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Le origini

Sebbene la fisica abbia iniziato a definirsi come scienza autonoma non prima del XVII secolo, i primi studi e le prime osservazioni dei fenomeni naturali risalgono all’antichità.

Sulla base di attente osservazioni del cielo, i cinesi, i babilonesi, gli egizi e alcune popolazioni precolombiane erano in grado di calcolare la durata del giorno e della notte, di stilare semplici calendari e di prevedere il verificarsi delle eclissi; si trattava comunque di osservazioni di carattere empirico, dettate da esigenze pratiche piuttosto che dalla curiosità dell’uomo per i fenomeni che lo circondano. Questo atteggiamento mutò nel corso del tempo, e con la nascita della filosofia greca si rintracciano i primi tentativi di descrivere e di spiegare razionalmente i fenomeni naturali. Le speculazioni dei filosofi greci sfociarono in due diverse linee di pensiero circa i costituenti fondamentali dell’universo: l’atomismo, promosso da Leucippo e da Democrito nel V secolo a.C., e la teoria degli elementi, proposta da Empedocle e sviluppata in seguito da Aristotele.

Secondo la dottrina aristotelica, nell’universo si distinguono due categorie di corpi: i corpi celesti, costituiti da una sostanza perfetta e immateriale denominata quinta essenza, e i corpi terrestri (o sublunari), mutevoli e corruttibili, composti in misura diversa dai quattro elementi già introdotti nella filosofia di Empedocle: aria, acqua, terra e fuoco. Ciascuno di questi elementi è caratterizzato da un proprio luogo naturale, che spontaneamente tende a raggiungere nel corso del movimento: nel punto più basso dell’universo è collocato il luogo naturale della terra, mentre salendo si incontrano su diversi livelli i luoghi naturali dell’acqua, dell’aria e del fuoco; così il fuoco e l’aria salgono verso l’alto, l’acqua cade dal cielo e scorre lungo i fiumi verso il mare, mentre i corpi solidi, composti in prevalenza dall’elemento terra, cadono verso il basso, con velocità tanto più grande quanto maggiore è la quantità di terra che essi contengono, cioè quanto più elevato è il loro peso.

La teoria di Aristotele offriva in questo modo una spiegazione del moto di caduta libera dei gravi, che oggi sappiamo non essere corretta, ma che comunque provava a utilizzare l’osservazione diretta del mondo sensibile. Una delle più importanti eredità della filosofia naturale aristotelica, infatti, risiede nel fondamento di un metodo scientifico che si proponeva non solo di descrivere i fenomeni naturali, ma anche di darne una spiegazione razionale nell’ambito della dottrina, assegnando all’esperienza e all’osservazione empirica un ruolo fondamentale nello sviluppo della conoscenza.

Durante l’età ellenistica i maggiori contributi al progresso della scienza provennero da pochi uomini d’ingegno: Archimede definì le condizioni di equilibrio dei corpi immersi, pose le basi dell’idrostatica e costruì le prime macchine semplici; Eratostene determinò la lunghezza del raggio terrestre e compilò un catalogo delle stelle conosciute; Ipparco scoprì il fenomeno della precessione degli equinozi e Aristarco di Samo misurò le distanze relative del Sole e della Luna dalla Terra, e fu uno dei primi sostenitori della teoria eliocentrica, ripresa nel XVI secolo da Niccolò Copernico, dopo il lungo dominio del sistema geocentrico elaborato nel II secolo d.C. dall’astronomo alessandrino Tolomeo.

Le basi per una grande rinascita culturale furono tuttavia poste nel corso del Medioevo: numerosi trattati greci furono infatti conservati, tradotti e commentati da studiosi arabi, quali Averroè e Al-Farabi, e in tutta Europa, a partire dall’XI secolo, si assistette alla fondazione delle grandi università. In campo filosofico, Ruggero Bacone invocò il metodo sperimentale come fondamento del sapere scientifico, distaccandosi dal carattere speculativo che aveva contraddistinto la filosofia naturale.