Ernst Mach

La conoscenza e l'errore scaturiscono dalle stesse fonti mentali; solo il successo può distinguere l'una dall'altro.

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach era un fisico e filosofo austriaco, noto per i suoi contributi alla fisica come lo studio delle onde d'urto. Il rapporto tra la propria velocità e quella del suono prende il nome di numero di Mach in suo onore. Come filosofo della scienza, fu una grande influenza sul positivismo logico e sul pragmatismo americano. Attraverso la sua critica alle teorie newtoniane dello spazio e del tempo, anticipò la teoria della relatività di Einstein.

Biografia

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach nacque a Chrlice German: Chirlitz, Moravia allora nell'Impero austriaco, ora parte di Brno nella Repubblica Ceca. Suo padre, che si era laureato presso l'Università Charles-Ferdinand di Praga, ha agito come tutore della nobile famiglia Brethon a Zlín nella Moravia orientale. Suo nonno, Wenzl Lanhaus, amministratore della tenuta di Chirlitz, era anche maestro costruttore delle strade lì. Le sue attività in quel campo hanno influenzato in seguito il lavoro teorico di Ernst Mach. Alcune fonti indicano il luogo di nascita di Mach come Tuřany German: Turas, ora anch'essa parte di Brno, sede del registro di Chirlitz. Fu lì che Ernst Mach fu battezzato da Peregrin Weiss. Mach divenne successivamente socialista e ateo. La sua teoria e la sua vita, tuttavia, erano talvolta paragonate al buddhismo, in particolare da Heinrich Gomperz che si rivolse a Mach come il "Buddha della Scienza" a causa dell'approccio fenomenalistico dell'"Io" nella sua Analisi delle Sensazioni.

Fino all'età di 14 anni, Mach ricevette la sua educazione a casa dai genitori. Poi entrò in un Gymnasium a Kroměříž German: Kremsier, dove studiò per tre anni. Nel 1855 divenne studente presso l'Università di Vienna. Lì studiò fisica e per un semestre fisiologia medica, ricevendo il suo dottorato in fisica nel 1860 sotto Andreas von Ettingshausen con una tesi intitolata Über elektrische Ladungen und Induktion, e la sua abilitazione l'anno seguente. Il suo lavoro iniziale si concentrò sull'effetto Doppler in ottica e acustica. Nel 1864, ha accettato un incarico come Professore di Matematica presso l'Università di Graz, avendo rifiutato la posizione di cattedra in chirurgia presso l'Università di Salisburgo per farlo, e nel 1866 è stato nominato Professore di Fisica. Durante quel periodo, Mach ha continuato il suo lavoro in psico-fisica e nella percezione sensoriale. Nel 1867, ha assunto la cattedra di Fisica Sperimentale presso l'Università Charles-Ferdinand, dove è rimasto per 28 anni prima di tornare a Vienna.

Il principale contributo di Mach alla fisica ha riguardato la sua descrizione e le sue fotografie delle onde d'urto da scintilla e poi delle onde d'urto balistiche. Ha descritto come quando un proiettile o una granata si muoveva più velocemente della velocità del suono, creava una compressione dell'aria davanti ad esso. Utilizzando la fotografia schlieren, lui e suo figlio Ludwig sono stati in grado di fotografare le ombre delle onde d'urto invisibili. Durante i primi anni novanta Ludwig è stato in grado di inventare un interferometro che ha permesso fotografie molto più nitide. Ma Mach ha fatto anche molti contributi alla psicologia e alla fisiologia, inclusa la sua anticipazione dei fenomeni gestalt, la sua scoperta dell'effetto obliquo e delle bande di Mach, un tipo di illusione visiva influenzata dall'inibizione, e soprattutto la sua scoperta di una funzione non acustica dell'orecchio interno che aiuta a controllare l'equilibrio umano.

Una delle idee più note di Mach è il cosiddetto "principio di Mach", riguardante l'origine fisica dell'inerzia. Questo non è mai stato scritto da Mach, ma è stato dato una forma verbale grafica, attribuita da Philipp Frank a Mach stesso, come, "Quando la metropolitana si muove a scatti, sono le stelle fisse che ti buttano giù."

Mach è diventato anche ben noto per la sua filosofia, sviluppata in stretta interazione con la sua scienza. Mach ha difeso un tipo di fenomenalismo riconoscendo solo le sensazioni come reali. Questa posizione sembrava incompatibile con la vista degli atomi e delle molecole come cose esterne, indipendenti dalla mente. Ha famosamente dichiarato, dopo una lezione del 1897 di Ludwig Boltzmann presso l'Imperial Academy of Science a Vienna: "Non credo che gli atomi esistano!" Da circa il 1908 al 1911 la riluttanza di Mach a riconoscere la realtà degli atomi è stata criticata da Max Planck come incompatibile con la fisica. La dimostrazione di Einstein nel 1905 che le fluttuazioni statistiche degli atomi permettevano la misurazione della loro esistenza senza prove sensoriali individuate dirette ha segnato un punto di svolta nell'accettazione della teoria atomica. Alcune critiche di Mach alla posizione di Newton sullo spazio e il tempo hanno influenzato Einstein, ma più tardi Einstein si rese conto che Mach era sostanzialmente opposto alla filosofia di Newton e concluse che la sua critica fisica non era valida.

Nel 1898 Mach ha subito un arresto cardiaco e nel 1901 si è ritirato dall'Università di Vienna ed è stato nominato alla camera alta del parlamento austriaco. Lasciando Vienna nel 1913 si trasferì a casa di suo figlio a Vaterstetten, vicino a Monaco, dove ha continuato a scrivere e corrispondere fino alla sua morte nel 1916, un giorno dopo il suo 78º compleanno.

Fisica

La maggior parte degli studi iniziali di Mach nel campo della fisica sperimentale si concentrarono sull'interferenza, la diffrazione, la polarizzazione e la rifrazione della luce in diversi media sotto influenze esterne. Da lì seguirono importanti esplorazioni nel campo della meccanica dei fluidi supersonica. Mach e il fisico-fotografo Peter Salcher presentarono il loro articolo su questo argomento nel 1887; descrive correttamente gli effetti sonori osservati durante il movimento supersonico di un proiettile. Hanno dedotto e confermato sperimentalmente l'esistenza di un'onda d'urto di forma conica, con il proiettile all'apice. Il rapporto della velocità di un fluido alla velocità locale del suono vp/vs è ora chiamato numero di Mach. È un parametro critico nella descrizione del movimento dei fluidi ad alta velocità in aerodinamica e idrodinamica. Mach ha anche contribuito alla cosmologia con l'ipotesi conosciuta come principio di Mach.

Filosofia della scienza

Empirio-criticismo

Dal 1895 al 1901, Mach ha tenuto una cattedra appena istituita per "la storia e la filosofia delle scienze induttive" presso l'Università di Vienna. Nei suoi studi storico-filosofici, Mach ha sviluppato una filosofia della scienza fenomenalistica che è diventata influente nel 19º e 20º secolo. Inizialmente vedeva le leggi scientifiche come riassunti di eventi sperimentali, costruiti allo scopo di rendere comprensibili i dati complessi, ma in seguito ha enfatizzato le funzioni matematiche come un modo più utile per descrivere le apparenze sensoriali. Quindi le leggi scientifiche, sebbene in qualche modo idealizzate, hanno più a che fare con la descrizione delle sensazioni che con la realtà come esiste al di là delle sensazioni.

L'obiettivo che si è prefisso (la scienza fisica) è l'espressione astratta più semplice ed economica dei fatti.

Quando la mente umana, con i suoi poteri limitati, tenta di rispecchiare in se stessa la ricca vita del mondo, di cui è solo una piccola parte, e che non può mai sperare di esaurire, ha tutte le ragioni per procedere in modo economico.

In realtà, la legge contiene sempre meno del fatto stesso, perché non riproduce il fatto nel suo insieme ma solo in quell'aspetto di esso che è importante per noi, il resto essendo intenzionalmente o per necessità omesso.

Il positivismo di Mach ha anche influenzato molti marxisti russi, come Alexander Bogdanov 1873–1928. Nel 1908, Lenin scrisse un'opera filosofica, Materialismo ed empirio-criticismo pubblicata nel 1909, in cui criticava il Machismo e le opinioni dei "Machisti russi" Le sue critiche principali erano che la filosofia di Mach portava al solipsismo e alla conclusione assurda che la natura non esisteva prima degli esseri umani. Lenin ha anche citato in questo lavoro il concetto di "etere", come il mezzo attraverso il quale le onde luminose si propagavano, e il concetto di tempo come assoluto, concetti che in seguito si sono rivelati errati con ulteriori sviluppi scientifici.

L'empirio-criticismo è il termine per la filosofia rigorosamente positivista e radicalmente empirista stabilita dal filosofo tedesco Richard Avenarius e ulteriormente sviluppata da Mach, che sostiene che tutto ciò che possiamo conoscere sono le nostre sensazioni e che la conoscenza dovrebbe essere limitata alla pura esperienza.

In accordo con la filosofia empirio-critica, Mach si oppose a Ludwig Boltzmann e altri che proposero una teoria atomica della fisica. Poiché non si possono osservare direttamente cose piccole come gli atomi, e poiché nessun modello atomico dell'epoca era coerente, l'ipotesi atomica sembrava a Mach ingiustificata e forse non sufficientemente "economica". Mach ha avuto un'influenza diretta sui filosofi del Circolo di Vienna e sulla scuola del positivismo logico in generale.

A Mach sono attribuiti un certo numero di principi che distillano il suo ideale di teorizzazione fisica—quello che viene ora chiamato "fisica machiana":

1. Dovrebbe essere basata interamente su fenomeni direttamente osservabili in linea con le sue inclinazioni positivistiche
2. Dovrebbe evitare completamente lo spazio e il tempo assoluti a favore del moto relativo
3. Qualsiasi fenomeno che sembrerebbe attribuibile allo spazio e al tempo assoluti ad es., l'inerzia e la forza centrifuga dovrebbe invece essere visto come emergente dalla distribuzione su larga scala della materia nell'universo.

L'ultimo è evidenziato, in particolare da Albert Einstein, come "il" principio di Mach. Einstein lo ha citato come uno dei tre principi alla base della relatività generale. Nel 1930, ha affermato che "è giustificato considerare Mach come il precursore della teoria generale della relatività", sebbene Mach, prima della sua morte, apparentemente avrebbe rifiutato la teoria di Einstein. Einstein era consapevole che le sue teorie non soddisfacevano tutti i principi di Mach, e nessuna teoria successiva nemmeno, nonostante considerevole sforzo.

Costruttivismo fenomenologico

Secondo Alexander Riegler, il lavoro di Ernst Mach è stato un precursore della prospettiva influente nota come costruttivismo. Il costruttivismo sostiene che tutta la conoscenza è costruita piuttosto che ricevuta dall'allievo. Ha assunto una posizione eccezionalmente non-dualistica e fenomenologica. Il fondatore del costruttivismo radicale, von Glasersfeld, ha fatto un cenno a Mach come alleato.

Fisiologia

Nel 1873, indipendentemente l'uno dall'altro Mach e il fisiologo e medico Josef Breuer scoprirono come il senso dell'equilibrio cioè la percezione dello squilibrio della testa funziona, rintracciandone la gestione dalle informazioni che il cervello riceve dal movimento di un fluido nei canali semicircolari dell'orecchio interno. Che il senso dell'equilibrio dipendesse dai tre canali semicircolari è stato scoperto nel 1870 dal fisiologo Friedrich Goltz, ma Goltz non ha scoperto come funzionava l'apparato sensoriale dell'equilibrio. Mach ha creato una sedia girevole per consentirgli di testare le sue teorie, e Floyd Ratliff ha suggerito che questo esperimento potrebbe aver aperto la strada alla critica di Mach di una concezione fisica dello spazio e del moto assoluti.

Psicologia

Nel campo della percezione sensoriale, gli psicologi ricordano Mach per l'illusione ottica chiamata bande di Mach. L'effetto esagera il contrasto tra i bordi delle sfumature leggermente diverse di grigio, non appena entrano in contatto l'una con l'altra, attivando il rilevamento dei bordi nel sistema visivo umano.

Più chiaramente di chiunque prima o dopo Mach ha fatto la distinzione tra quello che ha chiamato spazi fisiologici in particolare visivi e geometrici.

Le opinioni di Mach sulle strutture mediatrici hanno ispirato la posizione fortemente induttiva di B. F. Skinner, che parallelava quella di Mach nel campo della psicologia.

Eponimi

In omaggio il suo nome è stato assegnato a:

• Mach, un cratere lunare
• Bande di Mach, un'illusione ottica
• 3949 Mach, un asteroide
• Numero di Mach, l'unità per la velocità relativa alla velocità del suono

Bibliografia

Le principali opere di Mach in inglese:

• The Science of Mechanics. Translated by McCormack, Thomas J. 4th ed.. Chicago: The Open Court Publishing Co. 1919.
• "Photographische Fixirung der durch Projectile in der Luft eingeleiteten Vorgänge". Sitzungsber. Kaiserl. Akad. Wiss., Wien, Math.-Naturwiss. Cl. in German. 95 Abt. II: 764–780. 1887. with Peter Slacher
• The Analysis of Sensations 1897
• Popular Scientific Lectures 1895
• "Space and Geometry from the Point of View of Physical Inquiry". Monist. 14 1: 1–32. 1903. doi:10.5840/monist190314139. ISSN 0026-9662. with S.J.B. Sugden
• History and Root of the Principle of the Conservation of Energy 1911
• The Principles of Physical Optics 1926
• Knowledge and Error 1976
• Principles of the Theory of Heat 1986
• Fundamentals of the Theory of Movement Perception 2001