Hans Christian Ørsted e la nascita dell'elettromagnetismo

«Oersted aveva cercato di posizionare il filo della sua batteria galvanica perpendicolare (ad angolo retto) all'ago magnetico, ma non aveva notato alcun movimento sensibile. In un’occasione, al termine della sua lezione, poiché aveva usato una potente batteria galvanica per altri esperimenti, disse: “Adesso per una volta, dato che la batteria è in attività, proviamo a posizionare il filo parallelo all'ago”. Nel farlo rimase parecchio perplesso nel vedere l'ago compiere una grande oscillazione (quasi ad angolo retto con il meridiano magnetico). Poi disse: “Invertiamo la direzione della corrente”, e l'ago deviò in direzione contraria. Così fu fatta la grande scoperta; ed è stato detto, non senza ragione, che "ci è caduto sopra per caso". Prima non aveva idea più di qualunque altra persona che la forza dovesse essere trasversale. Ma come ha detto Lagrange di Newton in un'occasione simile: "Tali incidenti capitano solo a persone che li meritano"». Questo racconto appare in una lettera del 1857 scritta da Christopher Hansteen, il fisico norvegese passato alla storia per aver mappato il campo magnetico terrestre, e indirizzata al grande fisico britannico Michael Faraday. Venne scritta 37 anni dopo l’episodio raccontato, avvenuto nel 1820, e ben sei anni dopo che il protagonista stesso era deceduto. Questo breve frammento ci fa entrare all’interno del grande dibattito sulla relazione tra forze elettriche e forze magnetiche a cavallo tra Sette e Ottocento. Si tratta di una grande trasformazione, come si diceva allora, della filosofia naturale che investe non solo la fisica, ma tutto l’ambito del pensiero occidentale. È uno sforzo collettivo internazionale che coinvolge ricercatori in tutta Europa e avrà conseguenze decisive per tutto il XIX secolo, fino al culmine delle leggi di Maxwell. Lo stesso frammento mostra però anche come si costruisca il mito della scoperta in epoca romantica: per caso, quasi senza andarne alla ricerca. Ma si tratta, appunto, di un mito. Perché quando duecento anni fa, alla fine di una lezione, Hans Christian Ørsted tentò il suo famoso esperimento, in realtà stava studiando la relazione tra elettricità e magnetismo da alcuni anni, ma non aveva ancora trovato la strada giusta da imboccare.

Chi era Hans Christian Ørsted?

Nato nel 1777 a Rudkøbing, una cittadina mercantile nell’isola di Langeland, nel sud della Danimarca, dove la famiglia è proprietaria di una farmacia. Ha appena compiuto trent’anni quando inizia la cosiddetta Seconda Battaglia di Copenhagen (16 agosto - 5 settembre 1807), nel quadro delle Guerre napoleoniche che sconvolgono l’Europa. La battaglia danese vede contrapposte le forze danesi e norvegesi contro quelle britanniche e sono una delle scintille che portano alla Guerra di anglo-russa. Nonostante il pesante bombardamento della capitale, il Regno di Danimarca nella prima metà del XIX secolo conosce una stagione di grande fermento culturale, la cosiddetta Età d’oro danese.

C.A. Jensen (1792-1870), Ritratto di H.C. Oersted, 1832-1833.

Fioriscono le arti e le scienze, e Ørsted è uno dei protagonisti assoluti: amico dello scrittore Hans Christian Andersen, fratello di un politico di spicco (Anders Sandøe, Primo ministro dal 1853 al 1854) e corrispondente con i più importanti intellettuali dell’epoca, in particolare con quelli dell’area germanofona. Ørsted è un intellettuale eclettico: scrive poesie e testi filosofici e nel 1799 scrive in latino la propria tesi di dottorato, Dissertatio de forma metaphysices elementaris naturae externae, in cui commenta una recente opera di Immanuel Kant, i Principi metafisici della scienza della natura del 1786. Ma è per i suoi studi di scienze, di filosofia naturale - come si diceva allora - che rientra nelle pagine di storia, perché per primo dimostra sperimentalmente che le correnti elettriche generano un campo magnetico.

Elettricità e magnetismo all’inizio dell’Ottocento

L’idea di una vicinanza, di una certa specularità tra due forze della natura, quella elettrica e quella magnetica, circolano già dalla metà del Settecento. Nel 1750 Benjamin Franklin, per esempio, dimostra che un fenomeno elettrico, il fulmine, produce effetti magnetici, ma ne attribuisce la causa non all’elettricità, ma al surriscaldamento degli aghi magnetici provocato dal fulmine. Si sapeva inoltre che cariche elettriche dello stesso segno si respingono, mentre quelle opposte si attraggono. Per il magnetismo accadeva qualcosa di analogo: poli magnetici dello stesso segno si respingono, quelli di segno opposto si attraggono. Una svolta decisiva arriva con l’invenzione della pila di Alessandro Volta. Una pila aveva due poli opposti, cioè era molto simile a un magnete. In un contesto culturale come quello della prima metà dell’Ottocento era quindi quasi naturale cercare interazioni tra una pila e un magnete, e anche tentare la produzione di effetti elettrici con un magnete (e viceversa). Come scrive lo storico della scienza Roberto de Andrade Martins: «All'inizio dell'Ottocento era diffusa la convinzione che dovesse esserci una profonda corrispondenza tra elettricità e magnetismo, e che in alcuni casi un magnete e una pila potessero produrre effetti similIi».

Illustrazione dell'esperimento del 1820, ca. 1821 (colorazione successiva)

L’esperimento di Ørsted “rompe” la simmetria attesa

È in questo contesto culturale che Ørsted svolge i propri esperimenti che, come dimostra lo stesso Martins, non sono figli di un evento casuale (la lezione del 1820), ma il frutto di una lunga serie di tentativi di individuare la relazione tra elettricità e magnetismo. Secondo lo storico Simon Altmann, Ørsted sperimenta con magneti e circuiti elettrici almeno dal 1812 e impiega quindi otto anni ad arrivare alla scoperta della relazione che li lega. Johan Georg Forchhammer, che lavora come assistente di Ørsted nel 1818 e nel 1819, testimonia che il problema lo occupa ben prima del 1820.

Perché ci ha impiegato così tanto? Come racconta Hansteen nel 1857, Ørsted aveva provato in diverse condizioni sperimentali a posizionare l’ago magnetico perpendicolarmente al filo elettrico collegato alla batteria. Ørsted, cioè, si aspettava un comportamento simmetrico, in accordo con le convinzioni filosofiche di cui era intrisa la generazione dell'Età d’oro danese e la maggior parte dei filosofi naturali contemporanei. Ma dal 1820 sappiamo che il campo magnetico ruota attorno al filo dove passa la corrente, comportandosi in modo che sembra rompere la simmetria che tutti si aspettavano. È lui stesso a darne spiegazione in una voce della Edinburgh Encyclopedia nel 1830: «Le ragioni a favore e contro una somiglianza essenziale tra magnetismo ed elettricità potrebbero, prima della scoperta dell'elettromagnetismo, sembrare quasi equilibrate. Le analogie più sorprendenti erano che ciascuna di esse consiste di due poteri, o direzioni di poteri, di natura opposta, soggetti alle stesse leggi di attrazione e repulsione; che l'azione magnetica sui corpi, atti a riceverla, ha molta analogia con l'azione elettrica; che la distribuzione delle potenze in un corpo, che ha una carica elettrica, e ancor più una serie di corpi caricati a cascata, differisce molto poco dalla distribuzione delle potenze in un magnete; che se immaginiamo una pila voltaica, composta da elementi minuti e molecolari, avrebbe la somiglianza più perfetta con un magnete; e infine, che la tormalina differisce poco da un simile magnete elettrico». La scoperta che Ørsted ha effettuato duecento anni fa ha aperto la strada dell’elettromagnetismo. Scrive Robert Michael Brain nell’Introduzione a un volume di studi sullo scienziato danese: «Questo imponente pilastro della fisica moderna si è guadagnato un posto in tutte le storie della scienza e ha messo in moto le grandi ricerche sull'elettrodinamica e l'elettrotecnica che hanno trasformato in modo decisivo sia la scienza fisica che la vita moderna». È successo in un angolo d’Europa che normalmente consideriamo periferico, ma che per l’arco di un paio di generazioni ha disposto di intelligenze, come quella di Hans Christian Ørsted, in grado di lasciare un segno duraturo.

Per approfondire Le citazioni di Ørsted e Hansteen, come molte delle informazioni sul contesto storico e la nascita dell'elettromagnetismo provengono da questi due testi: Roberto De Andrade Martins, Resistance to the Discovery of Electromagnetism: Ørsted and the Simmetry of the Magnetic Field, in: Fabio Bevilacqua & Enrico Giannetto (eds.), Volta and the History of Electricity, Pavia / Milano, Università degli Studi di Pavia / Editore Ulrico Hoepli, 2003, pp. 245-265. Disponibile a questo link. VV. AA. Hans Christian Ørsted and the Romantic Legacy in Science, Springer 2007.

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