di Antonio Sparzani

Diogene Laerzio

[mi permetto di ripetere qui, con opportuni aggiornamenti e aggiunte, un post che avevo pubblicato su Nazione Indiana 15 anni fa, dato che di questi tempi il termine “energia” mi pare essere fortemente tornato alla ribalta, date le varie vicende del petrolio, del gas e tutte le altre fonti, rinnovabili e non, di questa cosa che chiamiamo energia: ma che cos’è esattamente?]

Come ci riferisce Diogene Laerzio (III sec. d.C.), allorché nelle sue Vite dei Filosofi parla del grande Epicuro (IV-III sec. a.C.), nell’antichità, ma anche – aggiungerei – poi nel Medioevo, si dibatteva del singolare tema se il piacere fosse connesso necessariamente col movimento o se consistesse semplicemente nell’assenza di dolore (piacere catastematico, ovvero calmo e stabile). Diogene osserva che, a differenza dei Cirenaici che “non ammettono il piacere catastematico, bensì soltanto quello che consiste in un movimento”, Epicuro li “ammette entrambi, quello della mente e quello del corpo”. E infatti, entrando poi nel merito della dottrina epicurea, Diogene cita esplicitamente la seguente affermazione di Epicuro:

“Infatti, l’imperturbabilità e l’assenza di dolore sono piaceri catastematici, mentre la gioia e la letizia sono viste come piaceri in movimento e in azione” (1)

Questa locuzione “in azione” è, nell’originale, (energeìa), dove la parola vale ‘attività’, qualcosa comunque di dinamico.
Deriva ovviamente da érgon, opera, impresa, dalla stessa radice indoeuropea che ha dato luogo al tedesco Werk e all’inglese work, tanto per dire.
Per una singolare coincidenza, lo stesso problema, quello se il piacere richieda movimento o no. dà occasione alla prima comparsa, in un volgarizzamento italiano del Tesoro di Brunetto Latini, nella storia della lingua italiana (3), della parola ‘relativo’, ma, naturalmente, scusate, questa è un’altra storia, ma la relatività è così bella…
Energia, vedete, è prima di tutto una parola, che ha assunto un po’ alla volta nel linguaggio naturale un significato non rigorosamente definito, piuttosto, come spesso accade, ha individuato un campo semantico che a tutti noi è famigliare. Si può dire che per sollevare un oggetto pesante occorre molta energia, o che occorre molta forza, senza che alcuno si scandalizzi; si parla anche di energia mentale, psicologica, o di energia vitale, fino agli usi più esoterici e francamente imbarazzanti del termine, su cui né qui né altrove intenderei soffermarmi.
La fisica, come credo di aver già detto varie volte, pesca le parole nel linguaggio comune e ne fa poi quel che pare a lei, inchiodandole, così almeno si spera, ad un significato univoco e nettamente definito. Un po’ alla volta, durante l’Ottocento, il termine appunto si specializzò a designare una grandezza fisica, che, allora come oggi, assume, a seconda dei contesti, varie forme e varie espressioni, che però mantengono tra loro una sostanziale unità. Come quando si considera il peso di un sacco di mele e quello di un sacco di melanzane, essi si possono sommare e la somma dà il peso globale, anche se le mele e le melanzane sono assai diverse (ancorché ottime entrambe). Ricorderete, da qualche lontano, o forse non tanto, studio, che si parla di energia cinetica, quella legata al movimento, e di energia potenziale (terminologia aristotelica, notate) che è l’energia che compete ad un corpo in quanto è in una posizione nella quale gli altri corpi che gli stanno intorno possono esercitare delle forze su di esso e quindi farlo muovere e fargli così compiere del lavoro.
Ricorderete forse che la formula per l’energia cinetica di un corpo in movimento (in un fissato sistema di riferimento) è E=(1/2) mv²; ma perché? Perché un mezzo? Perché v al quadrato e non, ad esempio al cubo, o altro ancora? Analoghe domande per l’espressione dell’energia potenziale, ma perché? La sola vera ragione è che così la loro somma si conserva durante il moto! Così funziona la fisica.
La cosa bella di queste prime definizioni di energia è dunque che la somma di quei due tipi di energia – cinetica e potenziale – rimane costante durante il movimento di un sistema di corpi comunque interagenti, cosa che rende tutti i fisici assai contenti; i fisici vanno matti per le grandezze che rimangono costanti durante il movimento – che chiamano costanti del moto – perché se ci si serve di esse le soluzioni dei problemi si trovano più agevolmente. Quando i fisici si accorsero che a ben guardare, in un processo reale, questa energia somma di cinetica e potenziale (detta energia meccanica) non si conserva affatto (quando lasciate cadere un oggetto per terra, questo, una volta arrivato, non avrà più né energia cinetica – è fermo a terra – né energia potenziale – la gravità ha smesso di poter agire perché il corpo è ormai a terra), invece di dire che l’energia in certi casi non si conserva, preferirono dire che c’è un’altra energia di cui non s’era tenuto conto, nell’esempio sopra, l’energia termica (arrivando a terra, il corpo si è un po’ scaldato e ha scaldato la terra che ha subìto l’impatto).
Così è proseguita la storia: anche tenendo conto dell’energia meccanica e dell’energia termica l’energia totale non si conserva. Prendete la luce del Sole, che ci mette otto minuti e mezzo circa ad arrivare sulla Terra; questa luce ci porta calore e quindi energia, sì, ma in quegli otto minuti e mezzo che sta viaggiando, dove sta questa energia, che noi poi ci ritroviamo sulla Terra? Dove sta? Nello spazio vuoto non c’è alcunché di ‘caldo’ che abbia un’energia termica. Ovvio, sta nei raggi, direte voi, allora però bisogna aggiungere ai tipi di energia finora noti anche quella elettromagnetica, perché i ‘raggi’ sono onde elettromagnetiche, mica sono fenomeni meccanici o termici. Ecco quindi che s’ha da aggiungere un altro termine, per mantenere in piedi l’ormai celebre e irrinunciabile ‘conservazione dell’energia’. Consiglio agli interessati di andarsi a leggere quanto dice in proposito il grandissimo scienziato francese Henri Poincaré, nel suo libro La Scienza e l’Ipotesi (1902), riedito da Bompiani (collana testi a fronte):

“tra le funzioni che rimangono costanti non ve n’è alcuna che possa essere espressa rigorosamente in questa forma particolare; perciò, come scegliere tra di esse quella che va chiamata energia? Non abbiamo più nulla che possa guidarci nella nostra scelta.
Non ci resta che un enunciato per il principio di conservazione dell’energia: vi è qualche cosa che rimane costante. In questa forma, esso diventa immune dagli attacchi dell’esperienza e si riduce a una sorta di tautologia.” (corsivo nell’originale, p. 195).

Insomma, un po’ deludente per chi si aspetta una definizione chiara e distinta – e generale – di una grandezza fisica, mi immagino che tutti dicano, ma la scienza non è almeno capace di definire con precisione i propri termini? Se neanche il linguaggio è chiaro, come si fa, dove andremo a finire, non c’è più religione, e via di questo passo.
E invece il bello sta proprio qui, anche nelle questioni più astratte e (apparentemente) teoretiche la scienza (la fisica non è la matematica) procede per prove ed errori, si arrangia, si precisa un po’ alla volta, le definizioni diventano sempre meglio delimitate, le affermazioni si affinano in maniera da specificare meglio il proprio campo di applicazione. Ovvero, si lancia il sasso, e poi, non si ritira proprio la mano, ma ci si deve fermare un attimo, o molti attimi, a valutare come mai il sasso è andato a finire proprio là, come si potrebbe lanciarlo meglio e così via.
Questo per dire che non è che adesso bisogna disperarsi perché non abbiamo una definizione chiara di energia, affatto, ne abbiamo molte buone approssimazioni che vanno bene, working [ricordate, vero, working, parente di ergon…] definitions, si potrebbe dire, definizioni che funzionano nella maggior parte dei casi, che sono poi quelli che abbiamo rapidamente percorso per introdurre il concetto. L’importante è forse non confonderla con altre grandezze fisiche, che hanno a che fare con la “produzione di attività”. La forza, ad esempio. Sul libro appoggiato qui sul mio tavolo agisce comunque la forza di gravità – tanto che se gli tolgo il tavolo dal di sotto, il libro cade al suolo (e se poi tolgo il suolo, ecc.) – ma nessuna energia è connessa con ciò, quella forza non sta producendo ora energia su quel libro, la produrrebbe soltanto qualora appunto levassi il tavolo, e in questo consiste l’affermazione che quel libro possiede energia potenziale.
Nei discorsi fatti nelle ultime puntate sulla complementarità (ad esempio qui ) l’energia che interessa è proprio anche quella elettromagnetica, perché è quella portata dai ‘raggi di luce’, ‘fotoni’, che vanno a sbattere su un atomo o che un atomo emette.
Parentesi terra terra sulle parole dei nostri consumi domestici: anche la parola ‘potenza’ sta in questo campo semantico definito vagamente dalla lingua naturale. Non suona strano dire che per sollevare un gran peso ci vuole molta potenza, ma la fisica ha accuratamente riservato per questa nuova parola un significato distinto: la potenza è l’energia (il lavoro, si dice nei manuali di fisica) erogata (o assorbita, secondo i casi) per unità di tempo. Una macchina capace di darvi 1000 J (joule, unità di misura di energia) in un’ora è meno potente di una in grado di fornirvi gli stessi 1000 J in un minuto, o in un secondo. L’unità di misura della potenza è il watt, simbolo W, che indica la potenza di una macchina che vi fornisce un J al secondo. Un Kilowatt, simbolo KW, è la potenza di una macchina che fornisce 1000 J in un secondo, quindi 3.600.000 J in un’ora, perché in un’ora ci sono 3600 secondi. Tra l’altro quei 3.600.000 J sono l’energia che corrisponde a 1 Kw adoperato per un’ora, il celebre Chilowattora che compare nella vostra bolletta della luce. Il vostro contatore Enel mediamente ha una potenza (massima consentita) di 3 KW, non potete prelevare più di 3 x 3.600.000 = 10.800.000 J al secondo. Vi sembrano tanti, così, come numero, in realtà sapete anche voi che la lavatrice e il forno assieme eccedono la potenza consentita. Il joule è un’unità piccolina per le necessità energetiche dell’uomo d’oggi.

(1) Diogene Laerzio, Vite dei filosofi, II° vol., Laterza, Bari 1987, X, 136.
(2) v. Grande dizionario della lingua italiana a cura di Salvatore Battaglia e altri, UTET, s. v. relativo.