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AUGUSTO RIGHI, GIOVANE SCIENZIATO

La carriera scientifica di Augusto Righi si aprì nel 1872 quando si laureò in ingegneria presso l’Università di Bologna ed ottenne un posto da insegnante di fisica presso l’Istituto Tecnico della città. In breve divenne professore di fisica sperimentale presso l’Università di Palermo (1880) e poi di Padova (1885) e di Bologna (1889), affermandosi come studioso delle proprietà dei campi elettromagnetici nel vuoto e nella materia.

Interessato all’effetto Faraday (rotazione della polarizzazione della luce in un materiale trasparente in campo magnetico), con i primi esperimenti Righi investigò le proprietà ottiche dei materiali magnetizzati, in particolare le variazioni di intensità e polarizzazione della luce riflessa da un materiale magnetizzato note come effetto Kerr. Estendendo poi le ricerche nell’ambito del termomagnetismo, Righi scoprì che un conduttore, sottoposto ad una differenza di temperatura tra i suoi estremi, instaura un gradiente termico trasversale quando viene immerso in campo magnetico, un analogo termico dell’effetto Hall noto oggi come effetto “Righi-Leduc”. La scoperta dell’isteresi dell’acciaio, presentata all’Accademia delle Scienze di Bologna nel 1880, chiuse questo primo rilevante gruppo di esperimenti.

A partire dal 1876, Righi cominciò ad interessarsi allo studio delle scariche elettriche nella materia, un secondo grande tema della fisica sperimentale del secondo ’800. Con l’ausilio dell’elettrometro ad induzione da lui inventato, estese lo studio delle scariche dall’aria ai liquidi variando in modo sistematico dimensioni, forma e materiale degli elettrodi.

In quegli stessi anni però, lo studio delle scariche nei gas rarefatti condusse William Crookes a scoprire i “raggi catodici”, un flusso di particelle cariche che si propagavano dall’anodo al catodo, più tardi identificate con il primo costituente fondamentale della materia, l’elettrone. Indirizzando le proprie ricerche in direzione complementare, Righi decise allora di sperimentare le scariche nei gas a pressione atmosferica dove scoprì l’esistenza di nuove “particelle elettrificate”. Di esse poteva governare il flusso per mezzo di campi elettrici producendo, tra i diversi effetti, il fenomeno delle “ombre elettriche” già osservato nei raggi catodici.

Le “particelle elettrificate” di Righi vennero riscoperte come “ioni dei gas” da Walther Giese nel 1882 ed infine come “raggi canale” da Eugen Goldstein nel 1886. Un tortuoso percorso che portò a riconoscere in queste particelle il secondo costituente fondamentale della materia, il protone.

Contemporaneamente a questi studi, Righi lavorò alle più importanti applicazioni tecnologiche della sua epoca, le comunicazioni elettriche con e senza filo.

Già nel 1877, ancora professore presso l’Istituto Tecnico di Bologna, Righi aveva costruito un “telefono che si ascolta a distanza” che, per mezzo di un microfono convertito in altoparlante (di fatto il primo microfono a “polveri conduttrici”), rendeva possibile la comunicazione tra gruppi di persone superando la limitazione del telefono di Bell inventato l’anno precedente.

La sera del 7 aprile 1878, i microfoni ed altoparlanti di Righi, collegati alla linea telegrafica Bologna-Ferrara lunga 47 Km, misero in contatto gli uditori raccolti nelle rispettive stazioni che potevano scambiarsi suoni e parole. Questo apparato, l’unico ad essere brevettato da Righi, fu presentato all’Esposizione Universale di Parigi nel 1878 e nuovamente utilizzato il 5 novembre 1878 in occasione della visita a Bologna del Re Umberto I che poté ascoltare un intero concerto trasmesso con questa nuova tecnologia.

Nell’aprile 1888, pochi mesi dopo serie di illuminanti osservazioni condotte Heinrich Hertz e Wilhelm Hallwachs, Righi dimostrò che i materiali conduttori e isolanti, irradiati con luce ultravioletta, si caricavano positivamente in misura crescente con la vicinanza della sorgente e l’estensione della superficie. Chiamò questo fenomeno effetto fotoelettrico.

Ne fornì pure la prima interpretazione, immaginando che la radiazione ultravioletta staccasse la molecola d’aria a contatto col metallo e con essa la carica negativa attaccata che, migrando lungo le linee di forza del campo, lasciava la superficie metallica carica positivamente.

I fondamentali contributi di Righi alla comprensione del fenomeno furono riconosciuti dallo stesso Hallwachs che nelle colonne degli Annalen der Physik und Chemie del 1890 (poi tradotte nella rivista de “Il Nuovo Cimento”) scriveva: “Dovendo opporgli la priorità della scoperta, non voglio astenermi dal menzionare che le leggi del fenomeno, trovate fino ad ora, sono dovute a lui”.

La morte di Hertz, sopraggiunta prematuramente nel 1894, lasciava incompleta una rilevante questione scientifica. Hertz aveva scoperto che cariche oscillanti producevano “onde elettriche” previste dalla teoria elettromagnetica di Maxwell. Aveva inoltre mostrato che tali oscillazioni elettriche si comportavano come la luce visibile, riflettendosi sui materiali, rifrangendosi attraverso di essi e interferendo tra loro. Tuttavia, per dimostrare che “onde elettriche” e “luce visibile” erano la stessa cosa – onde elettromagnetiche di diversa frequenza – occorreva ripetere la totalità dei sofisticati esperimenti ottici condotti dai fisici a partire dal Seicento fino all’Ottocento.

Righi – docente dell’Università di Bologna dal 1889 – ne raccolse il testimone divenendo in breve tempo il riferimento dell’intera comunità internazionale. Intuendo che questi studi avrebbero potuto progredire solo operando con lunghezze d’onda più corte di quelle usate da Hertz (circa 66 cm), avviò un vasto programma sperimentale che prevedeva la revisione, il perfezionamento ed anche la re-invenzione di molti tra gli strumenti da lui utilizzati.

Il primo tra questi fu l’oscillatore a tre scintille nel quale l’onda veniva prodotta dalla scintilla che scoccava tra le due sfere centrali, caricate per induzione da due sfere laterali collegate ad una macchina elettrostatica. L’uso di sfere di piccolo diametro permetteva di aumentare la rapidità della scarica, ovvero la lunghezza dell’onda prodotta, ma al prezzo di una riduzione della sua intensità che veniva compensata aumentando la carica efficace per mezzo di un dielettrico immergendo le sfere centrali in olio di vaselina.

Un secondo strumento fu il risonatore a vetro argentato che sostituiva l’anello semi-aperto usato da Hertz. Righi intuì che le deboli scintille del risonatore erano più visibili se, anziché in aria, avvenivano sulla superficie di un corpo isolante come una lastrina di vetro argentato nella quale veniva fatto un sottilissimo taglio tramite una punta di diamante. Tra i lembi di questo taglio si osservavano allora piccole scintille ad altezze sempre diverse che rivelavano il passaggio dell’onda.

La terza apparecchiatura che permise a Righi di condurre sperimentazioni sistematiche sull’ottica delle oscillazioni elettriche fu il banco per onde elettromagnetiche. L’oscillatore ed il risonatore erano posti alle estremità di due bracci che potevano ruotare attorno all’asse centrale, mentre una piattaforma girevole al centro del banco poteva alloggiare prismi e biprismi, lastre e lenti di zolfo e paraffina etc.

Con questo tipo di apparato Righi compì una lunghissima serie di esperimenti che verificarono in ogni dettaglio le proprietà della propagazione delle onde elettromagnetiche, e dimostrarono che davano luogo a tutti i fenomeni di riflessione, trasmissione, rifrazione, interferenza e diffrazione della luce, ponendo così su di una solidissima base sperimentale l’ipotesi della loro completa identità. Questo vastissimo patrimonio di esperienze fu raccolto e descritto nella sua opera principale, “L’ottica delle Oscillazioni Elettriche”, pubblicata nel 1897.

 

AUGUSTO RIGHI E LA NUOVA FISICA

L’Ottica delle oscillazioni elettriche chiuse il periodo centrale dell’attività scientifica di Augusto Righi che negli anni seguenti si orientò verso lo studio dei fenomeni legati all’interazione tra onde elettromagnetiche e materia che dominò la fisica di inizio ’900 sia in ambito sperimentale che teorico.

Sul finire dell’800 Roentgen aveva scoperto i Raggi X, un flusso misterioso la cui natura appariva del tutto incerta. Righi, convinto dovesse trattarsi di una particolare forma di radiazione elettromagnetica, decise di studiare l’effetto di tali raggi sulla carica elettrica immagazzinata in un conduttore. Scoprì allora che, a differenza dei raggi ultravioletti che nell’effetto fotoelettrico disperdono la sola carica negativa, la nuova radiazione poteva disperdere in aria la carica di entrambi i segni.

Importanti lavori furono poi dedicati allo studio dell’effetto Zeeman. Scoperto nel 1896, consisteva nella scissione di ciascuna riga spettrale in serie di righe molto ravvicinate quando l’atomo veniva immerso in un campo magnetico esterno.

Fedele al proprio metodo di lavoro, apportò sostanziali miglioramenti alla tecnica sperimentale che rendeva osservabile l’effetto senza l’utilizzo dello spettroscopio, uno strumento sofisticato e costoso per l’epoca .

Con la nuova tecnica, Righi verificò sperimentalmente la previsione di Lorentz secondo la quale un gas in condizioni normali, immerso in campo magnetico, doveva separare ciascuna riga dello spettro in due o tre righe di luce polarizzata circolarmente (nel caso del doppietto) e linearmente (negli altri casi).

Facendo infine proprio un suggerimento di Fitzgerald, Righi fu tra i primi a studiare l’effetto Zeeman inverso, un fenomeno che si osserva quando un gas fortemente assorbente viene magnetizzato dal passaggio di un raggio luminoso polarizzato circolarmente.

Il 19 maggio del 1910, il mondo assistette al passaggio della Cometa di Halley, la più nota e famosa delle comete provenienti dalle regioni periferiche del sistema solare, un evento che ebbe vastissima risonanza ed attrasse l’attenzione dell’intera comunità scientifica.

Righi, forte delle vaste conoscenze acquisite nell’ambito della fisica della materia e della radiazione, indagò le cause fisiche di alcuni fenomeni cometari quali ad esempio la manifestazione delle “code”. I principali risultati di questa indagine furono discussi in una conferenza pubblica sull’argomento il cui materiale confluì poi in un libro dal titolo “Comete ed Elettroni”.

Come altri grandi fisici del suo tempo, Righi vedeva nella fisica atomica una chiave per la comprensione dei fenomeni del cosmo, un legame profondo che giocò anche in verso opposto pensando che i fenomeni del cosmo potessero a loro volta suggerire corrispondenti fenomeni all’interno dell’atomo.

Su questa base, immaginò che l’esistenza delle “stelle doppie”, formate da coppie di stelle gravitanti attorno ad un comune centro di massa, trovassero una corrispondenza negli stati ione-elettrone.

In particolare immaginò che negli atomi di un gas immerso in un campo magnetico esterno, in aggiunta alle molecole “neutre” (dove gli elettroni sono perfettamente integrati nella molecola) ed alle molecole ionizzate (dove gli elettroni sono separati dalla molecola), dovessero esistere stati “semi-legati” nei quali l’elettrone e lo ione-molecolare costituivano un sistema unico la cui stabilità era assicurata dal campo magnetico esterno. Tale ipotesi permetteva a Righi di comprendere alcuni elusivi fenomeni osservati nei “tubi a raggi catodici di Crookes” che gli elettroni non erano in grado di spiegare. Il flusso di tali stati semilegati andava a costituire ciò che Righi chiamava “raggi magnetici”, oggetto di una viva controversia scientifica ma che Righi difese tenacemente, facendo appello al suo profondo intuito fisico ed alla indiscussa maestria di sperimentatore portando prove ancora oggi inesplorate e senza una spiegazione soddisfacente.

Senza dubbio la fisica atomica costituì il centro degli interessi scientifici di Righi negli ultimi 20 anni di attività.

Tuttavia, è probabile che da tempo meditasse anche sulla teoria della relatività ristretta, ma che solo negli ultimi tempi avesse trovato la via per sottoporre i suoi principi alla prova sperimentale diretta.

L’8 giugno 1920, quando la morte lo colse improvvisamente, stava lavorando ad un articolo dal titolo “sulla teoria della relatività e sopra un progetto di esperienza decisiva per la necessità di ammetterla”.

 

AUGUSTO RIGHI, IL PRESTIGIO INTERNAZIONALE

Autore di oltre 250 pubblicazioni, Righi fu membro delle più prestigiose società scientifiche come l’Accademia dei Lincei, l’Accademia dei XL, la Royal Society di Londra, Edinburgo e Uppsala, l’Académie des Sciences di Parigi e l’Accademia Imperiale di San Pietroburgo nonché fondatore e Presidente della Società Italiana di Fisica e dell’Accademia delle Scienze di Bologna.

 

Tuttavia, la testimonianza più significativa del prestigio scientifico goduto da Righi sta nelle 15 candidature consecutive al Premio Nobel che egli ottenne tra il 1905 e il 1920 per le quali venne sostenuto da scienziati italiani quali Orso Mario Corbino, Giacomo Ciamician e Vito Volterra, ma anche da importanti fisici europei come Henri Becquerel e Henri Poincaré.

 

Fra gli interventi tenuti durante la Commemorazione al Senato, fu quello del chimico Giacomo Ciamician - collega e amico di Righi - che ne tracciò più accuratamente il profilo scientifico.

 “Posso dirvi però qualche cosa di più intimo del modo come il Righi lavorava, e come egli concepiva. Egli aveva ciò che si può dire l’intuizione dell’esperimento, nel senso che pensava sperimentando. Come ha magistralmente messo in rilievo il senatore Volterra, lo sviluppo della fisica degli ultimi cinquanta anni si rispecchia nei suoi lavori; ogni fatto nuovo, ogni nuova teoria trovava un’eco nella sua mente, ed ancor più nel suo intuito sperimentale. Quando Righi si interessava di qualche esperienza eseguita da altri, diceva: la voglio ripetere; ma ripeterla voleva dire trasformarla; di giorno in giorno nuovi fatti si aggiungevano ai fatti ed in capo ad un mese ad un anno un magistrale lavoro sorgeva. Così nacque l’ottica delle oscillazioni elettriche, che ebbe il seguito a tutti noto. Così l’ho potuto seguire nella sua carriera scientifica dal 1888 in poi, e lo vidi ascendere dalla rinomanza alla celebrità”.

 

AUGUSTO RIGHI SCRITTORE E DIVULGATORE

Vieweg di Braunschweig, Righi divenne un apprezzato divulgatore scientifico, autore di conferenze e libri di successo. Nel volume “La telegrafia senza filo”, scritto con il suo collaboratore Bernardo Dessau, Righi traccia lo sviluppo di questa tecnica “con l’intento di offrire ad ogni lettore, non privo di generale cultura, una nozione abbastanza completa delle basi scientifiche, su cui riposa la nuova applicazione delle onde elettriche realizzata da Guglielmo Marconi”. Un libro che interveniva su una scoperta di enorme rilievo internazionale ma che al tempo stesso offriva a Righi la possibilità di chiarire la propria posizione di “predecessore” e non di “antagonista” di Guglielmo Marconi.

Nel 1904, il testo della conferenza sulla radioattività, che Righi tenne presso l’Associazione Elettrotecnica Italiana divenne un opuscolo dal titolo “Il Radio” all’interno del quale Righi descriveva le principali scoperte di Becquerel, Pierre e Marie Curie tramite una serie di dimostrazioni e apparecchiature da lui stesso ideate.

Nello stesso anno venne pubblicata “La moderna teoria dei fenomeni fisici”: Righi divenne il principale divulgatore di una visione filosofico-scientifica che fu di grande suggestione agli inizi del ’900.

Secondo Righi, le due fondamentali scoperte della fisica di fine secolo permettevano di affermare che la realtà ultima delle cose fosse interamente descritta da due entità: elettroni ed etere. Se i primi si trovavano all’interno degli atomi ed emettevano “luce visibile” – come mostrato da Thomson e dalle analisi spettroscopiche – allora la materia rivelava la sua “origine elettrica” e diveniva un prodotto descrivibile in termini di etere ed elettroni. Per rendere conto delle cariche positive all’interno dei nuclei, Righi introduceva inoltre il concetto di “elettrone positivo”.

Righi discusse tali idee anche in occasione della lezione tenuta per l’inaugurazione dell’Istituto di Fisica dell’Università di Bologna, il 12 aprile 1907. 

E nei due anni successivi, tali considerazioni raggiungeranno anche un altro pubblico, precisamente quello dei lettori dell’opera “Materialismo ed Empiriocriticismo”, trattato filosofico-politico scritto da Vladimir Lenin nel 1909. Venuto in contatto con il libro di Righi tramite la sua edizione tedesca del 1908, Lenin dedica al “grande fisico italiano” un intero paragrafo dal suggestivo titolo: “la materia è scomparsa”. Per Lenin, “la realtà ultima delle cose” descritta da Righi è una prova del fatto che una teoria scientifica non è solo un modo comodo per ordinare e coordinare i fatti – come vorrebbero idealisti e fideisti - ma una prova concreta dell’esistenza di una realtà obiettiva, che esiste al di fuori della coscienza e delle sensazioni umane. Per Lenin, Righi è il simbolo dello scienziato borghese che oscilla inconsapevolmente fra materialismo e soggettivismo ma che, grazie alle sue intuizioni, si trova a un passo dall’intraprendere la giusta via.

“Se questo fisico avesse conosciuto il materialismo dialettico, il suo giudizio sull’errore opposto a quello del vecchio materialismo filosofico sarebbe forse stato il punto di partenza di una filosofia giusta. Ma tutto l’ambiente nel quale vivono costoro li tiene lontani da Marx ed Engels e li getta nelle braccia della banale filosofia ufficiale”

 

(V. Lenin, 1909, “Materialismo ed Empiriocriticismo”, Cap V - La materia è scomparsa)