Dalla fisica al mercato

Dalla fisica al mercato
Un esempio d’industrializzazione della scienza
L’origine del telegrafo e delle reti telegrafiche transcontinentali con cavi sottomarini
Nel XIX secolo il telegrafo elettrico fu la prima grande
applicazione industriale dell’elettricità: con esso la nuova
forma di energia si traformò in grande industria e divenne un
settore economico che sprigionerà la sua potenza massima
nel XX secolo con il passaggio all’energia prodotta dalle
centrali elettriche e il consumo di massa di elettricità dovuto
agli eletrodomestici.
Telecomunicazioni, potere politico e potere
militare
Nella
storia,
la
formazione
di
grandi
organizzazioni statali ha posto il problema oggettivo
della rapidità di trasmissione delle informazioni, allo
scopo di centralizzare il potere politico.
Gli antichi romani usavano falò su piattaforme
poste su torri di legno.
In Spagna nel 1340 la marina introdusse l’uso di
bandiere colorate.
L’invenzione del cannocchiale nel 1608 fece fare
un salto di qualità alla visione a distanza delle
segnalazioni.
Il francese Claude Chappe (1763 - 1805) inventò
il telegrafo ottico, il cui primo messaggio ufficiale
venne trasmesso il 15 agosto 1794. Il telegrafo ottico
era costoso e solo lo Stato poteva sostenere le spese
della sua costruzione.
La scoperta dell’elettricità e del magnetismo
Già nel XVIII secolo si pensò al telegrafo elettrico,
ma con le sole cariche elettrostatiche non si ottennero
risultati pratici.
Un grande psso avanti fu compiuto nel 1800 con
la pila di Volta.
Nel 1809 Samuel T. von Soemmering descrisse
un
telegrafo
elettrochimico
all’accademia
delle
scienze di Monaco di Baviera. C’erano i concetti, ma il
sistema era troppo complicato per essere funzionale.
Nel 1820 Hans C. Orsted osservò che una
corrente elettrica in un filo devia un ago magnetico.
Nasce l’elettromagnetismo che porterà 85 anni dopo
alla teoria della relatività ristretta di Einstein.
Strumenti scientifici e mezzi di comunicazione
Il fisico tedesco J.S.C. Schweigger (1779 - 1857)
concepisce il galvanometro per misurare l’intensità
della corrente elettrica che fluisce in un conduttore:
sarà fondamentale per la realizzazione del telegrafo.
Nel 1835 il barone Pavel Schilling, ambasciatore
russo in Baviera e appassionato sperimentatore,
mostrò un telegrafo ad aghi magnetici al Congresso
dei fisici di Berlino. Schilling muore nel 1837.
Dimostrazione pubblica del telegrafo di Schilling,
fatta a Heidelberg dal Prof. Muncke nel 1836.
Presente l’inglese William Cooke.
William F. Cooke (l’uomo d’affari)
Cooke (1806 - 1879) era figlio di un medico
professore universitario. Non intenzionato a seguire la
professione del padre, per rendersi economicamente
indipendente, iniziò a costruire modelli di cera di parti
del corpo umano da vendere alle università di
medicina.
Durante uno dei suoi viaggi ebbe l’occasione di
assistere
alla
dimostrazione
del
telegrafo
elettromagnetico del barone Schilling. Ne rimase
affascinato e si concentrò sulla nuova invenzione
riuscendo a costruire un modello di telegrafo ad aghi.
Mostrando spirito imprenditoriale, Cooke ebbe
l’idea di sostituire il telegrafo pneumatico utilizzato
sulla linea ferroviaria Liverpool - Manchester, con un
telegrafo elettrico. La compagnia ferroviaria non era
però intenzionata a finanziare il nuovo telegrafo
elettrico.
Charles Wheatstone (lo scienziato artigiano)
La tecnologia elettrica non può basarsi solo
sull’esperimento e a Cooke mancava la conoscenza
scientifica sulla propagazione dell’elettricità su lunghe
distanze.
Charles Wheatstone, amico di Michael Faraday,
era titolare della cattedra di fisica sperimentale al
King’s College, incarico ricevuto nel 1834 quando
aveva 32 anni.
In Wheatstone, come in Faraday, la ricerca dei
principi universali della scienza e l’abilità artigianale
nella
costruzione
di
strumenti
e
nell’eseguire
esperimenti erano un’unità organica.
Wheatstone costruì un telegrafo utilizzando cavi
lunghi
quattro
miglia.
Questa
esperienza
sulla
trasmissione su lunghe distanze era quello che
mancava a Cooke.
La Royal Institution
Nei primi decenni della rivoluzione industriale il
capitalismo britannico aveva bisogno di uomini in
grado
di
capire
la
scienza
e
la
tecnologia,
insegnamento che Oxford e Cambridge non fornivano.
A questo scopo nel 1799 venne costituita la Royal
Institution, nel 1823 nacque il London Mechanics
Institute e negli anni seguenti vennero fondate
istituzioni simili.
Wheatstone quando aveva 23 anni iniziò la
collaborazione con la Royal Institution, dove lavorava
Faraday, con il quale strinse un’amicizia che durò
tutta la vita.
Il King’s College
Come risposta il vecchio establishment gravitante
su Oxford e Cambridge nel 1828 costituì il King’s
College.
Il King’s College nel 1834 assegnò a Wheatstone,
non laureato, la cattedra in Filosofia sperimentale
(fisica sperimentale).
Il giovane ed esuberante capitalismo inglese non
aveva ancora le pastoie burocratiche del capitalismo
maturo del XX secolo e giovani artgiani usciti dal
sistema scolastico in età inferiore ai 15 anni, come
Michael Faraday e lo stesso Wheatstone, potevano
accedere in giovane età a cariche prestigiose ai vertici
delle istituzioni scientifiche.
Collaborazione tra Wheatstone e Cooke
Wheatstone e Cooke si incontrarono nel febbraio
del
1837.
Il
loro
approccio
al
telegrafo
era
complementare e dalla loro collaborazione nacque il
telegrafo a cinque aghi: su un quadrante con cinque
aghi, due di essi venivano deviati simultaneamente da
galvanometri posti dietro il quadrante. L’incontro del
prolungamento delle rette che attraversano gli aghi
indica di volta in volta una lettera.
Cooke
fornì
lo
spirito
imprenditoriale,
Wheatstone la conoscenza scientifica e l’arrivo di
un committente capace di creare un mercato per
questa
nuova
ferroviaria
invenzione
concorrente
alla
-
la
compagnia
Liverpool
and
Manchester -consentì il successo del telegrafo
elettrico.
Cavi sottomarini
Il primo cavo sottomarino di successo fu posato
attraverso il Canale Inglese nel 1851. I primi cavi
consistevano di uno o più fili di rame isolati con pochi
millimetri di gomma e protetti da uno strato esterno
realizzato con fil di ferro.
Già dai primi anni ‘50 di quel secolo i telegrafisti
notarono che segnali ben definiti introdotti in un
estremo della linea emergevano all’altro estremo con
un po’ di ritardo e distorti (allungati), cosicché segnali
inviati in rapida successione si sarebbero mischiati
diventando illeggibili.
Faraday studiò il fenomeno e nel 1853 intuì che la
causa del ritardo era nella capacitanza del cavo
sottomarino.
Legge dei quadrati di Thomson
Sir William Thomson (1824 - 1907), più noto alle
generazioni successive come Lord Kelvin, approfondì
la questione anche in termini matematici e dimostrò
che il ritardo temporale all’estremo lontano del
telegrafo, affinché il segnale di corrente diventi
apprezzabile, è proporzionale sia alla resistenza che
alla capacitanza del cavo e, quindi, al quadrato della
sua lunghezza.
Pertanto, il ritardo su linee molto lunghe sarebbe
potuto diventare seriamente nocivo alla propagazione
corretta del segnale.
Atlantic Telegraph Company
I risultati di Thomson costituirono una brutta
notizia per l’Atlantic Telegraph Company, formata da
investitori ambiziosi che vedevano giustamente nel
collegamento telegrafico tra Londra e New York la
possibilità di ricavare enormi profitti.
Se la tesi di Thomson era giusta, il fenomeno del
ritardo avrebbe impedito a un cavo sottomarino così
lungo di far fluire volumi di traffico tali da rendere
pagante l’investimento che la compagnia avrebbe
dovuto fare.
Disputa tra Whitehouse e Thomson
A questo punto, Wildman Whitehouse, un chirurgo
inglese diventato sperimentatore di fenomeni elettrici,
annunciò che i suoi test sui cavi contraddicevano la
legge dei quadrati di Thomson.
I promotori della Atlantic Telegraph Company nel
1856 assegnarono a Whitehouse la responsabilità di
tutte le questioni elettriche relative al cavo pianificato.
Whitehouse
concedeva
eventualmente
a
Thomson che le sue conclusioni erano valide “in
teoria”; d’altra parte, Thomson ammetteva che, a
patto di usare studiati accorgimenti, sarebbe stato
possibile ridurre gli effetti del ritardo del segnale in
modo
sufficiente
da
rendere
economicamente
conveniente lo sfruttamento del cavo.
Insuccesso del tentativo guidato da Whitehouse
La posa in opera del primo cavo sottomarino
transoceanico terminò nell’agosto del 1858. Il cavo
sottomarino
fu
presentato
come
la
meraviglia
dell’epoca.
Sfortunatamente, il cavo era stato realizzato in
fretta e maneggiato rozzamente, col risultato che il
suo isolamento elettrico era fragile. Inoltre, gli
equipaggiamenti elettrici di Whitehouse avevano
un’inerzia relativamente alta rispetto ai sensibilissimi
galvanometri a specchio, progettati nel frattempo da
Thomson.
Nel giro di poche settimane, il collegamento
elettrico tra Europa e USA cessò di funzionare.
L’importanza delle specifiche e loro verifica
La colpa del fallimento dell’impresa fu attribuita
principalmente a Whitehouse, mentre il prestigio di
Thomson ne usciva rafforzato. Infatti, prevalse
l’opinione che se le raccomandazioni di Thomson
fossero state seguite più strettamente, il cavo avrebbe
potuto funzionare.
Quando la compagnia Atlantic Telegraph si
ricompose per riprovare l’impresa, essa pretese che la
fabbricazione del cavo rispondesse a delle specifiche
calcolate scientificamente.
Parallelamente, Thomson spinse per l’adozione di
un sistema di unità di misura che permettesse di
verificare la rispondenza o meno delle specifiche.
Fu a causa di questa necessità che la British
Association for the Advancement of Science creò il
Comitato per le unità elettriche nel 1861, nel quale
Thomson svolse un ruolo di leader.
Successo del tentativo del 1866
Nel 1865 l’Atlantic Telegraph Company era pronta
a riprovare l’impresa con un cavo più spesso. Dopo
un primo tentativo di messa in opera andato fallito, il
27 luglio 1866 il collegamento fu completato. Inoltre,
fino al 7 settembre dello stesso anno fu steso anche
un secondo cavo.
Da allora, l’Europa e il Nord America sono stati in
collegamento telegrafico diretto senza interruzione.
Nel 1860 Thomson aveva formato una società
con altri due ingegneri elettrici e in pochi anni ognuno
di loro cominciò a guadagnare tra consulenze e
sfruttamento di brevetti diverse migliaia di sterline
l’anno, quando un buon stipendio di un professore
universitario era dell’ordine di poche centnaia di
sterline.
Espansione delle reti telegrafiche
Dalla metà del decennio iniziato nel 1870, grandi
aziende inglesi posavano cavi per collegare l’India,
l’Australia, l’estremo oriente e il Sud America.
Thomson poteva essere orgoglioso del fatto che
per la gestione del traffico d’informazioni su così
grandi distanze si utilizzassero strumenti di sua
invenzione, come il già citato galvanometro a
specchio.
Quando Thomson morì nel 1907, la rete globale di
linee telegrafiche e cavi sottomarini aveva reso le
comunicazioni quasi istantanee e il primo sistema di
telegrafia senza fili (radiotelegrafia) stava per essere
inaugurato
(Falsa) Disputa tra teoria e pratica
Per tutto il XIX scolo, Thomson e altri scienziati
furono spesso coinvolti in dispute sul valore relativo
della teoria rispetto alla pratica. I sostenitori di
quest’ultima
affermavano
che
doveva
essere
l’esperienza e non tanto la teoria a guidare il
progresso tecnologico.
Sin dai tempi della sua disputa con Whitehouse,
Thomson predicava invece “l’armonia” tra scienza e
tecnologia,
affermando
che
ognuna
serve
all’avanzamento dell’altra. La conoscenza scientifica è
stata vitale al successo della telegrafia via cavo.
D’altro canto, la crescita dell’industria dei cavi elettrici
aveva prodotto una domanda di conoscenza e
opportunità per svilupparla, che avevano fatto fare un
grande
passo
dell’elettromagnetismo.
avanti
alla
scienza
Non
può
esistere
l’intervento
puntuale
d’innovazione se si abbandona la ricerca di base,
se si separa la ricerca tecnologica dalla ricerca
sulle frontiere più avanzate della cultura e della
scienza.