Isaac Newton (1642-1727) è considerato il padre della fisica classica moderna, noto per le sue leggi sulla gravitazione universale, il calcolo infinitesimale e i suoi contributi all'ottica. Attraverso opere come 'Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica', ha formulato principi fondamentali della dinamica e ha proposto una visione dell'universo come un organismo con relazioni dinamiche tra corpi. Il suo approccio metodologico ha integrato l'induzione e l'esperienza scientifica, preparando il terreno per lo sviluppo della scienza moderna.

1. Isaac Newton A cura di Stefano Ulliana

2. Panoramica 1. Vita e opere.

3. 2. Il calcolo delle flussioni.

4. 3. La gravitazione universale.

5. 4. La dinamica.

6. 5. L'ottica.

7. 6. Il metodo e le sue regole. Isaac Newton

8. 1. Vita e opere. Isaac Newton (1642 – 1727 d.C.) viene universalmente riconosciuto, insieme a Copernico e Galilei, come il padre della fisica classica moderna, lo scopritore delle leggi fondamentali della natura (macrocosmo e microcosmo). Pienamente integrato all'interno dell'orizzonte empirista inglese, Newton fece dell'esperienza e dell'ipotesi scientifico-matematica il modello intellettuale dominante nella costruzione di un nuovo mondo, il mondo moderno (Locke, Kant). Il proprio orizzonte razionale di riferimento rimase però fortemente influenzato e determinato dai propri interessi teologico-scritturali e fisico-chimici (alchemici), dimostrando in tal modo una formazione intellettuale di tipo filosofico generale. Educato presso il Trinity College di Cambridge alle scienze matematiche da Isaac Barrow, autodidatta nella formazione filosofica attraverso lo studio dei testi di Cartesio e di Galilei, diviene professore lucasiano. Si occupa di ottica ed inventa il telescopio a riflessione.

9. Diventa membro della Royal Society. Informato delle opere dell'astronomo olandese Christiaan Huygens si dedica allo studio dei fenomeni legati alla gravitazione. Compone i Philosophaie Naturalis Principia Mathematica (1687). Diviene deputato al Parlamento inglese (1689-1690), qui difendendo i principi della libertà religiosa e civile. Nel 1694 viene nominato ispettore della Zecca di Londra. Nel 1699 diviene membro associato dell'Accademia delle Scienze di Parigi. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

10. Nel 1703 è presidente della Royal Society. Viene nominato baronetto ( Sir ) dalla regina Anna.

11. Oltre ai Principia Newton compone altri testi di natura scientifica: Ottica (1704), Arithmetica universalis (1707).

12. Esempi dei suoi interessi teologico-scritturali (in senso antitrinitario) e storici sono i testi: The Cronology of Ancient Kingdoms Amended (1728), Observations upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John (1733).

13. Altri testi relativi alle ricerche ermetico-alchimistiche sono reperibili presso il <<Newton Project>>: www.newtonproject.sussex.ac.uk Opticks

14. 2. Il calcolo delle flussioni. Newton cercò sempre di tenere insieme gli aspetti quantitativi delle proprie ricerche naturalistiche con quelli qualitativi, di natura filosofica e teologico-scritturale. L'influenza del meccanicismo cartesiano – intendere la realtà come materia corpuscolare in movimento – venne quasi subito ripiegata verso forme razionali complessive attente alla presenza ed alla funzione delle virtù spirituali nella Natura, nei corpi e nelle loro relazioni dinamiche. In questo modo i corpi naturali grandi (gli astri) e piccoli (la stessa luce) poterono essere visti come la composizione e/o scomposizione di fattori materiali e potenze minori e minime (cfr. Giordano Bruno) comunque inseriti in una logica di tipo finalistico. In questo modo l'intero universo poteva essere considerato come un organismo – non più come una macchina inerte messa sin dal principio in movimento (come voleva Cartesio) – infinito, frapposto e stirato fra una causa ed un fine infiniti.

15. Forme di relazioni e di opposizioni dialettiche avrebbero consentito la trasmissione a distanza delle azioni – così come l'ermetismo e le procedure alchemiche suggerivano – senza la necessità della trasfusione per contatto materiale delle stesse (ipotesi dell'etere minuscolo cartesiano). Di questa struttura qualitativa – formata dalla combinazione successiva dell'infinito (ricorda l'influenza di Henry More), dal ricordo del prorompere della forza e della reciproca esibizione delle forze, dalle relazioni dialettiche conseguenti – Newton volle mostrarne le valenze e le possibili relazioni quantitative. Per fare questo sviluppò un nuovo strumento matematico (l'analisi matematica infinitesimale), capace poi di essere combinato con una nuova scienza dei rapporti sussistenti fra le forze che tenevano insieme le più diverse parti dell'universo intero (scienza dinamica moderna). Come Dio con la sua infinita unità e semplicità consentiva la presenza e l'azione di un universo uniforme e non diviso e/o separato – cfr. cosmo aristotelico – così questo nelle sue dimensioni spaziali e temporali assolute – perché riferite all'inizio ed al fine infinito – poteva essere scomposto e ricomposto nei propri elementi minimi e nelle proprie relazioni minime (infinitesimi di movimento).

16. Questi infinitesimi in movimento (e del movimento) costituirono la base per la definizione delle cosiddette flussioni e per lo studio analitico e sintetico delle loro scombinazioni e ricomposizioni. In questo modo Newton pose da subito la relazione che legava – per inversione – la procedura cosiddetta della derivazione e quella opposta dell' integrazione (teorema fondamentale dell'analisi matematica) . Newton riuscì in questo modo a commisurare la variazione delle grandezze fisiche di un corpo puntuale in movimento, come la velocità, l'accelerazione e la sua variazione (implicante la presenza di una forza esterna). Rifacendosi alla tradizione pitagorica egli descrisse le traiettorie dei corpi puntuali come una successione di movimenti infinitesimali, per i quali in ogni istante la direzione di movimento era data dalla tangente calcolata in relazione alla posizione del corpo stesso lungo la traiettoria medesima (derivata), mentre le superfici venivano ricoperte dal movimento integrato di liste infinitesimali di spazio (integrale).

17. 3. La gravitazione universale. Newton amava raccontare nella sua vecchiaia l'episodio famoso della caduta della mela, causa della sua riflessione sulla possibilità che le forze che muovono i corpi nello spazio sottintendano la presenza di una struttura dinamica universale: in uno spazio unico, uniforme ed omogeneo – non diviso e separato com'era nella cosmologia aristotelica – vigeva la presenza e l'attività di una forza universale, la gravitazione, che permetteva il mantenimento delle orbite dei pianeti lungo le loro reciproche traiettorie (ellittiche, paraboidali, iperboliche). In questo gioco di movimenti reciproci le forze che sostenevano le traiettorie dei corpi celesti venivano considerate come la combinazione e la composizione di due tendenze (accelerazioni e forze) opposte: l'una verso il centro del corpo (accelerazione e forza centripeta o attrattiva), l'altra tangenziale alla traiettoria del corpo stesso in movimento (accelerazione e forza centrifuga).

18. Newton calcolò la differenza e la proporzione fra la forza centrifuga e quella centripeta di attrazione di un corpo posto sulla superficie della Terra, per dare ragione del fatto che i corpi posti sulla superficie della Terra in moto rotatorio non sfuggissero nello spazio, riuscendo in questo modo a giustificare dinamicamente le asserzioni teoriche del copernicanesimo. Inoltre considerò alla stessa stregua un corpo che cade verso il centro della Terra ed un satellite come la Luna che ci gira intorno, senza cadervi, utilizzando la precedente composizione delle accelerazioni e delle forze. Utilizzando poi un comune orizzonte di riferimento assoluto decretò la presenza di una relazione di reciprocità nelle forze di attrazione fra i pianeti, misurandone e definendone alla fine il valore quantitativo con una legge matematico-fisica di gravitazione universale:

19. Secondo questa formulazione i corpi si attraggono proporzionalmente al prodotto delle loro masse (o quantità di materia) e in ragione inversa del quadrato delle loro reciproche distanze. In questo modo Newton riesce a integrare le leggi di Keplero sui movimenti planetari con le osservazioni galileiane sui moti naturalmente accelerati (la caduta dei gravi).