Fisica e fisiologia - L'opera di un grande scienziato tedesco: Herman Helmholtz

FISICA E FISIOLOGIA NELL’800: HELMHOLTZ, DU BOIS RAYMOND, BERNARD. IL RILANCIO DEL MATERIALIMO IN GERMANIA E LE CRITICHE DI ENGELS.

Nel corso dell’800 si svilupparono soprattutto in Germania studi di fisiologia, cioè relativi al funzionamento dell’organismo vivente, non solo nei riguardi di funzioni materiali come la digestione, ma anche relativamente alle implicazioni psicologiche. Spesso questi studi, come già per quelli più specificamente biologici e chimici, si accompagnarono ad un rilancio del materialismo dopo la stagione idealistico-romantica dell’inizio del secolo.

Già il naturalista Alexander Humboldt  aveva affermato – coerentemente con le sue posizioni atee e materialiste – che i fenomeni biologici sono frutto di trasformazioni chimiche della materia; che tutte le trasformazioni che avvengono in natura dipendono solo dalla natura stessa, fino alla generazione del pensiero; che la scienza è una relazione tra osservatore ed oggetto osservato. Sullo stesso piano si posero il medico olandese Jacob Moleschott (1822-1893), trasferitosi in Germania e seguace della filosofia di Feuerbach (vedi N. 79), ed il medico tedesco Carl Vogt (1817-1895), che partecipò alla rivoluzione del 1848. Posizioni simili furono assunte da altri due medici: Ludwig Buchner (1824-1899) sostenne posizioni empiriste, materialiste e deterministe, affermando che il pensiero è intrinseco alla materia; Heinrich Czolbe (1819-1873) affermò che bisogna rifiutare tutto ciò che non ricade nell’esperienza sensibile e – come Hume – dichiarò che non esistono differenze tra qualità “primarie” e “secondarie”; affermò – come Herbart - che le qualità non sono soggettive, ma sono già tutte contenute negli oggetti. Non mancarono però tentativi di unire meccanicismo e spiritualismo come fatto dal medico e filosofo Hermann Lotze (1817-1881).

Massimo fisiologo tedesco, e tra i maggiori e più versatili scienziati del secolo, fu il già citato ( al N. 77) Herman Helmholtz (1821-1894). I suoi interessi hanno spaziato dalla medicina alla fisica, dalla termodinamica all’elettromagnetismo, fino a coinvolgere anche il campo della musica e della sensibilità musicale. Helmholtz, terminati gli studi di medicina, fu professore di anatomia presso l’Accademia d’Arte di Berlino e poi professore di fisiologia e patologia presso l’Università di Konigsberg (oggi Kaliningrad) nella Prussia Orientale. Successivamente insegnò anatomia e fisiologia anche presso le Università di Bonn e Heidelberg. Nel 1870 fu ammesso all’Accademia delle Scienze della Prussia. Infine, nel 1888, divenne presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica e Tecnica.

Partendo dai suoi studi di medicina e fisiologia, ed in particolare dagli studi sulla produzione di calore nei corpi viventi e sui processi di fermentazione e decomposizione dei corpi morti, già nei suoi anni giovanili Helmholtz perfezionò e mise a punto (nel 1847) il principio fondamentale della fisica detto di Conservazione dell’Energia, già enunciato da Meyer, ma in modo imperfetto. Questo principio, strettamente collegato al Primo Principio della Termodinamica (vedi N. 77), afferma che l’energia si può trasformare ma non essere creata dal nulla o distruggersi. Il concetto, di grande rilevanza anche filosofica, permise ad Helmholtz di basare anche i suoi studi di fisiologia su basi strettamente materialiste eliminando i pregiudizi basati su una presunta “forza vitale” dei corpi viventi (come sostenuto da Muller ed altri: vedi N. 83). Helmholtz dette un contributo fondamentale anche alla formulazione e comprensione del Secondo Principio della Termodinamica. In una conferenza del 1854 “Sull’Azione reciproca delle Forze Naturali” il grande scienziato spiegò che tutte le forme di energia (meccanica, elettrica, chimica, ecc.) tendono a degradarsi in calore. Quando il processo si compirà completamente ogni processo naturale si fermerà (morte termica dell’Universo, di cui parleranno anche Boltzmann e altri grandi fisici).

Nel campo della fisiologia Helmholtz studiò la propagazione degli impulsi nervosi, riuscendo anche a determinarne la velocità (circa 27 m/sec). Importanti furono anche i suoi studi sulle caratteristiche dei suoni, in particolare sul cosiddetto timbro sonoro dovuto alle cosiddette armoniche (suoni di frequenza doppia, tripla, quadrupla, ecc. di una nota fondamentale) ed al fenomeno della risonanza, e quindi sulle caratteristiche della musica, e sulla capacità fisiologiche dell’orecchio di percezione dei suoni musicali, tutti concetti riassunti nell’opera “Teoria delle Sensazioni Tonali come Base Fisiologica della Teoria Musicale”. Un suo strumento per la misura delle risonanze acustiche e delle armoniche è ancora adoperato in alcuni tipi di casse acustiche ed in alcuni motori automobilistici per ottimizzare la fuoriuscita dei gas di scarico. Gli aspetti fisiologici della percezione sonora furono riassunti anche nell’opera del 1862: “Le Sensazioni Sonore”.

Di particolare importanza furono i suoi studi sul funzionamento dell’occhio grazie anche all’invenzione di speciali strumenti come l’Oftalmoscopio atto allo studio del cristallino e della retina. Nel “Manuale di Ottica Fisiologica”, scritto tra il 1856 ed il 1866, Helmholtz, ispirandosi anche alle teorie di Muller sull’energia dei nervi, affermò che i sensi reagiscono agli stimoli esterni e studiò il comportamento delle singole terminazioni nervose. Rispolverando la teoria di Young sulla capacità delle singole terminazioni “coniche” dell’occhio di registrare singoli colori (rosso, verde, violetto) che poi il cervello combina (vedi N. 70), affermò più in generale che le terminazioni nervose reagiscono a segni regolari da parte di fenomeni regolari. Da un punto di vista filosofico queste scoperte lo portarono ad apprezzare filosofie empiriste, come quelle di Locke, Stuart Mill ed Herbart, respingendo l’innatismo kantiano (pur apprezzando alcuni aspetti della filosofia kantiana). In polemica con Muller, che sosteneva che la retina ci dà direttamente un’idea spaziale, Helmholtz sostenne che la percezione dello spazio è un’inferenza multisensoriale che si apprende anche attraverso il tatto. Questi processi della nostra mente non hanno nulla di spirituale. Anche la memoria è un fenomeno materiale e la conoscenza, nonché il principio di “causa”, si basano sulla fiducia che i fenomeni materiali siano uniformi e ripetitivi. Altri studi di Helmholtz sui vortici aprirono la strada ad uno sviluppo importante dell’idrodinamica, cioè allo studio del movimento dei fluidi, e gettarono le fondamenta della moderna meteorologia. Anche nel campo elettromagnetico Helmholtz dette importanti contributi, inventando anche uno strumento (bobina di Helmholtz) per la creazione di un campo magnetico uniforme.

Collaboratore ed amico di Helmholtz fu il fisiologo Emil Du Bois-Raymond (1818-1896), che fondò insieme a lui la Società di Fisica nel 1845 e si interessò della fisiologia dei muscoli, basata secondo lui su stimoli elettrici trasmessi alle fibre muscolari da molecole polarizzate elettricamente. Altro importante fisiologo e biologo del secolo fu il francese Claude Bernard (1813-1878), allievo di Magendie (vedi N. 66), che sostenne, nell’opera del 1865 “Introduzione allo studio della Medicina Sperimentale”, la necessità di eseguire accurati esperimenti per capire il funzionamento dei singoli organi e la concatenazione di fenomeni relativi a vari organi che permette la vita. Egli dimostrò – con esperimenti su animali - che nel fegato si forma il Glicogeno, polimero degli zuccheri. Da questo poi gli zuccheri solubili affluiscono nel sangue. Comprese anche che il pancreas secerne sostanze atte a scindere i grassi in acidi grassi e glicerina, e gli amidi in zuccheri solubili. Non mancano però negli scritti di Bernard suggestioni metafisiche relative ai fenomeni vitali, e ricerca di presunte conoscenze alternative alla scienza, sulla scia di correnti irrazionaliste e spiritualiste, antimaterialiste ed antipositiviste, che imperversarono soprattutto verso la fine dell’800, come vedremo in prossimi numeri. Anche negli scritti di Du Bois-Raymond si possono trovare sorprendenti critiche al metodo scientifico che non potrebbe rispondere all’esigenza di una conoscenza globale.

Di genere completamente diverso furono invece le critiche rivolte al materialismo di Helmholtz, e di altri pensatori tedeschi di cui abbiamo scritto prima, da parte di Engels che ne criticò l’attitudine meccanicista e rivolta verso un materialismo acritico, mentre il compagno di Marx auspicava una forma di “materialismo dialettico” derivato da un “rovesciamento” materialistico della dialettica di Hegel. 

Vincenzo Brandi

1. L. Geymonat, “Storia del Pensiero Fil. e Sc.”, op. cit. in bibl.
2. C. Singer, “Breve Storia del Pensiero Sc.”, op. cit. in bibl.
3. RBA, “Le Grandi Idee della Sc. – Helmholtz”, op. cit. in bibl.
4. F. Engels, “Dialettica della Natura”, ed. GAMADI ed Einaudi, op. cit. in bibl.