Linee di scienza

Quest’anno ricorre il bicentenario della legge ipotizzata da Avogadro: “Volumi uguali di gas diversi, a parità di pressione e temperatura, contengono lo stesso numero di molecole”; il volume è di circa 22,4 litri, in condizioni normali di pressione e temperatura e il numero di molecole si chiama numero di Avogadro, appunto (circa 6,022 per 10 elevato alla 23) e che corrisponde a una quantità di materia di una mole.
Il Museo Galileo di Firenze in collaborazione con l’ Accademia delle Scienze e la biblioteca civica centrale di Torino ha realizzato per l’occasione una biblioteca digitale dedicata allo scienziato torinese, che dal 21 ottobre è consultabile on line. A questo indirizzo trovate il famoso articolo in francese del 1811 nel quale Avogadro espone la sua legge. Oltre alle pubblicazioni a stampa, la biblioteca digitale contiene l’intera collezione dei manoscritti dello scienziato.

L’importanza pedagogica della storia della scienza
Ho spiegato la legge di Avogadro settimana scorsa in quarta liceo scientifico e i miei studenti mi hanno fatto un sacco di domande su come si verifica sperimentalmente e anche sulla vita di Avogadro…
Il primo passo per approfondire l’argomento può essere una pagina di storia della scienza scritta da Luigi D’Amico che ha il pregio di essere concepita per le scuole (infatti è parte del sito Anisn.it), nella quale si legge: «quando nel 1808 Gay Lussac (1778-1850) enunciò le leggi di combinazione degli elementi allo stato gassoso, Avogadro mise in relazione queste con l’ipotesi atomica di John Dalton (1766-1844) apparsa nel New System of Chemical Philosophy (1808). […] Indubbiamente gli anni compresi tra il 1800 e il 1811 furono straordinariamente fecondi per la chimica e la scienza in genere. I progressi, in quel periodo, si poterono realizzare grazie anche all’opera del Lavoisier (1743-1794), che negli ultimi anni del settecento aveva perfezionato e completato i suoi studi sulla combinazione degli elementi allo stato solido, sulla combustione e la conservazione della massa nelle reazioni chimiche. […] Ma la teoria di Dalton degli atomi indivisibili non poteva accordarsi con i risultati di Gay-Lussac. I rapporti semplici dei volumi di combinazione non si spiegavano se si ammetteva che gli elementi gassosi potessero essere solo allo stato atomico. D’altronde, la teoria del chimico inglese, aveva trovato in Jons Jacob Berzelius (1779-1848), un tenace sostenitore. In una pubblicazione del 1812, Berzelius, ispirandosi agli studi di A. Volta, affermò che non potevano esistere molecole di elementi gassosi, come l’idrogeno o l’ossigeno o l’azoto in quanto gli atomi si aggregavano seguendo le leggi dell’elettrostatica comportandosi, alcuni da positivi, ed altri da negativi. La tenace opposizione alla teoria atomica del chimico svedese Berzelius, il quale godeva di indiscussa autorità presso la comunità scientifica internazionale, fu la principale causa della “congiura del silenzio” perpetrata ai danni di Amedeo Avogadro!». La verifica sperimentale della legge di Avogadro fu ottenuta infatti solo nel 1858 grazie a Cannizzaro, tramite la misura del peso dei gas stessi, per ricavare i rispettivi pesi molecolari. Inoltre «Nella storia della scienza, “il caso Avogadro” rappresenta un esempio eclatante di come un lavoro scientifico estremamente importante, non sia riconosciuto tale, anzi osteggiato e poi dimenticato per un lungo periodo. Fino al 1901 in Italia nessun libro, o pubblicazione di chimica e di fisica citava la comunicazione scientifica del 1811 del chimico torinese. Questa grave omissione assume un particolare significato negativo per la scienza italiana , se si pensa che la memoria di Avogadro era già stata tradotta in inglese e in francese».

Sulla questione Avogadro – Cannizzaro (e cioè che la distinzione effettiva fra atomi e molecole fu compiuta da Cannizzaro) conviene leggere il saggio di Giuliano Moretti (contenuto in questo file in pdf) intitolato “Avogadro, Cannizzaro e la «legge degli atomi»”. Riporto qui di seguito alcuni passaggi molto significativi:
«È fortemente consigliato nell’insegnamento di alcune parti del programma di Chimica generale ed inorganica un approccio storico-epistemologico. Come più volte ricordato tale approccio facilita gli allievi verso una comprensione della logica della disciplina: gli ostacoli epistemologici nei quali si sono imbattuti gli scienziati possono risultare analoghi agli ostacoli cognitivi incontrati dagli studenti. Inoltre modelli ormai superati possono essere molto utili dal punto di vista didattico poiché essi aiutano ad evidenziare limiti che troveranno risposte nei modelli successivi. Tali approfondimenti storici devono seguire comunque una prima spiegazione introduttiva dell’argomento. Infatti il discorso storico risulta utile e comprensibile solo se rivolto a chi già possiede una ragionevole padronanza dell’argomento scientifico di cui si vuole tracciare il percorso storico.
[…]
Purtroppo alcuni argomenti, tra cui l’importante ipotesi di Avogadro, sono riportati secondo un metodo storico-epistemologico di scarsa validità didattica. Tali ricostruzioni generano molta confusione e sono pericolose in quanto possono essere riprese da divulgatori scientifici molto affermati nel mondo letterario.
[…]
La motivazione del presente contributo è chiara: vogliamo ricordare ai nostri studenti di chimica che non conosciamo approfonditamente la nostra scienza se non ne conosciamo anche la storia».
Inoltre lo stesso “Avogadro ebbe sempre a cuore gli aspetti didattici della propria professione, convinto che la storia della scienza rappresentasse uno strumento indispensabile per l’apprendimento e l’insegnamento”, come si legge in questo recente articolo uscito su Tuttoscienze/La Stampa.

Esercitazione in laboratorio
Per completare l’argomento di tutti i suoi aspetti didattici, si potrebbe fare un breve percorso interdisciplinare con i colleghi di Chimica (sempre nella classe quarta scientifico, per esempio), che potrebbero realizzare in laboratorio l’esperienza descritta da Roberto Bigoni nella sua pagina web dedicata ad Avogadro. Bigoni sottolinea:
«Bisogna premettere che il metodo che verrà utilizzato in questa sede ha basi fortemente superate nella ricerca attuale, ma ha il grande vantaggio di essere praticabile con strumenti poco sofisticati e materiale d’uso pressoché quotidiano: il valore attuale di quest’esperienza sta soprattutto nella comprensione della potenza del metodo indiretto di misurazione che premette di far emergere, sempre tenendo presente la teoria degli errori, realtà (apparentemente) così incomprensibili, incommensurabili, vaghe, inapprezzabili su scala quotidiana direttamente proprio da quel mondo con cui quotidianamente abbiamo a che fare».

Ulteriori link

• Una visita ai luoghi natali di Avogadro
• Il 23 ottobre si è festeggiato il “giorno della mole” dalle 6:02 di mattina alle 6:02 di sera

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Finiti gli esami di maturità e i corsi di recupero, posso finalmente pensare alla scelta delle mie letture estive. Quest’anno ho assegnato ai miei studenti nelle varie classi, la lettura di: “Matematica mio terrore” di Anne Siety, “L’evoluzione della fisica” di Einstein e Infeld (solo il primo capitolo, intitolato “L’ascesa dell’interpretazione meccanicistica”, per i miei futuri studenti di quarta scientifico), “La fisica della domenica” di Michele Marenco e “La fisica del bau” o “La fisica del miao” di Monica Marelli (per i miei futuri studenti di seconda).

Ho già accatastato una piccola pila invece per me, di libri che vorrei leggere. I primi due sono di storia della scienza: “Per la scienza per la patria” di Fabio Toscano è la biografia del fisico e politico del Risorgimento Carlo Matteucci e “Un matematico un po’ speciale” di Sandra Linguerri è dedicato al matematico Vito Volterra e alle sue allieve….

Gli altri quattro hanno tutti in comune il legame fra arte – letteratura e scienza:

• “Il cinema e la matematica” di Stefano Beccastrini e Maria Paola Nannincini
• “Discorso sulla matematica. Una rilettura delle Lezioni americane di Italo Calvino” di Gabriele Lolli
• La raccolta di racconti “L’orizzonte di Riemann” a cura di Antonio Bellomi e Luigi Petruzzelli
• Il romanzo di Don DeLillo “La stella di Ratner”
• “La leggibilità del mondo” di Hans Blumenberg

Un romanzo che ho già letto invece è “La seconda scomparsa di Majorana” di Jordi Bonells, e lo consiglio a chi vuole intraprendere un viaggio letterario indimenticabile.
Concludo con una buona notizia: è appena uscita una collana per la casa editrice Dedalo dedicata a Scienza e letteratura

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Takakazu Seki Kowa è il matematico giapponese del XVII secolo che è stato un precursore del calcolo infinitesimale e in particolare di quello integrale.
«Figlio di un samurai, mostrò un talento precoce per la matematica che studiò da autodidatta partendo da testi cinesi e dal Jinko-ki. Nel 1764 pubblicò un libro dal titolo Hatsubi Sampo, nel quale presenta la soluzione di quindici problemi fino a quel tempo non risolti. Seki anticipò non pochi problemi elaborati poi dai matematici occidentali. Per esempio, fu il primo a usare i determinanti per risolvere sistemi di equazioni lineari e nel 1685 propose un metodo di risoluzione delle equazioni razionali intere che circa un secolo dopo, in Occidente, fu attribuito all’inglese William Horner. Insieme al suo allievo Takebe Katahiro affrontò il problema del calcolo di lunghezze e aree di figure curvilinee; misero a punto metodi di calcolo denominati Enri (Principio del cerchio). Tutto ciò senza usare il concetto di integrale indefinito». Così si legge nella locandina della mostra “San Gaku. Tra arte e scienza, la matematica tradizionale giapponese” allestita dalla Smasi (la Società matematica della Svizzera italiana), che dopo essere stata esposta a Lugano a Villa Saroli nel contesto del mese della cultura, viene ospitata negli Istituti scolastici medi e superiori.

On line si può leggere in inglese il testo A History of Japanese Mathematics e scaricare un saggio in italiano (in pdf) molto interessante intitolato Scienze giapponesi tra l’Oriente e l’Occidente, tra la tradizione e la modernità di Hisao Fujita Yashima del Diapartimento di Matematica dell’Università di Torino.

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Inizio con un articolo molto interessante di Gianluca Nicoletti, pubblicato sulla rivista Wired:

“L’unità d’Italia ebbe la sua vera spinta dagli ambienti scientifico tecnologici, gran parte degli eroi del nostro risorgimento erano anche appassionati uomini di scienza” sostiene Marco Pizzo, direttore del Museo Centrale del Risorgimento di Roma.
Cercando e cercando tra milioni di carteggi il grande archivista si è fatta un’idea assolutamente nuova della storia patria: ecco quindi che Pizzo scopre che il vero nocciolo dell’Italia Unita fu il congresso che gli scienziati tennero a Pisa nel 1830, dove si dichiararono “italiani” anche se provenivano da stati diversi, compreso quello pontificio.
Giuseppe Garibaldi oltre che la passione della guerra e delle donne era un cultore delle scienze matematiche: “Aveva studiato trigonometria alla scuola di navigazione di Genova, ma pochi sanno che nel 1840 fu per un periodo precettore in scienze esatte per i figli di famiglie europee benestanti che vivevano a Istambul. Nel periodo in cui fu parlamentare, fece uno studio approfonditissimo per rendere navigabile il Tevere a Roma. Abbiamo trovato tutti i disegni tecnici, fatti da lui, con i calcoli ingegneristici basati sui periodi di piena e di secca del fiume.”
Stessa passione matematica anche per Cavour, il nipote di Quintino Sella, Vittorio, invece scrisse nel 1850 un importante trattato scientifico sulle ottiche per la fotografia e sulle tecniche di sviluppo. Le scoperte di Pizzo saranno visibili in una mostra: “Il Rinascimento del Risorgimento, arte e scienza da Garibaldi all’unità d’Italia.”

Per quanto riguarda i fisici, rimando al saggio on line di Roberto Renzetti, intitolato “Fisici italiani nel Risorgimento” che descrive la situazione della ricerca scientifica pre-unitaria insieme a biografie dei principali protagonisti, come Macedonio Melloni, Ottaviano Fabrizio Mossotti, Carlo Matteucci… Riporto un brano molto significativo:

L’altra questione che merita risalto, soprattutto di questi tempi è il grandissimo impegno civile e politico dei fisici italiani (almeno nella loro parte più qualificata) durante il periodo della formazione dello Stato unitario. […] Questi congressi furono una delle più importanti occasioni per far incontrare gente proveniente dai vari Stati italiani al fine di tenere i collegamenti ed organizzare azioni volte al conseguimento dell’Unità. Vari storici attribuiscono a questo interesse per la «politica» la decadenza della fisica italiana in quel periodo ma, come vedremo, questa affermazione è almeno discutibile se solo si pensa che furono proprio i più importanti fisici italiani del periodo quelli maggiormente impegnati nel Risorgimento.

Riguardo agli astronomi, consiglio la pagina dell’Inaf (Istituto nazionale di astrofisica) intitolata “Gli astronomi dell’Unità d’Italia”, che contiene un’intervista al professor Fabrizio Bonoli.

Per i matematici (insieme anche a tutti gli scienziati) rimando invece alla lettura del libro pubblicato da poco “L’Italia degli scienziati. 150 anni di storia nazionale” di Angelo Guerreggio e Pietro Nastasi. Conviene citare una frase che compare nell’introduzione:

Gli uomini di scienza non sono stati degli “ospiti” della società italiana, ma sono stati cittadini a tutti gli effetti. Come tali, hanno partecipato alla vita dello Stato condividendone i momenti più rilevanti o più tragici.

Per chi riesce ad andare, segnalo l’interessantissimo convegno che si terrà a Urbino dall’8 al 10 aprile sul tema “La Matematica nella storia dell’Italia Unita”, tutte le informazioni a questo indirizzo.

Su MatematicaBlogScuola c’è inoltre una pagina con una lista di biografie di matematici impegnati durante l’Unità d’Italia, da Enrico Betti o Francesco Brioschi (il fondatore del Politecnico di Milano) fino a Luigi Cremona o Giuseppe Veronese.

Nella mia scuola, noi docenti abbiamo tenuto delle conferenze sull’Unità d’Italia e insieme a due mie colleghe ne abbiamo organizzata una dal titolo “Il ruolo degli scienziati nel Risorgimento”; abbiamo fatto la presentazione con Prezi, la trovate a questo indirizzo.

Cosa c’è di meglio infine per festeggiare la giornata di oggi, se non l’immagine sorridente dell’astronauta Paolo Nespoli che dalla Stazione Spaziale Internazionale augura buon compleanno all’Italia?
La foto è su Flickr.

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Sentire la voce e vedere un video con le lezioni e le conferenze di un grande fisico è sempre un’esperienza da consigliare a chi ama questa disciplina. In particolare quelle di Hans Bethe, premio Nobel nel 1967 e scomparso a 99 anni nel 2005, sono interessantissime. Bethe tenne infatti tre leggendarie “lectures” sulla Meccanica Quantistica all’età di 93 anni, che sono state registrate e adesso messe in rete gratuitamente. La prima inizia con la frase seguente: “Quantum theory is the most important discovery of the century”. Sono lezioni a carattere divulgativo, che affrontano l’argomento dal punto di vista storico e sono ovviamente in Inglese. Il sito fornisce anche materiali biografici. L’indirizzo è: http://bethe.cornell.edu/index.html

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