La storia della scienza popolare descrive un quadro in cui il modello geocentrico greco dominava il pensiero astronomico a partire dal III secolo a.C., rimanendo il modello preferito per circa 1.500 anni. Poi, all’improvviso, (suggerisce), il pensiero astronomico fu profondamente rinnovato con la nascita del Rinascimento grazie a brillanti astronomi come Copernico, Keplero e Galileo, tutti i quali respinsero l’idea di avere la Terra al centro del cosmo. Tuttavia, queste fonti sono generalmente silenziose su perché sia avvenuto questo cambiamento. Se menzionato, le fonti tendono a suggerire che ciò fosse dovuto alla complessità del modello geocentrico tolemaico, eccessivamente appesantito da epicicli ed equanti. L’eliocentrismo, al confronto, era molto più semplice, addirittura elegante. Eppure, il modello eliocentrico di Copernico era ancora radicato nei principi filosofici greci del moto circolare uniforme. Di conseguenza, anch’esso dovette adottare molte delle complicazioni che ci dicono essere la ragione per cui è stato rifiutato il modello di Tolomeo, inclusi gli epicicli. Quindi, perché Copernico ha deciso di voltare le spalle a oltre 1.500 anni di pensiero astronomico? Le risposte offrono uno sguardo interessante nel paradigma astronomico del XVI secolo.
Per scoprire i pensieri di Copernico, possiamo esaminare il primo libro della sua opera principale, De Revolutionibus.
La forza necessaria a sostenere il geocentrismo
La prima ragione che fornisce si applica alle forze coinvolte:
“Sicuramente, se [il ragionamento di Tolomeo per il modello geocentrico] fosse sostenibile, la grandezza dei cieli si estenderebbe all’infinito. Infatti, più in alto è portato il movimento dalla forza veemente, più velocemente sarà il moto, a causa della circonferenza sempre crescente che deve essere percorsa ogni ventiquattro ore.”
– Copernico, De Revolutionibus, Libro I, Capitolo 8
La scrittura di Copernico in De Revolutionibus precedette i Principia di Newton di oltre 140 anni. L’idea che “un oggetto in movimento tende a rimanere in movimento” non era, pertanto, ancora parte della coscienza scientifica. Invece, i filosofi naturali credevano che la tendenza naturale degli oggetti fosse quella di restare fermi e che l’unico modo per mantenere un oggetto in movimento fosse attraverso un’applicazione di forza. Nel modello geocentrico tolemaico, la Terra non ruotava su un asse. Piuttosto, le stelle erano tutte fissate alla superficie di una sfera a una distanza immensa che ruotava attorno alla Terra ogni giorno insieme al resto del cosmo. Copernico critica l’assurda quantità di forza che suppone sarebbe necessaria, dal momento che “le cose a cui viene applicata forza o violenza si rompono e non possono esistere a lungo.” In altre parole, Copernico credeva che la forza necessaria per mantenere in funzione il modello geocentrico di Tolomeo avrebbe necessariamente distrutto il modello stesso.
Il modello eliocentrico evita questo rendendo il moto delle stelle e dei pianeti nel cielo ogni notte non un vero movimento, ma un movimento apparente causato dalla rotazione della Terra sui suoi poli. Ciò richiederebbe una forza molto più piccola poiché la Terra è più piccola della sfera stellare. Infatti, ciò elimina completamente la necessità del movimento della sfera stellare, e ora i pianeti e il Sole possono muoversi molto più lentamente, e quindi subirebbero una forza molto ridotta. A dire il vero, vari astronomi avevano considerato la possibilità che il cosmo fosse geocentrico, ma permettevano alla Terra di ruotare sul suo asse. Tuttavia, il cosmo tolemaico con la sua Terra statica era ancora il modello predominante dell’epoca, motivo per cui Copernico lo attacca trascurando di menzionare altri autori. Ma, se sei disposto ad accettare che la Terra ruota sul suo asse, perché non accetteresti che abbia anche altri movimenti?
Riflessioni iniziali sulla gravità
“Credo personalmente che la gravità o pesantezza non sia nient’altro che una certa appetenza naturale impiantata nelle parti dalla divina provvidenza dell’Artigiano universale, affinché si uniscano tra loro nella loro unità e totalità e si riuniscano nella forma di una sfera. È credibile che questo affetto sia presente nel Sole, nella luna e negli altri pianeti luminosi e che, attraverso la sua efficacia, rimangano nella figura sferica in cui sono visibili, sebbene compiano i loro movimenti circolari in molti modi diversi.”
-Copernico, De Revolutionibus, Libro I, Capitolo 9
Per comprendere questo, dovremmo esaminare brevemente il pensiero di Tolomeo sulla gravità. Nell’Almagesto, Tolomeo sostiene che esista un punto nell’universo verso il quale tutte le cose cadono, a meno che non siano sostenute. Pertanto, la Terra, non supportata da una sfera celeste, deve cadere verso questo punto e, dunque, è il centro del cosmo; ergo, geocentrismo. Copernico suggerisce che, forse, la gravità non è altro che una forza innata e avrebbe la proprietà di rendere le cose rotonde. E poiché il Sole e la luna sono ovviamente rotondi, forse anche loro hanno gravità. Questo elimina la necessità di un punto centrale del cosmo su cui si basa Tolomeo, indebolendo l’argomento di Tolomeo.
Allungamento dei pianeti inferiori rispetto a quelli superiori
“Quanto è poco convincente l’argomento di Tolomeo secondo cui il Sole deve occupare la posizione centrale tra i pianeti che hanno l’intero intervallo di allungamento angolare dal Sole [cioè Mercurio e Venere] e quelli che non lo hanno [cioè Marte, Giove e Saturno] è chiaro dal fatto che l’intero intervallo di allungamento angolare della luna dimostra la sua falsità.”
– Copernico, De Revolutionibus, Libro I, Capitolo 10
Qui, Copernico prende di mira l’argomento che il Sole deve essere tra Venere e Marte a causa di una divisione nell’allungamento angolare (la distanza dal Sole) dei pianeti inferiori e superiori. In particolare, Mercurio e Venere non si trovano mai a più di 24º e 45º di distanza dal Sole rispettivamente. Nel frattempo, Marte, Giove e Saturno possono trovarsi a qualsiasi distanza angolare dal Sole (anche se sono sempre trovati lungo l’eclittica). Tolomeo spiega questo abbinando le velocità medie (o medie) di Mercurio e Venere a quella del Sole. Quindi, il loro avanzare e il ritardo rispetto al moto del Sole è dovuto solo ai loro epicicli. Gli altri tre pianeti avevano velocità medie non correlate al Sole, permettendo ai loro centri di moto di fluttuare lungo l’eclittica rispetto al Sole. L’ordine tolemaico dei pianeti era per lo più corretto; Tolomeo li aveva ordinati secondo la velocità. Ignorando momentaneamente il Sole e la luna, ciò significava che i pianeti, in crescente distanza dalla Terra, erano ordinati Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno.
Il Sole è stato inserito tra Venere e Marte, ancora una volta in base alla sua velocità. Ma questo significava convenientemente che la sfera del Sole forniva una divisione tra i pianeti fissi rispetto al Sole (Mercurio e Venere) e quelli che potevano ottenere qualsiasi allungamento (Marte, Giove e Saturno). E gli astronomi dell’epoca usavano questa divisione come prova che il posizionamento del Sole tra i pianeti doveva essere corretto. Ma la luna, ci dice Copernico, smentisce questo argomento, poiché la luna è la sfera più interna e può avere qualsiasi allungamento, proprio come i pianeti esterni. Tieni presente che la natura della luna, del Sole e dei pianeti era ancora piuttosto incerta all’epoca. Molto spesso, il termine “pianeta” può includere tutti loro. Ecco perché Copernico considerava la loro natura insieme in questo punto.
Apogeo e Perigeo sono allineati con il Sole
“È manifesto che i pianeti sono sempre più vicini alla Terra al momento della loro levata serale, cioè quando sono opposti al Sole e la Terra è in mezzo tra di loro e il Sole. Ma sono più lontani dalla Terra al momento della loro impostazione serale, cioè quando sono occultati nei dintorni del Sole, vale a dire, quando abbiamo il Sole tra di loro e la Terra. Tutto ciò mostra chiaramente che il loro centro è più direttamente collegato al Sole e è lo stesso a cui Venere e Mercurio riferiscono le loro rivoluzioni.”
– Copernico, De Revolutionibus, Libro I, Capitolo 10
Il prossimo argomento di Copernico riguarda la posizione dei pianeti quando sono ai loro punti più lontani dalla Terra rispetto ai loro punti più vicini. Questi sono conosciuti come apogeo e perigeo, rispettivamente. Ciò che Copernico sta indicando è che i pianeti sembrano sempre avere il loro apogeo quando sono più vicini al Sole. Questa è una conseguenza naturale di un modello eliocentrico (perché il pianeta si trova dall’altra parte del Sole), ma il modello geocentrico non ha una causa speciale per questo.
Questo è più facile da comprendere se pensiamo a un pianeta superiore, come Marte, nel contesto del modello eliocentrico. Se consideriamo il punto più vicino che Marte può essere alla Terra (perigeo), si verifica quando il Sole, la Terra e Marte sono tutti in linea retta, in quest’ordine. Quando ciò si verifica, Marte sorgerà la sera, trovandosi al punto più alto nel cielo intorno alla mezzanotte. Al contrario, il punto più lontano in cui Marte può trovarsi è quando è dal lato opposto del Sole. E’ ancora in linea retta, ma questa volta l’ordine sarebbe Marte, Sole e poi Terra. Quando ciò accade, Marte sta tramontando la sera (anche se non potremmo vederlo perché sarebbe troppo vicino al Sole per essere visibile).
Quello che Copernico sta facendo notare è che questo è vero per ogni pianeta: sono tutti legati al Sole in questo modo. Così ci dice, il Sole ha chiaramente qualche privilegio speciale.
Il grande epiciclo di Venere
“Inoltre, c’è il fatto che il diametro dell’epiciclo di Venere – grazie al quale Venere ha una distanza angolare di circa 45º da entrambi i lati del Sole – dovrebbe essere sei volte maggiore della distanza dal centro della Terra al suo perigeo, come sarà dimostrato nel luogo appropriato. Allora cosa diranno che è contenuto in tutto questo spazio, così grande da contenere la Terra, l’aria, l’etere, la luna e Mercurio, e che, inoltre, l’immenso epiciclo di Venere occuperebbe se ruotasse attorno alla Terra immobile?”
– Copernico, De Revolutionibus, Libro I, Capitolo 10
Gli epicicli sono spesso citati come uno dei maggiori problemi del modello geocentrico tolemaico. E questo è precisamente ciò che Copernico critica qui. Non si può dire che Copernico fosse fondamentalmente contro gli epicicli. Infatti, la sua stessa adesione al moto circolare uniforme lo costrinse ad includere gli epicicli nel suo modello. Ma ciò che Copernico critica qui è la grandezza richiesta dal modello tolemaico per Venere in particolare. Come discusso in precedenza, il moto medio di Venere è legato a quello del Sole. Pertanto, può solo discostarsi da quella posizione in base al suo epiciclo. Quindi, per allontanarsi di 45º dal Sole, avrebbe bisogno di un enorme epiciclo. Uno così grande che richiederebbe a Venere di attraversare le sfere sia di Mercurio che della Luna. Quest’ultimo era particolarmente problematico a causa di una convinzione sulla natura della materia. La filosofia naturale dell’epoca era ancora alchemica, con quattro elementi terrestri (terra, fuoco, aria e acqua) e un elemento celeste (etere, o quintessenza). Si considerava che l’elemento celeste fosse eterno e immutabile. “Incorruttibile”, come dicevano, il che è il motivo per cui i cieli erano così puri e coerenti. Solo sulla Terra avevamo gli altri quattro elementi classici, che erano “mutabili” o “corruttibili”. Ma dove risiede quella divisione tra l’incorruttibile e il corruttibile? Gli astronomi greci la collocavano nella sfera della luna, che era la più vicina alla Terra nel modello geocentrico.
Conclusione
Tuttavia, poiché l’epiciclo di Venere sarebbe stato così grande, attraverserebbe questo regno. Di conseguenza, si verificherebbe una contraddizione logica, poiché si avrebbe materia celeste che si immerge dentro e fuori dal regno terrestre, il che non era considerato accettabile. In definitiva, questi argomenti erano solo parzialmente convincenti per gli astronomi dell’epoca. Sappiamo che il lavoro di Copernico fu ampiamente letto, ma non fu rapidamente adottato. Anche dopo che Keplero lo rivedette, eliminando gli equanti e gli epicicli tolemaici e sostituendoli con ellissi, il geocentrismo impiegò ancora molto tempo a essere completamente dislocato. La teoria di gravità di Newton fornì una ragione teorica convincente per dare centralità all’oggetto più grande, ma fu la scoperta dell’aberrazione della luce stellare e i parallassi delle stelle che finalmente dimostrarono la falsità del modello geocentrico.