Le relazioni reciproche tra scienza e rivoluzione industriale sono complesse, indirette, importanti, ma poco studiate.La vita di John Dalton a Manchester illustra il forte impulso che ha dato alla scienza l'ascesa della borghesia industriale inglese nel XIX secolo.
John Dalton nacque nel 1766 in un piccolo villaggio nella contea di Cumberland, ai confini con la Scozia e a 200 km a Nord della città di Manchester. La sua famiglia era di tessitori-agricoltori appartenenti alla Società Religiosa degli Amici, la denominazione ufficiale dei "quaccheri", setta protestante fondata in Inghilterra nel XVII secolo dal calzolaio George Fox.
Nel Settecento la regione del Cumberland beneficiò di una prosperità considerevole come area mineraria e commerciale, con una serie di porti impegnati nel commercio locale e oceanico. La predicazione di Fox ebbe un notevole successo in questa zona: molte famiglie, tra cui i Dalton, si convertirono alle sue dottrine. Gli interessi commerciali e produttivi si mescolavano con la Società degli Amici.
In quel periodo si formarono forti legami tra i quaccheri del Nord, gli imprenditori manifatturieri di Manchester e Birmingham, i mercanti di Londra e la città di Philadelphia, colonia inglese in Pennsylvania. La rete di connessioni, combinata con la forte enfasi della setta verso l'istruzione e gli studi di filosofia naturale, è la chiave per capire il contesto favorevole in cui Dalton crebbe e maturò come scienziato.
Società degli Amici ed istruzione
La setta dei quaccheri credeva nella guida interiore personale, nell'eguaglianza e nella fratellanza tra gli uomini, nonché nell'autorealizzazione attraverso gli sforzi personali. Le sacre scritture, prima fra tutte la Bibbia cristiana, non erano tanto la rivelazione della veritas divina, quanto una guida nella vita terrena: ciascuno era sacerdote di se stesso, era assente una gerarchia ecclesiastica, un credo scritto, una liturgia.
L'istruzione era un dovere per tutti i membri della setta in un'epoca in cui non esisteva ancora un sistema scolastico nazionale obbligatorio. Per gli appartenenti a classi sociali che nella vita quotidiana conducevano un'attività pratica nel commercio, nell'artigianato, nell'industria e nell'agricoltura, era normale la richiesta di un insegnamento scolastico basato sull'esperienza.
In Inghilterra, dopo lo Uniformity Act del 1662, vennero esclusi dalle università e dall'amministrazione civile tutti i non aderenti alla Chiesa di Stato anglicana, finendo nella categoria dei "non conformisti", detti anche "dissidenti". Di questi movimenti religiosi fecero parte molti scienziati inglesi, scozzesi e irlandesi del XVIII e XIX secolo: da Joseph Priestley a John Dalton, da James Clerk Maxwell a Lord Kelvin, da Michael Faraday ad Isaac Newton. Quest'ultimo, pur essendo un "non conformista", lo tenne segreto per tutta la vita, altrimenti non avrebbe potuto insegnare a Cambridge. Le idee religiose di Newton venero alla luce solo dopo il 1936, quando i suoi scritti di teologia furono acquistati dall'economista John Maynard Keynes.
A causa dello Uniformity Act, per i giovani ambiziosi "non conformisti", ai quali era preclusa una carriera nell'amministrazione pubblica o nelle università anglicane di Oxford e Cambridge, la scelta di un'istruzione nelle "arti" (ossia i mestieri) empiriche, quali la medicina, il commercio, l'artigianato, l'agricoltura, era una via obbligata. Come racconta Elizabeth Patterson in John Dalton and the atomic theory, dopo il 1670 ai non aderenti alla Chiesa anglicana venne permesso di costruire proprie scuole private. Nei due secoli precedenti il Novecento la borghesia era la classe più dinamica della società: nei centri di sviluppo industriale di Birmingham, Manchester, Glasgow, Edimburgo fiorirono le "Accademie dei dissidenti", che raggiunsero rapidamente il primato nel Regno Unito nell'insegnamento delle scienze naturali.
Dalton frequentò la scuola quacchera nel villaggio di nascita. Le sue capacità intellettuali gli attirarono la protezione, l'aiuto e l'incoraggiamento di un lontano cugino, Elihu Robinson, un eminente quacchero locale, rispettato per la sua competenza nelle scienze naturali. In queste scuole protestanti, i ragazzi imparavano l'inglese, il latino, l'aritmetica, le misure e la geometria.
Fu proprio ad una delle riunioni della Società degli Amici che scoprì, nel 1794, di non vedere i colori come le altre persone: John Dalton era discromatoptico e cominciò ad indagare su questo suo difetto visivo, ma invano. Solo verso la fine del Novecento la biologia molecolare, grazie alla rivoluzionaria tecnica PCR (Polymerase Chain Reaction) ed utilizzando le cellule degli occhi di Dalton, che lo stesso aveva voluto tenere conservati dopo la morte per le analisi del caso, poté dare risposta ai quesiti del meteorologo inglese: la sua discromatopsia era causata da un gene ereditario mutato.
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| Una riunione della Società degli Amici Londra, 1770 |
L'insegnamento
Il futuro fondatore della teoria atomistica chimica beneficiò della rete di contatti della sua religione. Le reti informali dei "non conformisti", forme di organizzazioni non ufficiali dei movimenti protestanti al di fuori della Chiesa anglicana, furono uno dei meccanismi attraverso i quali un numero crescente di persone dalla nascita modesta venne reclutato alla vita della scienza, perché la crescita economica generata dalla rivoluzione industriale apriva maggiori opportunità di ascesa sociale.
A 19 anni Dalton divenne maestro in una scuola quacchera della cittadina di Kendal, nel Lake District, 130 km a Nord di Manchester. Qui insegnava matematica, latino, greco, meccanica, ottica, pneumatica, astronomia e l'uso del mappamondo. Le qualità del giovane maestro furono notate da John Gough, membro di una delle famiglie quacchere più ricche di Kendal.
Gough era divenuto cieco da bambino per una malattia: la sua forza di volontà gli fece superare questo ostacolo, si dedicò allo studio e divenne botanico, meteorologo e matematico, tutore di molti matematici a Cambridge. Prese Dalton come suo lettore e amanuense. Fu una fortuna per il giovane maestro accedere alla ricca libreria del suo protettore. Incoraggiato da Gough a studiare meteorologia, dal 24 marzo 1787 Dalton iniziò un diario meteorologico quotidiano, tenuto per tutta la vita (ben 57 anni!): ogni giorno annotava i dati letti su termometro, barometro, igrometro e pluviometro. Si produceva da sé i propri strumenti, oppure se li faceva costruire su proprio progetto dagli artigiani locali.
Nel 1793 Gough raccomandò Dalton al dottor Thomas Barnes di Manchester, un "non conformista unitarista", appartenente ad una setta religiosa che negava l'esistenza della trinità cristiana. Barnes era tra i fondatori della Manchester Literary and Philosophical Society, una società privata alla quale partecipavano per discutere di scienza naturale medici, commercianti, artigiani ed imprenditori locali. Barnes cercava un professore di matematica e filosofia naturale per il New College, un'Accademia "dissidente" fondata nel 1786 da un gruppo di unitaristi. La nuova scuola, oltre a corsi per chi voleva diventare pastore religioso, intendeva fornire ai giovani una formazione tecnico-scientifica adeguata alle nuove esigenze della nascente industria: si insegnava matematica, scienza naturale sperimentale e teorica, chimica.
Manchester era diventata la capitale del commercio mondiale del cotone ed i suoi abitanti passarono da 10 mila nel 1717 a 75 mila nel 1801, per poi aumentare fino a 240 mila trent'anni dopo.
Alla fine del XVIII secolo, nel mondo, il numero di persone con un interesse effettivo per la scienza era così piccolo da poter essere contato: tutti gli scienziati si conoscevano tra loro, sia direttamente, che per reputazione. Nel 1800 la popolazione scientifica mondiale era di mille persone, nel 1850 di 10 mila e nel 1900 di 100 mila. Oggi gli scienziati sono milioni.
L'industrializzazione della scienza ha trasformato gli scienziati-artigiani del XVII e XVIII secolo in professionisti retribuiti nel XIX secolo e in salariati dipendenti nel XX e XXI secolo. È nella natura del capitale espropriare le abilità individuali e subordinarle alle esigenze del profitto anziché a quelle della specie.
Nel 1800 Dalton si ritirò dalla Manchester Academy e si dedicò all'insegnamento privato, un'attività comune a molti "dissidenti", le cui accademie e conferenze popolari formarono una delle forze maggiori della scienza inglese nel periodo in cui stava iniziando la "professionalizzazione della scienza", cioè la scienza come mestiere retribuito.
La meteorologia
Lo studio dei fenomeni fisici atmosferici giocò un ruolo fondamentale nella vita e nel pensiero di John Dalton. Nel 1799 lo scienziato di Manchester lesse due rapporti alla Manchester Literary and Philosophical Society. In essi si chiedeva se la pioggia fosse sufficiente a rifornire la domanda di acqua dei fiumi, "punto importante per la scienza dell'agricoltura e fonte di ogni preoccupazione nei riguardi delle forniture e della gestione dell'acqua, sia per motivi domestici che dei mestieri e dell'industria". Il problema era se il vapore acqueo, generato per il calore del Sole dall'evaporazione del mare, dei laghi e dei fiumi, si combinava chimicamente con l'atmosfera.
L'esigenza era oggettiva: l'acqua è una materia prima fondamentale non solo per gli esseri viventi ma pure per l'industria e l'agricoltura; valutare quanto vapore acqueo potesse contenere l'atmosfera, e quindi quali fossero le disponibilità di acqua piovana, significava dare un ordine di grandezza quantitativo all'offerta di acqua nel Regno Unito. L'espansione demografica aumentava la domanda di prodotti agricoli, e le macchine a vapore e le industrie tessili avevano bisogno di molta acqua per funzionare. Con il suo metodo scientifico di vedere i fenomeni empirici dal punto di vista matematico, Dalton fu il primo a fare un bilancio quantitativo delle disponibilità di acqua dei fiumi inglesi.
Nel 1800, sempre alla stessa società fondata da Barnes, Dalton lesse due rapporti sull'espansione del vapore acqueo nella macchina a vapore e uno sul freddo prodotto dalla condensazione meccanica e dalla rarefazione dell'aria. In questi rapporti si facevano osservazioni sul freddo penetrante delle mattine invernali di Manchester e sul vapore prodotto dal calore dell'industria tessile.
La teoria atomica chimica
Furono proprio gli studi meteorologici che lo portarono verso il suo modello atomico e la descrizione di quella che diventò in seguito la terza legge fondamentale della chimica, quella sulle proporzioni multiple: "quando due elementi si combinano in modi diversi per formare diversi composti, posta fissa la quantità di uno dei due elementi, la quantità dell'altro elemento necessaria a reagire per formare un diverso composto risulterà essere un multiplo o sottomultiplo di se stessa, in rapporti esprimibili con numeri piccoli ed interi".
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| Atomi e molecole pubblicati da John Dalton A New System of Chemical Philosophy del 1808 |
Per Albert Einstein, "in lotta con i propri problemi, gli scienziati tentano ogni cosa per trovare una soluzione la quale spesso arriva per mezzi indiretti". Lo scienziato è in simbiosi con l'ambiente sociale in cui vive: l'esperienza del mondo esterno si riflette nella sua mente ponendogli problemi, per risolvere i quali lo scienziato utilizza gli strumenti della logica matematica, dell'intuizione, del discernimento, dell'immaginazione, dell'associazione di idee.
Dalton era un meteorologo, conosceva la forza del vento e dell'acqua nel laboratorio naturale del Lake District, la regione montuosa ricca di laghi del Nord-Ovest dell'Inghilterra che comprende il villaggio di Eaglesfield dove era nato, la città di Kendal dove aveva insegnato per molti anni e la città di Manchester dove visse fino alla morte, avvenuta il 27 luglio 1844.
Immerso nella Manchester della rivoluzione industriale, Dalton operò una connessione mentale tra l'ambiente naturale del ciclo dell'acqua e quello artificiale delle macchine. In ultima istanza la macchina a vapore riproduceva il ciclo naturale dell'acqua, dal calore del Sole che la faceva evaporare al freddo che la faceva condensare, e in questo processo si generava la forza del vento o dell'acqua dei fiumi e del mare.
James Watt (1736-1819), scozzese di Glasgow, il cui figlio ebbe rapporti con la Manchester Literary and Philosophical Society, aveva rivoluzionato l'economia attraverso l'applicazione meccanica del vapore acqueo. La macchina a vapore aveva creato un forte interesse per il vapore negli ambienti industriali europei e gli studi di Dalton ebbero quasi immediatamente una risonanza in tutto il continente.
Applicando la fisica di Newton, Dalton giunse a capire che il vapore acqueo non si combinava chimicamente con i gas dell'atmosfera. Sulle sue teorie si aprì una discussione in Europa e, come spesso avviene, le nuove scoperte scientifiche in un campo hanno una ricaduta in altri rami della scienza, generando una fertilizzazione incrociata. Fu per difendere ed elaborare le sue idee sui gas misti che Dalton giunse alla teoria atomica chimica, i cui punti sono i seguenti:
- La materia è formata da atomi piccolissimi, indivisibili e indistruttibili
- Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici e hanno uguale massa
- Gli atomi di un elemento non possono essere convertiti in atomi di altri elementi
- Gli atomi di un elemento si combinano, per formare un composto, solamente con numeri interi di atomi di altri elementi
- Gli atomi non possono essere né creati né distrutti, ma si trasferiscono interi da un composto ad un altro
