venerdì 1 giugno 2018

Tito Livio Burattini e il mistero della calcolatrice (parte prima)

Un ritratto moderno di Tito Livio Burattini
(immaginario, perché non disponiamo di ritratti originali)
Circa un anno e mezzo fa mi capitò un fatto molto curioso. Avevo iniziato a svolgere alcune ricerche su uno scienziato agordino del Seicento, Tito Livio Burattini, essendo stato colpito da un suo primato alquanto suggestivo: egli fu, infatti, il primo italiano a progettare e costruire una calcolatrice meccanica, pochi anni dopo le esperienze pionieristiche di Wilhelm Schickard e di Blaise Pascal.
Il mio obiettivo era raccontare la storia di Burattini al Dolomiti in Scienza, la rassegna organizzata ogni anno a Belluno dal Gruppo Divulgazione Scientifica Dolomiti "E. Fermi", del cui Consiglio Direttivo mi onoro di far parte da molti anni.
Intorno al Natale del 2016, quando la data del mio intervento era stata fissata da tempo, e la presentazione era  quasi pronta, mi resi improvvisamente conto di una coincidenza quasi incredibile, che stranamente non avevo mai notato prima: avrei tenuto la mia conferenza il 25 febbraio 2017, e Tito Livio Burattini era nato l'8 marzo 1617.
Se il mio seminario fosse stato spostato di soli undici giorni, avrei avuto l'onore di parlare del grande scienziato esattamente nel quarto centenario della sua nascita.
Aver inconsapevolmente azzeccato la ricorrenza si rivelò un evenienza fortunata, anche perché il Comune di Agordo (che ancora una volta ringrazio per la stima nei miei confronti e per l'ospitalità) mi contattò per organizzare, assieme ad altri studiosi, un convegno celebrativo di Burattini in occasione del suo quattrocentesimo compleanno, al quale si affiancò una mia lezione-laboratorio ai bambini della Scuola Primaria del delizioso paese dolomitico.

La lapide posta sulla casa natale di Burattini ad Agordo
Cosa fece di tanto importante questo scienziato per meritare queste e altre celebrazioni, a quattro secoli di distanza dalla sua nascita? Il suo nome dice ben poco, o forse nulla, alla maggioranza delle persone, esperti di scienza compresi. Eppure, come accennavo sopra, fu questo signore a realizzare la prima calcolatrice meccanica della storia. Inoltre Burattini fu uno dei pionieri del volo e al tempo stesso un grande innovatore nel campo dei sistemi di misura.

Quando Burattini venne al mondo, la sua era una delle famiglie più agiate della zona di Agordo. Ricchezza e prestigio erano derivati dal coinvolgimento nella produzione mineraria, molto importante in quell'area. I Burattini possedevano molti terreni nell'agordino e persino una casa a Venezia. Il testamento scritto nel 1601 dal nonno di Tito Livio aveva stabilito che il feudo di Susin si sarebbe trasmesso di padre in figlio a chi, all'interno della famiglia, si fosse chiamato Tito Livio. Per questo motivo tutti i maschi della stirpe, da quel momento in poi, furono battezzati Tito Livio.
Della giovinezza del nostro Tito Livio non sappiamo quasi nulla, se non che studiò lingue e letteratura classica, matematica, scienze, astronomia e architettura a Padova (probabilmente all'Università) e forse a Venezia.
Negli anni 1637-1641 soggiornò in Egitto, dove realizzò carte geografiche ed eseguì rilievi dei celebri monumenti antichi. Al termine della sua permanenza egiziana si trasferì in Polonia, dapprima nell'antica città di Cracovia, e poi a Varsavia, che era recentemente diventata la capitale della grande Confederazione polacco-lituana.

La confederazione polacco-lituana attorno al 1618
Non deve stupire la decisione di Burattini di trasferirsi in quel lontano lembo di Europa: in quell'epoca, e ancor di più nel corso del Cinquecento, molti europei, in particolare italiani, si erano spostati nella grande Confederazione, attirati dall'inconsueta apertura dello Stato verso gli stranieri, dalla sua tolleranza religiosa e dal grande prestigio che in quel Paese godevano artisti e scienziati, non importa se forestieri. In generale la Polonia aveva la fama di un posto ricco di opportunità per ogni intellettuale che avesse voluto tentare la fortuna all'estero. Per giunta, la Confederazione era stata, nel Cinquecento, un vero laboratorio innovativo dal punto di vista, diciamo così, di forma dello Stato: era infatti una monarchia ereditaria, in quanto il re di Polonia, che era automaticamente anche granduca di Lituania, non riceveva la carica per via ereditaria, ma veniva eletto, per giunta da una cerchia di nobili molto estesa (quasi un milione di persone).
Purtroppo, le conquiste culturali cinquecentesche non si consolidarono, e nel corso del secolo successivo, forse a causa dell'ottusità della classe aristocratica, lo Stato entro in una fase di decadenza. Quando Burattini vi arrivò, la crisi era già molto seria, aggravata dai problemi finanziari causati dalle guerre contro la Svezia, la Russia e la Turchia.
Eccettuati alcuni viaggi fuori confine, Burattini rimase in Polonia fino alla morte. Durante questo lungo periodo, l'agordino entrò nelle simpatie di alcuni alti esponenti della corte reale e si occupò di numerose discipline in parallelo, tra le quali possiamo citare le tre seguenti.

1. Fisica. Fu un appassionato studioso degli scritti di Galileo, e il suo interesse crebbe nel 1644, quando monsignor Stanislao Pudlowski, già allievo di Galileo divenuto buon amico di Burattini, nonché rettore dell'università Jagellonica di Cracovia, gli donò una copia del trattato intitolato La bilancetta. Qui il grande pisano descriveva il metodo della bilancia idrostatica per misurare differenze di volumi tra oggetti sfruttando il principio di Archimede.
Ispirato da questo libro, Burattini scrisse una delle sue opere più celebri, La bilancia sincera, in cui analizzò il metodo proposto da Galileo. Poco dopo la stesura del suo trattato, l'agordino viene derubato dai predoni durante un viaggio in Ungheria, ma lui riscrisse il libro, aggiungendo alcune critiche al lavoro dello scienziato toscano: consapevole di avere a che fare con un gigante della scienza (nonostante fossero passati solo tre anni dalla morte di Galileo), Burattini pregò il lettore di non ritenere la sua critica troppo inappropriata e arrogante. D'altra parte, non vi erano innovazioni sostanziali dal punto di vista dell’esperimento fisico, ma soprattutto perfezionamenti ingegneristici (Burattini aveva doti eccezionali di ideatore e costruttore di strumenti di precisione).

Immagine tratta dal progetto del Dragone volante
2. Ingegneria. Intorno al 1647 apprese che un inventore francese stava realizzando una macchina in grado di volare (probabilmente si trattava di una "fake news": anche a quei tempi esistevano). Per non essere da meno, si mise al lavoro e, forte della sua competenza in fisica, progettò una macchina  denominata Dragone volante, capace, così egli sostenne, di viaggiare da Varsavia a Costantinopoli in sole dodici ore. Presentò al re di Polonia Vladislao IV il progetto, suscitando immediato scalpore ed enorme popolarità, addirittura a livello internazionale. Il successo del Dragone fu all'origine della rapida ascesa politica di Burattini presso la corte reale: nel giro di poco tempo, diventò concessionario a vita di miniere, gli furono affidate importanti missioni diplomatiche, ottenne titoli nobiliari, diventò infine gestore della Zecca reale.
Curiosamente, tuttavia, non riuscì mai a costruire la macchina progettata per mancanza di finanziamenti. Al di là di questo, il progetto sarebbe comunque fallito perché le conoscenze scientifiche e tecnologiche dell’epoca non consentivano ancora la costruzione di una macchina volante. Nel suo trattato, però, Burattini mostrò delle intuizioni geniali, tra cui l’accenno all'utilizzo di gas più leggeri dell’aria, che, nel corso del secolo successivo, avrebbero consentito finalmente il volo umano (grazie ai palloni aerostatici).
Il Dragone è una delle opere più suggestive di Burattini, grazie alla quale l'agordino viene ricordato come uno dei pionieri del volo e un precursore della moderna aviazione. Secondo alcuni fornì alcuni spunti alla vivace fantasia dello scrittore francese Cyrano de Bergerac, contemporaneo di Burattini e anche lui ideatore, seppure solo in senso letterario, di stravaganti macchine volanti (il nome di Cyrano de Bergerac è stato reso celebre dalla commedia di Edmond Rostand del 1897).

La prima pagina del trattato
di Burattini del 1675
3. Sistemi di misura. Burattini ideò un sistema universale di misura, e lo descrisse nella sua opera La misura universale del 1675. In quell'epoca la mancanza di un sistema metrico universale, che facesse finalmente ordine nel caos di unità di lunghezza, peso e tempo in uso, era un problema molto sentito tra i fisici: molti di loro se ne erano già occupati o se ne stavano occupando. Burattini era piuttosto isolato dalla comunità scientifica, ma riuscì a definire un sistema universale basato su unità di misura immutabili nel tempo e "naturali", ovvero non legate a campioni artificiali, e perciò riproducibili.
La sua idea fu quella di impiegare il secondo come unità di tempo, e di adottare un pendolo "che batte il secondo" (ovvero che compie un'oscillazione completa in 2 secondi) come strumento per definire l'unità di lunghezza. Una possibile alternativa sarebbe stata basare il sistema sulle dimensioni della Terra, ma Burattini non si fidava delle misurazioni terrestri disponibili allora, per cui optò per il pendolo.
Per costruire un siffatto pendolo serve che il filo abbia una lunghezza specifica, che Burattini chiamò "Metro Cattolico" ("cattolico" nel senso di universale). Il Metro Cattolico di Burattini corrisponde a 993 millimetri moderni. A partire dall'unità di lunghezza, Burattini derivò poi quelle di volume e di peso.
In realtà, Burattini commise alcuni errori: la legge del pendolo semplice, sulla quale si basò per collegare l'unità di tempo all'unità di lunghezza, non vale sempre come lui erroneamente pensava, ma solo per piccoli angoli (questo era già noto, ma Burattini non lo sapeva); inoltre la legge stessa contiene un parametro, l'accelerazione di gravità, che varia a seconda del luogo della Terra in cui ci si trova (e anche questo Burattini non lo sapeva).
La proposta di Burattini di adottare il pendolo che batte il secondo non era affatto nuova: ci aveva pensato ad esempio Christiaan Huygens pochi anni prima. Il lavoro di Burattini, tuttavia, resta geniale e innovativo, tanto più se si considera appunto la lontananza di Burattini dai centri di ricerca importanti dell'epoca, perché egli fu il primo:
a) a proporre il termine «metro»
b) a creare un sistema coerente di multipli e sottomultipli
c) a dedicare un libro intero al problema della misura.
Nonostante la sua genialità, il Metro Cattolico di Burattini non ebbe fortuna, cioè purtroppo non venne adottato da nessuno. Si dovette aspettare il 1791, quando, in piena Rivoluzione Francese, venne definito e adottato per la prima volta un "metro" (riprendendo la parola ideata da Burattini): la sua definizione però si basava sulle dimensioni della Terra e non sul pendolo. Successivamente la definizione di metro venne più volte rivista (nel 1899, nel 1967 e nel 1983), perché si capì che le misurazioni terrestre utilizzate erano troppo incerte. Oggi, nonostante sia usato un metro diverso da quello di Burattini, abbiamo comunque un'unità con lo stesso nome di quella ideata dall'agordino, basata sull'unità di tempo come aveva intuito lui, e quasi uguale al Metro Cattolico (soltanto 7 mm di differenza)!

Burattini non fu solo fisico e ingegnere, ma anche architetto regio, matematico (in particolare studioso di geometria), ottico, astronomo, e molte altre cose.
Comunque, come probabilmente si è già intuito, non vorrei parlare di lui come fisico o architetto, ma come costruttore di calcolatrici e pioniere del calcolo meccanico. Come accennavo, il contributo di Tito Livio Burattini in questo settore è stato fondamentale nella storia di questi meccanismi, al punto che il nome dello scienziato agordino merita di essere scritto, a pieno titolo, accanto a quelli di Wilhelm Schickard, Blaise Pascal, Gottfried Wilhelm Von Leibniz nella storia delle prime calcolatrici meccaniche.
Eppure pochissime persone, anche tra chi si occupa di informatica, hanno mai sentito nominare il nome di Burattini, e un numero ancora più esiguo conosce il suo ruolo determinante tra i pionieri del calcolo meccanico.
A tale scopo, mi piace ricordare un piccolo aneddoto che ho raccontato anche al convegno di Agordo di cui parlavo all'inizio del post. Era il mio primo anno di ingegneria informatica a Padova, e la prima lezione del corso di Fondamenti di Informatica I. Il professore iniziò a delineare una breve storia dell’informatica, partendo appunto dai primi tentativi seicenteschi di costruire calcolatrici meccaniche capaci di eseguire semplici operazioni aritmetiche. Ebbene, il docente citò la celebre Pascalina, l’altrettanto famosa macchina di Leibniz, ma tacque completamente del congegno di Schickard, e ovviamente della macchina costruita dal nostro Burattini. Io stesso, per molti anni ancora, non seppi dell’esistenza del grande agordino. Solo a parziale scusante di questa ignoranza, potrei forse accampare il fatto che non sono bellunese di origine, ma veronese.
Solo una dozzina di anni fa, dopo aver conosciuto mia moglie, bellunese, entrai a contatto con le glorie del territorio dolomitico, e scoprii, con sorpresa ed entusiasmo, la figura maestosa e sottovalutata di Tito Livio Burattini.

La storia della calcolatrice di Burattini è molto affascinante ed è resa ancora più intrigante dalla presenza di un mistero, ancora non completamente risolto. Ve ne parlerò in dettaglio nella seconda parte di questo post.

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Io odio l'algebra. John Conway (grande matematico inglese, che ho citato, ad esempio, in questo post )