Diversamente dall'antichità, il termine fisica (dal greco physis, natura) indica oggi unicamente la scienza dei fenomeni naturali che sono accessibili alla ricerca sperimentale, a processi di misurazione e alla rappresentazione matematica (Matematica). La concezione di fisica che dominò fino all'età moderna si fondava sulla dottrina - più orientata verso la filosofia - di Aristotele. Solo le scoperte di Niccolò Copernico, Giovanni Keplero, Galileo Galilei, Cartesio e Isaac Newton portarono al crollo del sistema aristotelico-tolemaico: l'Astronomia e la fisica moderna smisero di considerare la terra quale centro del cosmo. Le leggi di Newton valgono sia nella sfera celeste sia in quella terrena, per cui il dogma aristotelico di opposizione di principio tra cielo e terra venne superato.
Gli inizi della fisica moderna
Lo scontro tra la fisica aristotelica e quella moderna lasciò anche in Svizzera tracce profonde. Ancora nel XVII sec., nelle scuole superiori e nelle Accademie Aristotele e Tolomeo erano autorità incontrastate; a Zurigo e Berna coloro che dissentivano potevano sottrarsi a una condanna unicamente con il silenzio o la fuga. Tuttavia vi furono numerosi studiosi sviz. che svolsero un ruolo notevole nella diffusione delle nuove dottrine. Per esempio il Ginevrino Michel Varro pubblicò nel 1584 un trattato sul moto in cui anticipò importanti intuizioni di Galileo. I matematici e fisici basilesi della fam. Bernoulli e Leonhard Euler svilupparono sistematicamente il calcolo differenziale e integrale ideato da Newton e Gottfried Wilhelm Leibniz, e lo applicarono alla fisica. Ciò portò fra l'altro alla soluzione del problema della catenaria e dei brachistocroni da parte di Johann e Jacob Bernoulli. Leonhard Euler e Daniel Bernoulli scrissero importanti opere sulla meccanica, l'idrostatica, l'idrodinamica, l'ottica e la teoria dell'elasticità. A Basilea, Jacob Bernoulli tenne lezioni di fisica (dal 1687) e fondò il Collegium experimentale, che successivamente fu ripreso da Theodor Zwinger. Nel 1726 il Consiglio della città di Basilea fece allestire un gabinetto di fisica, ampliato in seguito da Daniel Bernoulli, alle cui lezioni sperimentali assistevano a volte più di 100 uditori.
Anche a Ginevra sorse, a cavallo fra il XVII e il XVIII sec., una importante scuola di fisica, che sotto la spinta dell'ortodossia religiosa si dedicò dapprima soprattutto a questioni di fisica sperimentale. Jean-Robert Chouet, seguace di Cartesio, divenne così un pioniere della ricerca sperimentale nelle scienze naturali nella Svizzera occidentale. Nel 1737 l'Acc. ginevrina istituì una cattedra di fisica sperimentale. Jean Jallabert, che ottenne per primo questa cattedra, scrisse un'estesa monografia sull'elettricità, sulla quale in seguito lavorarono anche Charles-Gaspard e Auguste De la Rive. Altri illustri fisici ginevrini furono Horace Bénédict de Saussure, che durante la sua spedizione scientifica sul Monte Bianco nel 1787 studiò i fenomeni atmosferici in alta montagna; Georges-Louis Le Sage, Marc-Auguste Pictet e Pierre Prevost, che svilupparono una teoria corpuscolare-cinetica della fisica; Jean-Daniel Colladon, che determinò la velocità del suono nelle acque del lago di Ginevra; Jacques-Barthélemy Micheli du Crest, Jean-André Deluc e Ami Argand, che costruirono numerosi strumenti (termometri, barometri, igrometri, parafulmini, lampade di Argand).
Lo sviluppo delle scienze naturali, e in particolare della fisica, nel XVIII sec. (Illuminismo) fece nascere anche in Svizzera l'esigenza di avere Società erudite. Nel 1746 a Zurigo, sotto la presidenza di Johannes Gessner, a quel tempo professore di matematica e fisica al Carolinum, venne fondata la cosiddetta Soc. di fisica, che successivamente prese il nome di Soc. di scienze naturali di Zurigo. In un primo tempo i suoi membri si incontravano a cadenza bisettimanale; nel 1745-46, sotto la guida di Gessner, seguirono un corso di fisica sperimentale e storia naturale, all'interno del quale lo stesso Gessner presentò le nuove teorie di Galilei e Newton. Negli anni successivi vennero tra l'altro svolti, durante le sedute, esperimenti con pompe ad aria, una nuova macchina elettrizzante con magneti artificiali e pendoli. Ass. analoghe nacquero successivamente a Basilea, Berna e Ginevra. Nel 1815 sorse, quale org.-quadro, la Soc. elvetica di scienze naturali, che dal 1988 è denominata Accademia svizzera di scienze naturali (ASSN).
Istituzionalizzazione nel XIX e XX secolo
Le nuove conoscenze nel campo dell'elettrodinamica e nella teoria del calore portarono rapidamente ad applicazioni tecniche: macchine a vapore, macchine elettriche ecc. (Industrializzazione). Ciò favorì lo sviluppo delle Università, la fondazione delle scuole politecniche, poi divenute Politecnici federali, e la creazione di nuove cattedre di fisica. Il primo professore di fisica sperimentale all'Univ. di Zurigo, fondata nel 1833, fu Albert Mousson, che dal 1855 operò anche presso il Politecnico fed. Qui venne chiamato a insegnare anche Rudolf Clausius, maggiormente orientato verso la teoria, che acquisì notorietà grazie alla scoperta del secondo principio della termodinamica e allo sviluppo del concetto di entropia. In seguito insegnarono presso le scuole zurighesi tra gli altri Alfred Kleiner e Pierre-Ernest Weiss. Kleiner sostenne la nomina di Albert Einstein, fino ad allora attivo a Berna presso l'ufficio fed. della proprietà intellettuale (ufficio brevetti), dove nel 1905 aveva prodotto i suoi lavori rivoluzionari sulla teoria dei quanti luminosi, sul moto browniano e sulla teoria della relatività ristretta; inaugurò così un periodo brillante per la fisica zurighese, che dal 1909 al 1958 vide operare tra gli altri cinque premi Nobel: Albert Einstein, Peter Debye, Max von Laue, Erwin Schrödinger e Wolfgang Pauli. Mentre Einstein e von Laue insegnarono a Zurigo solo per breve tempo, Debye sviluppò durante il suo periodo zurighese la teoria del dipolo, che prese il suo nome, e perfezionò con Paul Scherrer il procedimento di Debye-Scherrer per analizzare le strutture cristalline. Trascorsero un periodo più lungo a Zurigo anche Erwin Schrödinger, che nel 1926 formulò la sua meccanica ondulatoria, e Wolfgang Pauli, che nel 1930 enunciò l'ipotesi dell'esistenza del neutrino. Pauli, Scherrer e Gregor Wentzel fondarono a Zurigo scuole di fisica che divennero punti di riferimento. Prima della seconda guerra mondiale vissero o operarono in Svizzera anche Johann Jakob Balmer (scopritore della cosiddetta formula di Balmer), il ted. Wilhelm Conrad Röntgen (che studiò e ottenne il dottorato a Zurigo e nel 1895 scoprì i raggi X o Röntgen a Würzburg), Charles-Edouard Guillaume (nel 1920 premio Nobel per la scoperta dell'Invar) e Auguste Piccard (che compì voli in pallone aerostatico nella stratosfera per la misurazione dei raggi cosmici).
Allo stesso periodo risale anche la fondazione della Soc. sviz. di fisica (1908), che oggi è una delle maggiori soc. specialistiche dell'ASSN e che, attraverso la pubblicazione degli Helvetica Physica Acta, i suoi convegni annuali e i numerosi rapporti e valutazioni della ricerca elvetica nel campo della fisica, ha contribuito in maniera decisiva allo sviluppo di questa disciplina nella Svizzera.
Lo sviluppo della ricerca dopo il 1945
Dopo la seconda guerra mondiale nelle univ. sviz. ci fu uno sviluppo considerevole della Ricerca scientifica nell'ambito della fisica. Se nel 1834 la neocostituita Univ. di Berna aveva destinato un'unica cattedra alle scienze esatte, quella comune di matematica e fisica occupata da Friedrich Trechsel, con la professionalizzazione delle scienze nella stessa Univ. sorsero sette ist. con ca. 30 professori a tempo pieno e più di 100 collaboratori: nel 1847 le cattedre di matematica e di fisica furono divise, nel 1913 fu creata una cattedra ordinaria di fisica teorica (Paul Gruner) e nel 1921 nacque una cattedra ordinaria di astronomia (Sigmund Mauderli). Dopo la nomina di Friedrich Georg Houtermans nel 1952, sempre a Berna si formarono nuovi centri di ricerca in fisica, dai quali derivarono fra gli altri le divisioni di cosmologia e planetologia, di climatologia e fisica dell'ambiente (Climatologia, Meteorologia) e di fisica delle alte energie. Sotto la guida del successore di Houtermans, Johannes Geiss, i fisici bernesi parteciparono alla realizzazione di diverse missioni spaziali (Astronautica). La collaborazione con aziende della Conf. (ufficio dei pesi e delle misure, poste telefoni e telegrafi, servizi di armamento), oltre che con le industrie locali, fu importante per lo sviluppo della fisica applicata (in particolar modo della fisica delle microonde e del laser).
Uno sviluppo simile si ebbe anche nelle altre univ. elvetiche. A Ginevra nel 1952 fu inaugurato il nuovo edificio dell'ist. di fisica, nel quale operarono prima Ernst Carl Gerlach Stückelberg von Breidenbach e poi Josef-Maria Jauch. Nel 1953 fu fondata l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), che oggi conta ca. 3000 collaboratori e annualmente attira migliaia di scienziati da tutto il mondo. Anche al Politecnico di Losanna la ricerca fu potenziata in maniera sistematica negli anni 1950-60. Nel 1958 le Camere fed. concessero un credito speciale pluriennale per sovvenzionare la ricerca nell'ambito dell'energia nucleare. Fu aperto tra gli altri il Centro di ricerca di fisica del plasma al Politecnico di Losanna, che dal 1979 collabora con l'Ass. europea per l'energia atomica (EURATOM) e con i grossi progetti europei JET (Joint European Torus) e ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in Inghilterra.
Paul Scherrer fu il principale sostenitore di questo sviluppo. In collaborazione con l'industria, contribuì in maniera determinante alla fondazione della Reaktor AG, che nel 1960 confluì nell'Ist. fed. per la ricerca sui reattori. Nel 1988 quest'ultimo si fuse con l'Ist. sviz. di ricerca nucleare, aperto nel 1968 e da allora diretto da Jean-Pierre Blaser, dando vita all'Ist. Paul Scherrer (IPS). Nel corso degli anni gli allievi di Scherrer furono attivi in diverse univ. sviz., contribuendo a fare della Svizzera dell'epoca uno dei Paesi maggiormente all'avanguardia nel campo della fisica nucleare (Energia atomica).
Nel dopoguerra, al Politecnico fed. di Zurigo sorsero, grazie al forte sostegno del Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica (istituito nel 1952) e della Conf., numerose nuove sedi di ricerca: gli ist. di fisica dello stato solido (1956), di fisica nucleare (1959), di fisica delle alte energie (1960) e di fisica dell'atmosfera (1962). Dopo il 1945, anche all'Univ. di Zurigo la fisica, inizialmente rappresentata da docenti quali Hans Heinrich Staub e Walter Heitler, ebbe un notevole sviluppo. A Basilea la ricerca si concentrò nei campi delle basse energie-fisica nucleare, della fisica applicata e della spettroscopia. Nella facoltà di scienze naturali di Neuchâtel, l'ist. di fisica fu affiancato nel 1975 da un ist. di microtecnica, che permise di rafforzare la cooperazione peraltro già esistente con il Laboratorio sviz. di ricerche orologiere e con il Centro sviz. di elettronica e microtecnica, nato nel 1984.
Il risultato di questo sviluppo viene evidenziato dalle cifre seguenti: secondo uno studio del Consiglio sviz. della scienza, nel 1993 erano impiegati presso le univ. e i Politecnici elvetici e l'IPS ca. 1400 fisici ed astronomi; le spese complessive per la ricerca e l'insegnamento si aggiravano intorno ai 350 milioni di frs. annui. Attorno al 2000 solo all'IPS lavoravano ca. 1200 persone provenienti da 45 Paesi, che conducevano ricerche in diversi campi: fisica dello stato solido, scienza dei materiali, fisica delle particelle elementari, scienze biologiche, energie nucleari e alternative, problematiche energetiche dell'ecologia. Il ciclotrone ad anello dell'IPS, la sorgente di neutroni di spallazione SINQ (Swiss Spallation Neutron Source) ed il sincrotrone SLS (Swiss Light Source) - messo in funzione nel 2001 - costituiscono grossi e centrali impianti di ricerca che tra l'altro hanno permesso di accedere a nuove conoscenze nel campo delle nanoteconologie, una delle discipline più promettenti del presente.
In Svizzera una parte importante della ricerca fisica viene condotta dall'industria; in particolare, l'Industria delle macchine, l'Industria elettrica, l'Orologeria e l'industria ottica lavorano in stretto contatto con le univ. (ricerche sul microscopio elettronico alle Univ. di Ginevra, Losanna e Zurigo con l'azienda Trüb, Täuber & Co; sviluppo di tecniche di risonanza magnetica al Politecnico di Zurigo con Trüb, Täuber & Co e la Spectrospin AG; sviluppo di display LCD nel centro di ricerca aziendale di Baden-Dättwil della futura Asea Brown Boveri). Si occupano di questioni legate alla fisica anche aziende attive nel campo della medicina, delle tecniche di comunicazione a distanza e di misurazione, della microelettronica, della lavorazione delle superfici e dell'industria dell'armamento (per esempio Ascom, Siemens Albis, Kern, Wild Leitz, Mettler-Toledo, Balzers und Leybold, Charmilles Technologies, Swatch Group, Georg Fischer, Oerlikon-Bührle, Contraves) così come ist. di ricerca esterni alle univ. quali l'Osservatorio fisico-meterologico di Davos, l'Ist. fed. per lo studio della neve e delle valanghe di Davos, l'Ist. fed. di prova dei materiali e di ricerca o il Centro sviz. di elettronica e microtecnica. Risultati significativi sono stati raggiunti spec. presso il laboratorio di ricerca dell'IBM a Rüschlikon, aperto nel 1961, in particolare con l'ottenimento del premio Nobel da parte di Heinrich Rohrer e Gerd Binnig per lo sviluppo del microscopio a scansione a effetto tunnel (1986), e di Karl Alexander Müller e Georg Bednorz per la scoperta della superconduttività ad alte temperature (1987). Se si sommano i ricercatori sviz. (fra i quali Felix Bloch, attivo all'estero) e gli scienziati stranieri operanti al CERN (Carlo Rubbia, Simon van der Meer, Jack Steinberger e Georges Charpak), la Svizzera vantava, al 2009, una quindicina di vincitori del premio Nobel per la fisica.
Riferimenti bibliografici
- Atti della Soc. sviz. di fisica presso ist. di fisica teorica, Univ. di Basilea
- E. Fueter, Geschichte der exakten Wissenschaften in der schweizerischen Aufklärung (1680-1780), 1941
- E. Rübel (a cura di), Festschrift zur 200-Jahr-Feier der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich, 1746-1946, 1946
- E. J. Walter, Die Pflege der exakten Wissenschaften (Astronomie, Mathematik, Kartenkunde, Physik und Chemie) im alten Zürich, 1951
- G. Rasche, H. H. Staub, «Physik und Physiker an der Universität Zürich», in Vierteljahrsschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich, 124, 1979, 205-220
- V. Gorgé, «Die Entwicklung der exakten Wissenschaften an der Berner Hochschule», in Hochschulgeschichte Berns 1528-1984, 1984, 319-351
- J. Trembley (a cura di), Les savants genevois dans l'Europe intellectuelle du XVIIe au milieu du XIXe siècle, 1987
- J. R. Günter (a cura di), History of electron microscopy in Switzerland, 1990
- I. Benguigui, Trois physiciens genevois et l'Europe savante, 1991
- L. Häfliger et al. (a cura di), Beiträge der Schweiz zur Technik, 1991
- F. Aemmer et al. (a cura di), Geschichte der Kerntechnik in der Schweiz: die ersten 30 Jahre, 1939-1969, 1992
- P. Diehl, «Zur Geschichte der Physik in Basel», in Uni nova, 73, 1995, 6-9
- M. von Ins, Evaluation of Physics Research in Switzerland, 1995 [FOP 24]
- P. Speziali, Physica genevensis, 1997
- B. Heintz, B. Nievergelt (a cura di), Wissenschafts- und Technikforschung in der Schweiz, 1998
- AA. VV., Microtechniques et mutations horlogères, 2000
- A. Hool, G. Grasshoff, Die Gründung der Schweizerischen Physikalischen Gesellschaft, 2008