Scienze naturali

Vedi anche: Filosofia naturale e Storia della scienza

Alcuni studiosi fanno risalire le origini della scienza naturale alle società umane preletterate, dove la comprensione del mondo naturale era necessaria per la sopravvivenza. Le persone osservavano e costruivano conoscenze sul comportamento degli animali e sull’utilità delle piante come cibo e medicina, che venivano tramandate di generazione in generazione. Queste conoscenze primitive hanno lasciato il posto a un’indagine più formalizzata intorno al 3500-3000 a.C. nelle culture mesopotamiche e dell’antico Egitto, che hanno prodotto la prima prova scritta conosciuta della filosofia naturale, il precursore della scienza naturale. Mentre gli scritti mostrano un interesse per l’astronomia, la matematica e altri aspetti del mondo fisico, il fine ultimo della ricerca sul funzionamento della natura era in tutti i casi religioso o mitologico, non scientifico.

Una tradizione di indagine scientifica emerse anche nell’antica Cina, dove alchimisti e filosofi taoisti sperimentarono elisir per prolungare la vita e curare i malanni. Si concentravano sullo yin e lo yang, o elementi contrastanti in natura; lo yin era associato alla femminilità e alla freddezza, mentre lo yang era associato alla mascolinità e al calore. Le cinque fasi – fuoco, terra, metallo, legno e acqua – descrivevano un ciclo di trasformazioni nella natura. L’acqua si trasformava in legno, che si trasformava in fuoco quando bruciava. Le ceneri lasciate dal fuoco erano terra. Usando questi principi, i filosofi e i medici cinesi esplorarono l’anatomia umana, caratterizzando gli organi come prevalentemente yin o yang e capirono la relazione tra il polso, il cuore e il flusso di sangue nel corpo secoli prima che fosse accettata in Occidente.

Poche prove sopravvivono di come le antiche culture indiane intorno al fiume Indo comprendessero la natura, ma alcune delle loro prospettive possono essere riflesse nei Veda, un insieme di testi sacri indù. Essi rivelano una concezione dell’universo in continua espansione e costantemente riciclato e riformato. I chirurghi della tradizione ayurvedica vedevano la salute e la malattia come una combinazione di tre umori: vento, bile e flemma. Una vita sana era il risultato di un equilibrio tra questi umori. Nel pensiero ayurvedico, il corpo consisteva di cinque elementi: terra, acqua, fuoco, vento e spazio vuoto. I chirurghi ayurvedici eseguivano interventi complessi e sviluppavano una comprensione dettagliata dell’anatomia umana.

I filosofi pre-socratici della cultura greca antica portarono la filosofia naturale un passo più vicino all’indagine diretta su causa ed effetto nella natura tra il 600 e il 400 a.C., anche se rimaneva un elemento di magia e mitologia. Fenomeni naturali come terremoti ed eclissi furono spiegati sempre più nel contesto della natura stessa invece di essere attribuiti a divinità arrabbiate. Talete di Mileto, un filosofo che visse dal 625 al 546 a.C., spiegò i terremoti teorizzando che il mondo galleggiava sull’acqua e che l’acqua era l’elemento fondamentale della natura. Nel V secolo a.C., Leucippo fu uno dei primi esponenti dell’atomismo, l’idea che il mondo sia composto da particelle fondamentali indivisibili. Pitagora applicò le innovazioni greche in matematica all’astronomia e suggerì che la terra fosse sferica.

Filosofia naturale aristotelica (400 a.C.-100 d.C.)Edit

La visione aristotelica dell’eredità, come modello della trasmissione dei modelli di movimento dei fluidi corporei dai genitori al figlio, e della forma aristotelica dal padre.

Altre informazioni: La biologia di Aristotele

Il pensiero socratico e platonico successivo si concentrò sull’etica, la morale e l’arte e non tentò un’indagine del mondo fisico; Platone criticò i pensatori presocratici come materialisti e antireligiosi. Aristotele, tuttavia, un allievo di Platone che visse dal 384 al 322 a.C., prestò maggiore attenzione al mondo naturale nella sua filosofia. Nella sua Storia degli animali, ha descritto il funzionamento interno di 110 specie, tra cui la razza, il pesce gatto e l’ape. Studiò gli embrioni dei pulcini rompendo le uova e osservandoli in vari stadi di sviluppo. Le opere di Aristotele furono influenti per tutto il XVI secolo, ed è considerato il padre della biologia per il suo lavoro pionieristico in quella scienza. Ha anche presentato filosofie sulla fisica, la natura e l’astronomia usando il ragionamento induttivo nelle sue opere Fisica e Meteorologia.

Platone (sinistra) e Aristotele in un dipinto di Raffaello del 1509. Platone rifiutò l’indagine sulla filosofia naturale in quanto contraria alla religione, mentre il suo allievo, Aristotele, creò un corpo di lavoro sul mondo naturale che influenzò generazioni di studiosi.

Mentre Aristotele considerava la filosofia naturale più seriamente dei suoi predecessori, egli la affrontava come una branca teorica della scienza. Tuttavia, ispirati dal suo lavoro, i filosofi romani dell’inizio del I secolo d.C., tra cui Lucrezio, Seneca e Plinio il Vecchio, scrissero trattati che trattavano le regole del mondo naturale in vari gradi di profondità. Anche molti neoplatonici romani dal III al VI secolo adattarono gli insegnamenti di Aristotele sul mondo fisico a una filosofia che enfatizzava lo spiritualismo. Anche i primi filosofi medievali, tra cui Macrobio, Calcidio e Marziano Capella, hanno esaminato il mondo fisico, in gran parte da una prospettiva cosmologica e cosmografica, proponendo teorie sulla disposizione dei corpi celesti e dei cieli, che sono stati proposti come composti da etere.

Le opere di filosofia naturale di Aristotele continuarono ad essere tradotte e studiate durante l’ascesa dell’Impero Bizantino e del Califfato Abbaside.

Nell’Impero Bizantino Giovanni Filopono, un commentatore alessandrino aristotelico e teologo cristiano, fu il primo a mettere in discussione l’insegnamento della fisica di Aristotele. A differenza di Aristotele che basava la sua fisica sull’argomentazione verbale, Filopono si basava invece sull’osservazione, e argomentava l’osservazione piuttosto che ricorrere all’argomentazione verbale. Egli introdusse la teoria dell’impeto. La critica di Giovanni Filopono ai principi aristotelici della fisica servì come ispirazione per Galileo Galilei durante la Rivoluzione Scientifica.

Una rinascita della matematica e della scienza ebbe luogo durante il periodo del Califfato Abbaside dal IX secolo in poi, quando gli studiosi musulmani ampliarono la filosofia naturale greca e indiana. Le parole alcool, algebra e zenit hanno tutte radici arabe.

Filosofia naturale medievale (1100-1600)Edit

Vedi anche: Rinascimento del XII secolo

Le opere di Aristotele e altra filosofia naturale greca non raggiunsero l’Occidente fino a circa la metà del XII secolo, quando le opere furono tradotte dal greco e dall’arabo in latino. Lo sviluppo della civiltà europea più tardi nel Medioevo portò con sé ulteriori progressi nella filosofia naturale. Invenzioni europee come il ferro di cavallo, il collare di cavallo e la rotazione delle colture permisero una rapida crescita della popolazione, dando infine il via all’urbanizzazione e alla fondazione di scuole collegate a monasteri e cattedrali nelle odierne Francia e Inghilterra. Aiutato dalle scuole, si sviluppò un approccio alla teologia cristiana che cercava di rispondere alle domande sulla natura e su altri argomenti usando la logica. Questo approccio, tuttavia, fu visto da alcuni detrattori come un’eresia. Nel XII secolo, gli studiosi e i filosofi dell’Europa occidentale entrarono in contatto con un corpo di conoscenze che prima ignoravano: un vasto corpus di opere in greco e in arabo che erano state conservate dagli studiosi islamici. Attraverso la traduzione in latino, l’Europa occidentale fu introdotta ad Aristotele e alla sua filosofia naturale. Queste opere furono insegnate nelle nuove università di Parigi e Oxford all’inizio del XIII secolo, anche se la pratica fu disapprovata dalla chiesa cattolica. Un decreto del 1210 del Sinodo di Parigi ordinava che “nessuna lezione deve essere tenuta a Parigi, pubblicamente o privatamente, usando i libri di Aristotele sulla filosofia naturale o i commentari, e noi proibiamo tutto questo sotto pena di scomunica.”

Nel tardo Medioevo, il filosofo spagnolo Dominicus Gundissalinus tradusse in latino un trattato del precedente studioso persiano Al-Farabi chiamato sulle scienze, chiamando lo studio della meccanica della natura scientia naturalis, o scienza naturale. Gundissalinus propose anche una sua classificazione delle scienze naturali nella sua opera del 1150 Sulla divisione della filosofia. Questa fu la prima classificazione dettagliata delle scienze basata sulla filosofia greca e araba a raggiungere l’Europa occidentale. Gundissalinus definì la scienza naturale come “la scienza che considera solo le cose non astratte e con movimento”, in opposizione alla matematica e alle scienze che si basano sulla matematica. Seguendo Al-Farabi, ha poi separato le scienze in otto parti, tra cui la fisica, la cosmologia, la meteorologia, la scienza dei minerali e la scienza delle piante e degli animali.

I filosofi successivi hanno fatto le loro proprie classificazioni delle scienze naturali. Robert Kilwardby scrisse On the Order of the Sciences nel XIII secolo che classificava la medicina come scienza meccanica, insieme all’agricoltura, alla caccia e al teatro, mentre definiva la scienza naturale come la scienza che si occupa dei corpi in movimento. Roger Bacon, un frate e filosofo inglese, scrisse che la scienza naturale si occupava di “un principio di movimento e di riposo, come nelle parti degli elementi di fuoco, aria, terra e acqua, e in tutte le cose inanimate fatte da essi”. Queste scienze riguardavano anche le piante, gli animali e i corpi celesti. Più tardi, nel XIII secolo, il sacerdote e teologo cattolico Tommaso d’Aquino definì le scienze naturali come aventi a che fare con “esseri mobili” e “cose che dipendono da una materia non solo per la loro esistenza ma anche per la loro definizione”. C’era un ampio accordo tra gli studiosi in epoca medievale che la scienza naturale riguardava i corpi in movimento, anche se c’era divisione circa l’inclusione di campi tra cui la medicina, la musica e la prospettiva. I filosofi riflettevano su questioni come l’esistenza del vuoto, se il movimento potesse produrre calore, i colori dell’arcobaleno, il moto della terra, l’esistenza di elementi chimici e dove si forma la pioggia nell’atmosfera.

Nei secoli fino alla fine del Medioevo, la scienza naturale era spesso mescolata a filosofie sulla magia e l’occulto. La filosofia naturale apparve in una vasta gamma di forme, dai trattati alle enciclopedie ai commenti su Aristotele. L’interazione tra la filosofia naturale e il cristianesimo fu complessa durante questo periodo; alcuni dei primi teologi, tra cui Tatiano ed Eusebio, consideravano la filosofia naturale un affioramento della scienza greca pagana ed erano sospettosi nei suoi confronti. Anche se alcuni filosofi cristiani successivi, tra cui l’Aquinate, arrivarono a vedere la scienza naturale come un mezzo per interpretare le scritture, questo sospetto persistette fino al XII e XIII secolo. La Condanna del 1277, che proibiva di mettere la filosofia sullo stesso piano della teologia e la discussione dei costrutti religiosi in un contesto scientifico, mostrava la persistenza con cui i leader cattolici resistevano allo sviluppo della filosofia naturale anche da una prospettiva teologica. L’Aquinate e Albertus Magnus, un altro teologo cattolico dell’epoca, cercarono di distanziare la teologia dalla scienza nelle loro opere. “Non vedo cosa abbia a che fare l’interpretazione di Aristotele con l’insegnamento della fede”, scrisse nel 1271.

Newton e la rivoluzione scientifica (1600-1800)Edit

Nel XVI e XVII secolo, la filosofia naturale subì un’evoluzione che andava oltre i commenti su Aristotele, man mano che veniva scoperta e tradotta altra filosofia greca antica. L’invenzione della stampa nel XV secolo, l’invenzione del microscopio e del telescopio, e la Riforma Protestante alterarono fondamentalmente il contesto sociale in cui la ricerca scientifica si sviluppò in Occidente. La scoperta di un nuovo mondo da parte di Cristoforo Colombo cambiò le percezioni sulla composizione fisica del mondo, mentre le osservazioni di Copernico, Tyco Brahe e Galileo portarono un’immagine più accurata del sistema solare come eliocentrico e provarono che molte delle teorie di Aristotele sui corpi celesti erano false. Un certo numero di filosofi del XVII secolo, tra cui Thomas Hobbes, John Locke e Francis Bacon, si distaccarono dal passato rifiutando completamente Aristotele e i suoi seguaci medievali, definendo superficiale il loro approccio alla filosofia naturale.

I titoli delle opere Due nuove scienze di Galileo e La nuova astronomia di Johannes Kepler sottolineano l’atmosfera di cambiamento che prese piede nel XVII secolo, quando Aristotele fu liquidato in favore di nuovi metodi di indagine sul mondo naturale. Bacone fu determinante nel rendere popolare questo cambiamento; sosteneva che le persone avrebbero dovuto usare le arti e le scienze per ottenere il dominio sulla natura. Per ottenere questo, scrisse che “la vita umana deve essere dotata di nuove scoperte e poteri”. Definì la filosofia naturale come “la conoscenza delle cause e dei moti segreti delle cose; e l’allargamento dei limiti dell’impero umano, per realizzare tutte le cose possibili”. Bacone propose che l’indagine scientifica fosse sostenuta dallo Stato e alimentata dalla ricerca collaborativa degli scienziati, una visione che all’epoca era senza precedenti per portata, ambizione e forma. I filosofi naturali arrivarono a vedere la natura sempre più come un meccanismo che poteva essere smontato e compreso, proprio come un orologio complesso. Filosofi naturali come Isaac Newton, Evangelista Torricelli e Francesco Redi condussero esperimenti incentrati sul flusso dell’acqua, misurando la pressione atmosferica con un barometro e confutando la generazione spontanea. Emersero società scientifiche e riviste scientifiche che si diffusero ampiamente attraverso la stampa, dando il via alla rivoluzione scientifica. Newton nel 1687 pubblicò i suoi Principi Matematici di Filosofia Naturale, o Principia Mathematica, che pose le basi per le leggi fisiche che rimasero in vigore fino al XIX secolo.

Alcuni studiosi moderni, tra cui Andrew Cunningham, Perry Williams e Floris Cohen, sostengono che la filosofia naturale non è propriamente chiamata scienza, e che la vera indagine scientifica iniziò solo con la rivoluzione scientifica. Secondo Cohen, “l’emancipazione della scienza da un’entità globale chiamata ‘filosofia naturale’ è una caratteristica che definisce la rivoluzione scientifica”. Altri storici della scienza, tra cui Edward Grant, sostengono che la rivoluzione scientifica che fiorì nei secoli XVII, XVIII e XIX si verificò quando i principi appresi nelle scienze esatte dell’ottica, della meccanica e dell’astronomia iniziarono ad essere applicati alle questioni sollevate dalla filosofia naturale. Grant sostiene che Newton tentò di esporre le basi matematiche della natura – le regole immutabili a cui essa obbediva – e così facendo unì per la prima volta la filosofia naturale e la matematica, producendo una prima opera di fisica moderna.

Isaac Newton è ampiamente considerato come uno degli scienziati più influenti di tutti i tempi. Uno dei suoi principali progressi fu l’uso del metodo scientifico per indagare la natura. Si raccoglievano dati e si effettuavano misurazioni ripetibili negli esperimenti. Gli scienziati formarono poi delle ipotesi per spiegare i risultati di questi esperimenti. L’ipotesi veniva poi testata usando il principio di falsificabilità per provare o confutare la sua accuratezza. Le scienze naturali continuarono ad essere chiamate filosofia naturale, ma l’adozione del metodo scientifico portò la scienza oltre il regno delle congetture filosofiche e introdusse un modo più strutturato di esaminare la natura.

Newton, un matematico e fisico inglese, fu la figura seminale della rivoluzione scientifica. Attingendo ai progressi fatti in astronomia da Copernico, Brahe e Keplero, Newton derivò la legge di gravitazione universale e le leggi del moto. Queste leggi si applicavano sia sulla terra che nello spazio esterno, unendo due sfere del mondo fisico che prima si pensava funzionassero indipendentemente l’una dall’altra, secondo regole fisiche separate. Newton, per esempio, dimostrò che le maree erano causate dall’attrazione gravitazionale della luna. Un altro dei progressi di Newton fu quello di rendere la matematica un potente strumento esplicativo dei fenomeni naturali. Mentre i filosofi naturali avevano usato a lungo la matematica come mezzo di misurazione e analisi, i suoi principi non erano stati usati come mezzo per comprendere causa ed effetto in natura fino a Newton.

Nel XVIII secolo e nel XIX secolo, scienziati come Charles-Augustin de Coulomb, Alessandro Volta e Michael Faraday costruirono sulla meccanica newtoniana esplorando l’elettromagnetismo, o l’interazione di forze con cariche positive e negative su particelle elettricamente cariche. Faraday propose che le forze in natura operassero in “campi” che riempivano lo spazio. L’idea dei campi contrastava con la costruzione newtoniana della gravitazione come semplice “azione a distanza”, o l’attrazione di oggetti senza che nulla nello spazio tra loro intervenisse. James Clerk Maxwell nel XIX secolo unificò queste scoperte in una teoria coerente dell’elettrodinamica. Usando equazioni matematiche ed esperimenti, Maxwell scoprì che lo spazio era pieno di particelle cariche che potevano agire su se stesse e tra di loro e che erano un mezzo per la trasmissione di onde cariche.

Anche i progressi significativi nella chimica ebbero luogo durante la rivoluzione scientifica. Antoine Lavoisier, un chimico francese, confutò la teoria del flogisto, che postulava che le cose bruciassero rilasciando “flogisto” nell’aria. Joseph Priestley aveva scoperto l’ossigeno nel XVIII secolo, ma Lavoisier scoprì che la combustione era il risultato dell’ossidazione. Ha anche costruito una tabella di 33 elementi e ha inventato la moderna nomenclatura chimica. La scienza biologica formale rimase nella sua infanzia nel XVIII secolo, quando l’attenzione si concentrò sulla classificazione e la categorizzazione della vita naturale. Questa crescita nella storia naturale fu guidata da Carl Linnaeus, la cui tassonomia del mondo naturale del 1735 è ancora in uso. Linneo nel 1750 introdusse nomi scientifici per tutte le sue specie.

Sviluppi del XIX secolo (1800-1900)Edit

L’esperimento Michelson-Morley fu usato per confutare la propagazione della luce attraverso un etere luminifero. Questo concetto del XIX secolo fu poi superato dalla teoria speciale della relatività di Albert Einstein.

Dal XIX secolo, lo studio della scienza è entrato nell’ambito di professionisti e istituzioni. Così facendo, acquisì gradualmente il nome più moderno di scienza naturale. Il termine scienziato fu coniato da William Whewell in una recensione del 1834 del libro di Mary Somerville On the Connexion of the Sciences. Ma la parola non entrò nell’uso generale fino a quasi la fine dello stesso secolo.