Il Termometro e la Rivoluzione Scientifica

Il termometro fu concepito attorno alla metà del Seicento, nel corso della Rivoluzione Scientifica, quando gli scienziati sentirono il bisogno di uno strumento che misurasse accuratamente le temperature e che ne consentisse il confronto tramite una scala di misura universale. Dapprima l'aria, e più tardi i liquidi espandenti, come l'alcol e il mercurio, furono utilizzati per creare uno strumento sempre più sofisticato che avrebbe permesso innumerevoli scoperte in diversi campi, la chimica e la medicina in particolare.

Il Termoscopio

Nell'Antichità, e fino al Medioevo, l'idea di temperatura era assai diversa dalla sua accezione odierna. Essendo misurabile soltanto attraverso le sensazioni corporee, essa era intesa come un vago sentir 'caldo' e 'freddo', avente per estremi ideali il ghiaccio e l'acqua bollente. Il medico antico Galeno (129 d.C. – 216 d.C.), ad esempio, disponeva di un metodo alquanto impreciso per misurare la temperatura di un paziente, che consisteva in quattro gradi basati su tali estremi. Il medico teneva la mano del paziente e, se più calda o più fredda della sua, allora il paziente era, rispettivamente, 'caldo' o 'freddo' e da considerarsi malato in entrambi i casi. L'idea perdurò per diversi secoli, finché, nel XVII secolo, la prospettiva di misurare la temperatura per piccoli gradi su una scala catturò le menti scientifiche d'Europa.

Il termoscopio costituì il primo esempio di termometro moderno. Dotato di un fine tubo, il termoscopio si avvaleva del movimento dell'acqua che, al suo interno, si spostava lungo una scala allo spostarsi dell'aria al di sotto o al di sopra essa. Sebbene l'eclettico pisano Galileo Galilei (1564–1642) sia talvolta accreditato come inventore del termoscopio, le prove a riguardo sono tutt'altro che esaustive. Santorio Santori (1561–1636), suo amico e all'epoca professore di medicina presso la prestigiosa Università di Padova, impiegò sì per primo il termoscopio in ambito medico. Tuttavia, per quanto Galileo arrivò ad affermare di esserne l'inventore, il termometro, come sottolineato dagli storici L. Fermi e G. Bernardini, pare sia stato inventato in modo indipendente da diverse persone in luoghi diversi (31). Altri scienziati ai quali l'invenzione del termometro è talvolta attribuita sono Cornelius Drebbel (1572–1633) nelle Province Unite e Robert Fludd (1574–1637) in Inghilterra.

La prima menzione del termoscopio in un documento scritto risale ai Commentaria in Artem Medicinalem Galeni, composti da Santorio nel 1612. Il termoscopio rappresentò una valida soluzione al problema della misurazione delle temperature, seppur ancora eccessivamente impreciso e ingombrante. Un ulteriore inconveniente era poi rappresentato dalla sensibilità alla pressione atmosferica circostante, che ne alterava le misurazioni. Otto von Guericke (1602–1686) vi apportò miglioramenti tangibili; tuttavia, era necessario un dispositivo maggiormente accurato, nonché meno ingombrante, affinché potesse diffondersi e consentire così una ricerca scientifica collaborativa.

I Primi Termometri

Un metodo tutto sommato efficace per la misurazione della temperatura fu perfezionato in Italia, dove il Granduca Ferdinando II di Toscana (r. 1621–1670), profondamente incuriosito dalle scienze, fondò l'Accademia del Cimento nella città di Firenze. Fu qui che, attorno al 1650, si sviluppò l'idea di utilizzare un liquido, anziché aria, all'interno del tubo del termometro. I primi modelli si avvalevano dell'uso di alcol, colorato così da facilitarne la lettura a contrasto con la scala di misura. Questo strumento, noto come termometro fiorentino, arrivò a sostituire il termoscopio entro la fine del XVII secolo. Inoltre, gli scienziati fiorentini esplorarono la possibilità di utilizzare il mercurio, in alternativa all'alcol; ciononostante, optarono per quest'ultimo, maggiormente sensibile alle variazioni termiche. L'alcol presentava però alcuni limiti, legati alla sua scarsa reperibilità e al basso punto di ebollizione, che ne impedirono pertanto un corretto confronto tra le misurazioni eseguite da diversi esemplari.

Il termometro seppe comunque rivelarsi una componente fondamentale per la Rivoluzione Scientifica. Dopo secoli di immobilismo, dominati da un pensiero aristotelico eccessivamente ancorato alla percezione corporea, la ricerca scientifica poté beneficiare del germogliare di idee innovative accompagnate dalla proficua diffusione di apparecchiature in grado di sopperire all'errore umano. Fu così che strumenti come il termometro, il telescopio e il microscopio poterono essere impiegati per valicare i confini del sapere, anziché limitarsi a ribadire la validità delle teorie esistenti. Se la Rivoluzione Scientifica colse numerose menti in diversi paesi, la chiave per la sua propagazione era custodita, a questo punto, nella possibilità di riportare i risultati delle misurazioni tramite unità di misura universalmente interpretabili.

Il Problema della Scala

Uno strumento tanto preciso e adoperato non implicava necessariamente la possibilità di confrontare rigorosamente le misurazioni. Nel primo Settecento, ancora non di disponeva di una scala di riferimento universale alla quale i termometri potessero conformarsi e, non di rado, un singolo termometro poteva avere due, se non tre, scale. Il fisico, chimico e aspirante alchimista Robert Boyle (1627–1691) propose una scala costruita sul punto di congelamento dell'olio di anice, la quale, tuttavia, ebbe scarso successo. Numerosi furono inoltre i tentativi da parte delle società scientifiche di regolamentare gli strumenti: è il caso della Royal Society di Londra e dell'Accademia del Cimento di Firenze, che si accordarono per assicurarsi che ogni studio utilizzasse la stessa tipologia di termometro e di scala: in tal modo, sarebbe stato possibile interpretarne i risultati a prescindere da chi lo avesse condotto e da dove le misure fossero state prese.

Persisteva l'idea, parafrasando Protagora (ca. 485–415 a.C.), che l'uomo fosse misura di tutte le cose. Nel 1701, Isaac Newton (1642–1727) avanzò l'idea di una scala termica costruita a partire dalla temperatura del sangue umano. John Fowler, contemporaneo di Newton, propose di adottare la massima temperatura sopportata dal tatto umano come estremo maggiore.

Tra le circa trentacinque scale teorizzate, a prevalere sarebbero state quelle del tedesco Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) e dello svedese Anders Celsius (1701–1744). Fahrenheit ideò una scala, intorno al 1714, avente come punti di riferimento la fusione del ghiaccio in acqua e la temperatura corporea dell'uomo, rispettivamente 32 e 96 gradi. Essa aveva per estremo maggiore l'ebollizione dell'acqua (a 212 °F) e ogni numero intermedio era definito come grado. Fu ampiamente adottata in Inghilterra e nei Paesi Bassi.

Celsius elaborò invece la scala centigrada, costruita sui punti di congelamento ed ebollizione dell'acqua, fissati rispettivamente a 0 °C e 100 °C. La scala Celsius arrivò a soppiantare la scala Fahrenheit pressoché ovunque, con l'eccezione degli Stati Uniti e pochi altri paesi, e rimane tuttora diffusa.

Furono successivamente introdotte ulteriori scale e unità di misura, come quella ideata nel 1848 dallo scienziato britannico William Thomson, Lord Kelvin (1824–1907). La scala Kelvin, pur basandosi sulla scala Celsius, adotta come estremo minore lo zero assoluto, ovvero la temperatura più fredda possibile. Anche la scala Fahrenheit presenta una conversione analoga, la scala Rankine elaborata dallo scozzese William Rankine (1820–1872).

Innovazioni Successive

Fu Fahrenheit, intorno al 1714, a concepire il termometro a mercurio, che rese possibile misurare maggiori intervalli termici rispetto a quanto fatto fino a quel momento dall'alcol. Perfino l'aria fu oggetto di migliorie, in quanto l'azoto e l'argon, particolarmente ricettivi, arrivarono a sostituire gli altri gas.

Gli accorgimenti apportati al termometro, nonché la sua sempre più evidente utilità, incoraggiarono numerosi scienziati a rivalutare la precisione di ogni strumento. I francesi J. A. Deluc (1727–1817) e Antoine Lavoisier (1743–1794) si mossero in questa direzione, così come fecero diversi scienziati inglesi. Così, "a partire dagli anni '70 del Settecento, in Francia e Inghilterra, i produttori di termometri erano in grado di fabbricare strumenti capaci di misurare fino al decimo di grado" (Bynum, 420).

Strumentazioni accurate permettevano dunque un più esteso utilizzo di determinate scale, ora interpretabili universalmente. In medicina, ad esempio, era ora possibile utilizzare il termometro per eseguire diagnosi e monitorare i pazienti con maggiore efficacia. In chimica, i risultati di un esperimento potevano essere registrati con esattezza, interpretati a dovere, e replicati altrove.

Sul finire del XVIII secolo, furono elaborati dei termometri in grado di memorizzare le temperature massime e minime lungo un dato periodo. Ciò fu reso possibile dall'inserimento di una molla all'interno del tubo del termometro: essa veniva compressa o dilatata dal comprimersi e dilatarsi del mercurio, conservando la sua posizione minima o massima anche in seguito a ulteriori variazioni. Nel 1860, William Siemans (1823–1883) sviluppò il termometro a resistenza, fondato sul principio che la resistenza elettrica di un dato metallo varia al variare della temperatura di quel metallo. Questo tipo di termometro fu ulteriormente perfezionato da Hugh Callendar (1863–1930) intorno al 1890.

Termometri Contemporanei

Nei primi del Novecento, un medico poteva fare affidamento su grafici in grado di descrivere in modo accurato le variazioni termiche di un corpo nel corso di determinate malattie. Anche i chimici disponevano di un sistema analogo in riferimento a materiali sottoposti a determinate condizioni. Il termometro continuò nella sua lunga, inesorabile evoluzione. Il mercurio, data la sua tossicità, avrebbe progressivamente lasciato spazio ad altre leghe, non nocive in caso di rottura dell’involucro. Termometri a platino, per misurare la resistenza elettrica, sono ora a disposizione dei ricercatori, così come termometri che fanno uso di luce infrarossa, suono, magnetismo o piccole strisce metalliche (la cui dilatazione permette di descrivere intervalli termici più ampi rispetto a quanto fatto dai termometri a liquido). Non di rado, oggi, i termometri a liquido sono sostituiti da termometri digitali nel contesto domestico. Inoltre, apparecchiature elettroniche di vario tipo, dagli impianti di riscaldamento alle telecamere di sicurezza, si avvalgono di termometri incorporati che permettono di registrare le temperature circostanti.