Le forze dell'universo

Note sulla storia della fisica tra XVIII e XX secolo

  • Giulio Peruzzi

    Professore di Storia della scienza - Università di Padova

  • venerdì 26 ottobre 2012 - 17.30
Centro Culturale

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Tra il febbraio e l’ottobre del 1897 Joseph John Thomson comunicava pubblicamente, a più riprese, i risultati delle sue ultime ricerche sui raggi catodici: questi erano costituiti da particelle materiali subatomiche di carica negativa, da lui chiamate «corpuscoli». Tali corpuscoli vennero successivamente identificati col nome di elettroni e J.J. Thomson, che proprio per queste ricerche fu insignito del premio Nobel nel 1906, passò alla storia come il loro scopritore. Come spesso accade in relazione ai «fatti» fondamentali della storia del pensiero umano, il processo che ha portato alla scoperta dell’elettrone è tortuoso, spesso intessuto di quelli che Francesco Bacone chiamava «anticipazioni ingiustificate» e «pregiudizi affrettati e prematuri», che pure hanno un ruolo non marginale nel delicato e tante volte oscuro cammino di edificazione della scienza. D’altra parte, grazie proprio a questo faticoso processo che affonda le proprie radici nelle prime trattazioni dei fenomeni elettrici e magnetici della seconda metà del Settecento, il mondo scientifico di fine Ottocento era già sufficientemente preparato a questa «rivoluzione», come dimostra il fatto che nel 1904, solo sette anni dopo la scoperta di Thomson, al Congresso internazionale di scienze e arti di Saint-Louis, Paul Langevìn presentava la nuova fisica dell’elettrone come «una nuova America, in cui si respira liberamente, che stimola tutte le attività e che può insegnare moltissime cose al Vecchio Mondo».
Oggi la parola «elettrone» denota una particella subatomica dotata di un’unità di carica negativa (pari a circa 1,6 x 10-19 coulomb), avente una massa circa 2000 volte più piccola della massa dell’atomo di idrogeno e un momento angolare intrinseco, lo spin, pari a 1/2. La dinamica dell’elettrone è descritta dall’elettrodinamica quantistica. A rigor di logica, siccome la parola «elettrone» si riferisce all’oggetto che ha come proprietà essenziali quelle appena citate, la scoperta dell’elettrone dovrebbe essere sancita dalle misurazioni di queste proprietà, unitamente all’elaborazione del quadro teorico che permette di coordinarle come riferibili a un particolare ente. In questo senso la scoperta dell’elettrone è durata almeno sessant’anni: dai lavori pionieristici dell’ultimo decennio del secolo scorso fino alla formulazione consistente dell’elettrodinamica quantistica nei primi anni Cinquanta. In che senso allora si parla di «scoperta dell’elettrone» e la si colloca nel 1897, precisamente cento anni fa? Questa domanda appare tanto più problematica se si pensa che, già molto prima dei lavori di Thomson, si faceva riferimento alle nozioni di «ione», «atomo», «molecola», «particella», «corpuscolo» di elettricità, che alla fine confluirono all’interno dell’unica nozione di elettrone. Diversi però erano inizialmente i significati che queste nozioni acquistavano nei vari campi di ricerca, e mutevole era l’atteggiamento, anche del singolo scienziato, rispetto al «contenuto di realtà» che a esse si doveva attribuire, al di là del loro essere ipotesi di lavoro; utili (ma spesso provvisori) modelli. Solo dopo il 1897, quando un certo insieme di dati empirici fu interpretato come la scoperta di un oggetto subatomico dotato di carica negativa unitaria e di massa almeno 1000 volte più piccola di quella dell’atomo di idrogeno, tutte queste nozioni finiranno per essere ricomprese nel nome «elettrone». Per cercare di capire il senso della scoperta dell’elettrone è quindi necessario indagare storicamente i vari ambiti di ricerca in cui questa nuova nozione venne a maturazione, e come diversi filoni di indagine, inizialmente in conflitto tra loro, finirono per incontrarsi e dar luogo a una delle scoperte che inaugurarono la fisica del XX secolo. […]
Se la scoperta dell’elettrone appariva, pochi anni dopo, come la scoperta di una «nuova America», oggi, a distanza di cento anni, essa dimostra tutta la sua sovrabbondante fertilità per i progressi della scienza e della tecnica nel XX secolo. La teoria della relatività di Einstein prende le mosse dall’elettrodinamica dei corpi in movimento e la descrizione della dinamica degli elettroni all’interno dell’atomo è uno dei punti di partenza della meccanica quantistica. Infine, l’elettrodinamica quantistica è il primo tentativo di armonizzare la teoria della relatività ristretta con la meccanica quantistica, un modello per le successive teorie che trattano delle particelle elementari. E, parallelamente a queste ricerche nell’ambito della fisica teorica, si dispiegano gli sviluppi tecnologici che, sotto il nome di «elettronica», segnano la nostra epoca.

(da G. Peruzzi, Alle origini della fisica del XX secolo: la scoperta dell’elettrone, in «Le Scienze», n. 351, novembre 1997, pp. 48 e 55)

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