verso del campo magnetico è alla rotazione necessaria per avvolgere con la mano il filo.

L'esperimento può essere replicato utilizzando un dispositivo, composto da una base di legno con una bussola, sopra la quale, fissato ad un telaio, è collocato un grosso filo di rame che termina con piccoli serrafili. Un dispositivo permette di abbassare o alzare il filo sopra l'ago della bussola per esaminare come la sua deviazione sia influenzata dalla distanza dal filo percorso da corrente.
Dopo aver disposto l'apparecchio in modo che l'ago magnetico sia parallelo al filo conduttore, si pongono in comunicazione le due estremità del filo con gli elettrodi di una serie di pile e vi si fa passare una corrente. Si osserva che l'ago subisce una deviazione tendendo a disporsi perpendicolarmente alla direzione del filo.
Invertendo il verso di circolazione della corrente, l'ago tende ancora a disporsi perpendicolarmente al filo conduttore, ma con i poli invertiti rispetto alla precedente posizione.
Grazie a un'esperienza simile nella quale dimostrò che una corrente elettrica continua che transita attraverso un conduttore genera un campo magnetico, Oersted riuscì a provare per primo l'interdipendenza fra elettricità e magnetismo.


L’influenza della filosofia:

E’ possibile, analizzando le ricerche e i testi di Oersted, mostrare l’influenza della filosofia e dei fattori socioculturali nello sviluppo del pensiero di una scienziato
In primo luogo, si cercherà di partire da un quadro di riferimento generale che possa offrire supporto teorico a questa ipotesi.
Basandosi su queste indicazioni, si proseguirà con l’analisi del caso di Oersted.
E’ importante evidenziare che la storia del pensiero scientifico mostra questi tre aspetti:
- il pensiero scientifico non è mai stato del tutto separato dal pensiero filosofico;
- le grandi rivoluzioni scientifiche sono sempre state determinate da grandi rivolgimenti o cambiamenti delle concezioni filosofiche;
- il pensiero scientifico non si sviluppa “nel vuoto”, ma sempre all’interno di un quadro di idee, di principi fondamentali, di evidenze assiomatiche, che abitualmente vengono considerate come appartenenti propriamente alla filosofia.
E’ utile considerare che gli studi di storia della scienza ha mostrato che, senza l’attenzione storica allo sviluppo del pensiero, non si capiscono determinate scoperte o sviluppi tecnologici e la loro interpretazione risulta menomata.
Al centro di questo approccio storico vengono messe le “rivoluzione scientifiche”, che sono viste come veri e propri complessi cambiamenti di paradigma, ovvero dell’insieme di credenze condivise da una comunità scientifica (linguaggio, problemi analizzati, metodi di convalida, problemi considerati pertinenti o importanti).
E’, appunto, alla luce di quanto precedentemente detto, che si cercherà di analizzare lo sviluppo del pensiero di H. C. Oersted (1777-1851), esempio di come l’influenza filosofica e socio-culturale possa essere un fattore caratterizzante l’agire di uno scienziato.
E’ necessario, in primo luogo, delineare i diversi paradigmi presenti in quel periodo nella comunità scientifica e la formazione di riferimento di Oersted.
Lo sviluppo scientifico del XIX secolo si è caratterizzato per il contrasto fra una visione del mondo “meccanicista” ed una “dinamista”.
Questi due differenti paradigmi erano in forte contrasto fra loro contraddistinguendosi per la diversità delle ipotesi di fondo.
La prima si fondava su ipotesi microscopiche specifiche come l’esistenza degli atomi; la seconda si incentrava sulle “forze” considerate come qualità primarie”.
Ad una formazione iniziale come farmacista, Oersted affiancò, in seguito, un dottorato incentrato sull’opera di Kant “Fondamenti metafisici delle Scienze naturali”. In questa opera del 1786 Kant esplicita la sua concezione dinamistica della meccanica:
“Io preferisco un modo di spiegazione dinamica, che è molto più adatto e più vantaggioso per la filosofia sperimentale, in quanto esso conduce direttamente alla scoperta delle forze agenti appropriate e delle loro leggi, mentre esso limita la libertà di assumere spazi vuoti interposti e corpi fondamentali con definite configurazioni, entrambi impossibili da definire o da scoprire attraverso esperimenti.”.
Nel corso dei suoi studi e dei suoi viaggi in Germania, Oersted conobbe G. Fichte e aderì alla Naturphilosophie di F. Schelling.
Quest’ultimo filoso fu l’artefice di una filosofia della natura caratterizzata da un’intrinseca unitarietà e fautore di una concezione organicistica ed unitaria della natura che superasse la contrapposizione tra meccanicismo e vitalismo. In questa concezione Schelling considerava la natura come soggettività produttiva che si manifesta, secondo l’autore, dialetticamente attraverso l’opposizione e insieme l’armonia di due forze, una “attrattiva” ed una “repulsiva”.
La stessa filosofia della natura era condivisa in quel periodo da altri pensatori di grande importanza nel panorama culturale tedesco del periodo, come Herder e Goethe, che rileggono e reinterpretano l’opera di Spinoza nel tentativo di opporsi alle interpretazioni meccanicistiche più estreme come quelle di Holbach.
Non è secondario notare come questa visione contrapposta al meccanicismo si originava all’interno di un più ampio movimento culturale che si stava formando in Germania.
Questo movimento, che rappresentava una svolta della cultura tedesca, muove i suoi primi passi a partire dalle reazioni di fronte agli eventi della rivoluzione francese e dell’età Napoleonica (che per la Prussia ha avuto il suo culmine con la disfatta di Jena nel 1806) e si configurava come una rottura con l’illuminismo che mano a mano viene vista come l’ideologia che arma gli eserciti dell’invasore francese.
E’ in quegli anni che reintepretando varie componenti (le intuizione vitalistiche dello Sturm und Drang, il concetto Fichtiano di Io come libertà e aspirazione infinita, le influenze di Goethe e di Herder, la Spinoza-Renaissance) viene a formarsi il movimento del romanticismo tedesco.
E’ appunto da questo contesto socio-culturale che lo stesso Oersted è influenzato.
Per quanto riguarda la convinzione (aprioristica) di unitarietà, egli si espresse più volte in maniera molto chiara: “ci sono due forze fondamentali che esistono in tutti i corpi che non possono essere mai completamente rimosse da essi. Ognuna di queste forze ha una azione espansiva e repulsiva nel volume che essa domina; ma ognuna attrae e produce una contrazione quando agisce sull’altra”.
E’ possibile mostrare che l’influenza del paradigma dinamicista, all’interno di questa impostazione vicina alla Naturphilosophie, orientò in maniera decisiva il lavoro teorico e sperimentale del Danese.
Infatti Oersted, fin dai primi anni dell’800, iniziò un’attività sperimentale insieme con W. Ritter, farmacista di formazione anche lui; insieme con quest’ultimo elaborò una serie di esperimenti sul galvanismo.
I loro risultati sperimentali, esposti nel 1803 a Parigi, vengono accettati ma non le loro interpretazioni (che contenevano il tentativo di unificare galvanismo e magnetismo), così fortemente aderenti alla Naturphilosophie e totalmente discordanti con il pensiero degli scienziati di Parigi, nella quale era dominante il paradigma meccanicista della scuola di Laplace.
Nonostante la difficoltà, ammessa dallo stesso Oersted, di dimostrare questa strada, negli anni successivi al 1803, lo scienziato continuò ad impostare il suo lavoro sperimentale alla luce di questo tentativo di unificazione dei processi.
E’ interessante notare che quest’idea unitaria non era affatto scontata; i fenomeni dell’elettrostatica, del galvanismo e del magnetismo erano considerati ancora fenomeni separati. Anche da parte della "scuola" meccanicista vennero fatti dei tentativi di unificazione, ma il loro approccio era ben diverso e si rivelò non vincente.
In particolare, l’approccio meccanicista ricercava l’unificazione attraverso la riduzione di tutti i fenomeni all’azione di forze meccaniche a distanza tra le molecole. L’idea era di ricondurre i vari fenomeni alla meccanica delle particelle che tanti successi aveva riportato in altri ambiti.
Solo nel 1820, dopo ben 13 anni dai primi esperimenti, Oersted effettuò un esperimento che inequivocabilmente mostrava la correlazione fra elettricità e magnetismo.
Infatti disponendo un ago magnetico vicino ad un conduttore in cui passa corrente, osservò l’influenza di quest’ultimo sul primo.
Oersted spiego che l’idea dell’esperimento gli era venuta dalla ricerca di un’analogia tra i fenomeni di incandescenza provocati da una corrente galvanica ed un possibile effetto simile nel magnetismo:
“come l’effetto luminoso e di riscaldamento di una corrente elettrica si propaga in tutte le direzioni fuori da un conduttore che trasmette una grande quantità di elettricità, così egli pensò [Oersted che parla in terza persona] che l’effetto magnetico potesse irradiarsi in modo simile.”
Dal fenomeno esaminato lo scienziato danese scopre, soprattutto, che l’effetto non dipende dall’interposizione di un mezzo non conduttore.
Le ipotesi che Oersted fece per spiegare il fenomeno, legate all’idea di conflitto elettrico, vennero ancora una volta accolte con scetticismo dai fisici europei. L’esperimento che questi invece propose era così facilmente riproducibile e verificabile che difficilmente poté essere contestato.
Le divergenze sorsero quindi sulle interpretazioni del fenomeno che, soprattutto per i fisici di scuola meccanicista, non erano così chiaramente ricollegabili alla interpretazione unitaria fornita da Oersted.
Anche se le interpretazioni erano discordanti, l’esperimento di Oersted costituì un’evidenza sperimentale fondamentale per supportare l’unificazione dei fenomeni galvanici e magnetici che sarà spiegata in maniera convincente solo in un secondo momento grazie all’apporto di Ampere.
L’analisi del lavoro di Oersted contribuisce a mostrare l’influenza dell’ambito socio-culturale, in particolare filosofico, che ha portato lo scienziato danese a proseguire, nel corso degli anni, in una strada che lo ha condotto verso la realizzazione degli esperimenti che sono, appunto, sfociati nella verifica empirica dell’unificazione di fenomeni considerati separati.

- H.C. Oersted, Experiments on the Effect of a Current of Electricity on the Magnetic Needle, in “Annals of Philosophy, XVI, 1820, pp. 276-283.
- H.C. Oersted, Thermoelectricity, Edinburgh Enciclopedia, 18 (1830), 573-589; cit. p. 575