Introduzione
Molière e Feynman
1. Il termine “energia” ed il principio della sua conservazione superano i confini disciplinari, pervadono la società contemporanea e sono al centro di profonde implicazioni scientifiche, culturali, economiche e tecno-logiche rilevanti per gli sviluppi della nostra società globalizzata. I problemi dell’approvvigionamento energetico, della gestione delle “fonti”, delle energie ”alternative”, del riscaldamento globale, della produzione industriale e agroalimentare si aggiungono ai problemi dei consumi energetici delle famiglie e a quelli dei bilanci metabolici degli individui. È difficile oggi trovare un termine scientifico che sia entrato nel linguaggio comune con maggiore frequenza. Nella maggior parte delle discipline scientifiche come in tantissime attività quotidiane “energia” è usato continuamente.
Eppure non solo il pubblico ma anche autori importanti (tra i quali il Premio Nobel R. Feynman) confessano di non averne capito il significato (o anche i significati).
Che vuol dire “energia”? Come mai l’energia si conserva? Di solito l’energia si definisce come la “disposizione”, la capacità di compiere lavoro, ma cosa vuol dire “capacità” e perché questa “capacità” si dovrebbe conservare? Qual è il significato di “lavoro”. Come mai ci sono tante forme diverse di energia? Come si identificano queste forme? Sono indipendenti l’una dall’altra? Come si convertono l’una nell’al-tra? Come mai il concetto ed il principio pervadono tutte le discipline? È possibile arrivare ad un’espressione primaria (finale) dell’energia? Il principio di conservazione dell’energia è un risultato sperimentale o un principio teorico? Che rapporto c’è tra la degradazione dell’energia e l’evoluzione delle forme di “vita”? È corretto parlare di “fonti” di energia”? Quali sono le opzioni scientifiche e tecnologiche contemporanee?
2. Iniziamo il nostro percorso con due citazioni molto diverse:
a. Molière (Jean-Baptiste Poquelin) Parigi, 15-1- 1622 – Parigi, 17-2-1673
Il malato immaginario è una commedia in tre atti con due prologhi e tre intermezzi composta nel 1673 dal commediografo francese Molière. Il 17 febbraio del 1673 Molière, che interpretava Argante, portò a termine la rappresentazione di questa commedia nonostante il suo grave stato di salute, morendo infine poche ore dopo.
Dal “Il malato immaginario”: Uno studente di medicina fa l’esame di laurea. I professori in toga gli chiedono: “perché l’oppio fa dormire?” Lo studente è incerto, tentenna. Improvvisamente ha una ispirazione: l’oppio fa dormire perché ha la “virtus dormitiva” (capacità di far dormire)! I professori sono molto soddisfatti, lo studente è promosso. Gli spettatori ridono perché pensano sia una pseudo-spegazione.
b. Oggi chiediamo ad uno studente: perché abbiamo bisogno di energia per compiere un lavoro? La risposta: perché l’energia ha la vis motrix (la capacità di compiere lavoro). Lo studente è promosso, i professori sono soddisfatti, ma nessuno ride! Il termine disposizionale è oramai accettato. Eppure non tutti sono soddisfatti: Richard P. Feynman (1918–1988) The Feynman Lectures on Physics 1963
Cap.4. Una madre lascia giocare il figlioletto con dei dadi. Nonostante alcuni cambiamenti (dadi sotto il tappeto, in una scatola chiusa, nell’acqua della vasca da bagno, fuori dalla finestra) alla fine la madre osserva che il numero dei dadi è sempre lo stesso. Come si collega questo esempio al principio di conservazione dell’energia? C'è una analogia, ma con due problemi fondamentali, dice il premio Nobel Richard Feynman. Noi non conosciamo né la forma (i dadi) né la quantità (il numero dei dadi) dell’energia. Qual è dunque il significato del concetto di energia e del principio di conservazione dell’energia? Feynman alla fine dice: “Non capiamo la conservazione dell’energia”.
Programma
Storia e interpretazioni del principio di conservazione dell'energia
Dal 1847 (Helmholtz) il termine “energia” è utilizzato sempre più frequentemente sia nel linguaggio quotidiano sia nel linguaggio scientifico, ove supera continuamente i confini disciplinari. Eppure attribuire all’“energia” ed al relativo principio di conservazione un significato univoco è impresa ardua: numerose sono state e sono le formulazioni e le interpretazioni. Un esempio paradossale: nel 1959 Thomas Kuhn, il più famoso storico della scienza della seconda metà del 20° secolo, afferma: “noi sappiamo che l’energia si conserva”, ma nel 1963 il premio Nobel per la fisica Richard Feynman scrive: “non capiamo la conservazione dell’energia”. Tra la fine del 19° e l’inizio del 20° secolo importanti contributi all’analisi storico-critica del principio, sono venuti da un dibattito tra scienziati, filosofi, storici (tra i quali Mach 1872, Planck 1887, Helm 1898, Poincarè 1902, Ostwald 1908, Meyerson 1908, Haas 1908, Cassirer 1910). Il corso si propone di discutere alcuni momenti della lunga e complessa storia del principio di “conservazione dell’energia”, ad esempio: l’origine dell’idea che “nulla si crea e nulla si distrugge”; i fallimentari tentativi di costruire un “motore perpetuo”; la formulazione dell’energia come prodotto di una grandezza intensiva (non additiva) ed una estensiva (additiva); il legame stabilito da Galileo tra velocità e altezza di caduta; i dibattiti tra cartesiani e leibniziani; lo sviluppo delle macchine ed in particolare delle macchine termiche; i contributi di Alessandro Volta (elettricità) e Sadi Carnot (termodinamica); la definizione del concetto di lavoro; i contributi di scienziati influenzati dalla filosofia romantica della natura; l’equivalenza calore-lavoro in Mayer e Joule; la formulazione del primo (Helmholtz) e secondo (Clausius) principio della termodinamica; le concezioni psicofisiche di Fechner; le differenze tra la concezione globale e quella locale della conservazione; l’equivalenza massa-energia di Einstein. Cenni verranno dati sull’influenza delle concezioni fisiche dell’energia su altre discipline: la chimica, la biologia, la fisiologia, la psicologia, la psicanalisi, l’economia.
Bibliografia
Testi di riferimento
H.E.Haas: La Storia dello Sviluppo del Principio di Conservazione della Forza (1909), Pavia, 1990 (http://ppp.unipv.it/Collana/Pages/ClassFrameLnk.htm)
M.Planck: Il Principio di Conservazione dell’Energia (1887), Pavia, 1990 (http://ppp.unipv.it/PagesIT/StoriaScienza/PDF/6_PLANCK18.pdf)
Altri materiali saranno pubblicati online sul blog del corso: http://stosc2011.blogspot.com/
Valutazione.
Esame scritto con tre argomenti obbligatori e quattro a scelta su dodici (brevi considerazioni su ogni argomento). Consegna di materiali elaborati durante il corso e/o la preparazione.
Orari: martedì e mercoledì 14-16,30; Dipartimento di Fisica, via Bassi 6, studio del docente.
fabio.bevilacqua@unipv.it
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