Breve nota sul contributo scientifico di Giuliano Toraldo di Francia
di Riccardo Pratesi1 e Laura Ronchi Abbozzo2
Adattata da “Waves, information and foundations of physics, a tribute to Giuliano Toraldo di Francia on his 80th birthday”, Conference Proceedings, Volume 60, R. Pratesi and L. Ronchi, eds; Società Italiana di Fisica, Editrice Compositori, Bologna, 1998
Che Giuliano Toraldo di Francia promettesse bene fu chiaro fin dai primi anni della sua infanzia. La mamma Gina fu molto stupita nell'accorgersi che il figlioletto poco più che quattrenne sapeva già leggere. Escluso, infatti, dalle lezioni materne al fratellino "perché - come annota la mamma - non distraesse il fratello e perché il suo cervellino, già precoce, non cominciasse troppo presto a lavorare", il piccolo Giuliano aveva reagito alla mal tollerata esclusione apprendendo da autodidatta a scrivere e a leggere. Il diario materno riporta anche la sua buona disposizione per il calcolo numerico: alla risposta di Gesù a Pietro che chiedeva quante volte si deve perdonare a chi ci offende: "Non sette volte, ma settanta volte sette", il piccolo Giuliano fu pronto a rispondere "Sette per sette fa quarantanove; dunque si deve perdonare quattrocentonovanta volte di seguito alla stessa persona". Le potenzialità del giovane Toraldo non sfuggirono al Prof. A. Conti, suo insegnante al Liceo Michelangelo, che in qualità anche di direttore del Bollettino di Matematica, pubblicò in tale rivista nel 1935 un suo compito "Sul moto dei proiettili nel vuoto", con la seguente nota: “Giuliano Toraldo di Francia è mio allievo da tre anni; e se, dal suo primo apparire, io e i suoi compagni ci siamo accorti della elevatezza del suo ingegno, col progredire del tempo ne abbiamo rilevato sempre più spiccata l'attitudine per gli studi scientifici. Ora egli si appresta a sostenere la prova di maturità: intanto ci è caro pubblicare questo suo studio, che ha soprattutto il pregio della spontaneità, ed è una prova delle sue belle attitudini, ed una conferma per le speranze che sentiamo di riporre in lui, lusingandoci che voglia dedicarsi in modo speciale agli studi della matematica e della fisica, quantunque il suo ingegno e l'armonia della sua mente possano permettergli di spaziare in qualunque altro campo del sapere” [da: Sul moto dei proiettili nel vuoto, Bollettino di matematica, 1935]. Non c'è dubbio che le pur lusinghiere aspettative del maestro siano state ampiamente verificate e superate. Questa breve nota vuole illustrare il contributo di Giuliano Toraldo che quale docente, ricercatore, studioso dei problemi dell'uomo ha dato all'Università di Firenze, all'Università italiana, al mondo della scienza e della cultura e alla nostra società. Giuliano Toraldo è personalità estremamente ricca e complessa e non è certo facile rendergli onore con poche righe. Tenteremo di sottolineare con pochi flash alcuni degli insegnamenti più significativi che ci ha fornito, e di far intravedere a chi meno lo conosce l'estrema sfaccettatura culturale della persona e la rara simbiosi di una cultura mente-corpo che il lui si è realizzata. Giuliano Toraldo è arrivato alla laurea durante il regime fascista e nell'imminenza della seconda guerra mondiale. La scuola di fisica fiorentina di Garbasso si era dispersa: Fermi, Rasetti, Rossi, se ne erano andati. Se si eccettua Giorgio Abetti e l'area astrofisica, forse il riferimento culturale più significativo per uno studente ambizioso era quello del matematico Sansone, e poi Vasco Ronchi, e il fascino di una disciplina, l'ottica, che unisce la finezza della trattazione matematica alla perfezione sperimentale, all'estrapolazione ai problemi dell'informatica e del metodo. Come nell'episodio citato della sua infanzia, ha continuato ad essere un autodidatta. Il titolo del Convegno a lui dedicato in occasione dei suoi 80 anni "Waves, Information, and Foundation of Physics" (Firenze, 15-17 settembre 1996) riproduce l'evoluzione delle discipline scientifiche cui egli si è dedicato, con notevole coerenza di pensiero, nell'arco della sua carriera scientifica. Waves: è nell'ottica, teorica, sperimentale e strumentale, che Giuliano Toraldo inizia (negli anni 1940-43) la sua attività di ricerca, in larga misura presso l'Istituto Nazionale di Ottica diretto dal Prof. Vasco Ronchi, con un intervallo non breve, sette anni, presso il Centro di Ricerca Ottica della Ducati a Bologna per necessità di lavoro nel difficile periodo post bellico. Di questa sua passata attività nell'industria era rimasta traccia in una piccola industria artigianale di ottica (oggi Gestione S.I.L.O.) messa su da ex dipendenti delle Officine Galileo: tra vecchie ottiche di ogni tipo spuntò un obiettivo per Cinemascope, il primo ed unico italiano, progettato da Toraldo, come pure notizia sulle macchine fotografiche "made in Italy" della Ducati, le “microcamere Ducati” che montavano obiettivi la cui sigla, Victor, finiva in "tor", come Toraldo, appunto. Queste erano macchine innovative, tascabili, con fotogrammi 18x24, arrivate troppo presto in un mercato impreparato. Nonostante l'estraneità culturale dell'ambiente industriale, egli riconoscerà più tardi l'importanza formativa di quella sua esperienza, in cui si trovò impegnato a dare risposte concrete a concreti problemi tecnici. L'attenzione per le finalità applicative della ricerca è stata sempre viva in Toraldo, ed anche nei suoi corsi teorici, come nei suoi primi anni di insegnamento dei Metodi Matematici della Fisica, l'esemplificazione applicativa a problemi reali era l'obiettivo primario: è la collettività che dà lavoro agli scienziati, e questi non devono dimenticare di far ricadere su essa risultati fruibili, e in tempi ragionevoli. Tra i contributi permanenti nel campo dell'ottica ricordiamo il principio dell'interferenza inversa, che nella prima formulazione risale al 1941. Purtroppo, il periodo bellico non permise la pubblicazione del lavoro in lingua estera e i principi alla base dell'olografia in esso contenuti non furono noti a Gabor e agli altri ricercatori che svilupparono successivamente l'olografia. (*) Sono da ricordare gli studi sulla fisiologia dell'occhio e, in particolare, la scoperta che i ricettori retinici, coni e bastoncini, funzionano come microantenne dielettriche. Importanti anche gli sviluppi successivi sulla teoria della diffrazione, sul potere risolutivo e sulla superrisoluzione. Testo fondamentale, noto e assai diffuso, è la "Diffrazione della luce" (edito da Einaudi nel 1958). Nel 1951 Toraldo riceve l'incarico dell’insegnamento di Onde Elettromagnetiche all’Università di Firenze; dopo due anni fruttuosi a Rochester, dove insegna Ottica all'università, viene assunto come Professore ordinario all'Istituto Nazionale di Ottica, ove rimane fino al 1958, anno in cui vince il concorso universitario e diventa professore di Ottica presso l'Università di Firenze, su una cattedra appositamente istituita per lui. Successivamente costituisce anche l’Istituto di Fisica della Radiazione. Nello Carrara, fondatore e direttore del Centro Microonde del CNR, e professore universitario di Onde Elettromagnetiche, con cui Toraldo già da vari anni collaborava sulla fisica delle microonde, gli estende la propria ospitalità nel Centro Microonde, regolata da apposita convenzione CNR-Università, e Toraldo inizia un nuovo importante capitolo di ricerca, originale ed innovativa, nel campo delle Microonde. Per un periodo, breve purtroppo, anche Adriano Gozzini frequenta il Centro Microonde, dove collabora alle ricerche di NMR e EPR. Tra i tanti risultati importanti, citiamo: -la previsione e dimostrazione sperimentale dell'esistenza delle onde evanescenti; e specialmente -lo studio del campo elettromagnetico di un elettrone relativistico, rappresentato in termini di onde evanescenti, di particolare valore per la raffinata analisi fisico-matematica e per le interessanti applicazioni alla classe degli effetti quasi-Cerenkhov; -il settore delle lenti geodetiche, ideate per le microonde e trasportate poi nel campo dell'ottica integrata; -gli studi sulle antenne. In molte di queste ricerche si assiste alla continua e creativa utilizzazione incrociata dei principi e delle metodologie dell'ottica del visibile e della nuova ottica delle microonde. L'attenzione verso il nuovo e per i settori d'avanguardia della ricerca scientifica internazionale hanno caratterizzato costantemente l'attività di Toraldo. La scoperta del laser fu subito da lui colta nella sua grande portata, e, liquidando le onde elettromagnetiche, ormai al primo secolo di onorata attenzione, puntò con risoluzione su questo nuovo settore, che avrebbe poi dato vita all'Istituto di Elettronica Quantistica del CNR, predisposto le condizioni per il successivo rilancio dell'Istituto Nazionale di Ottica e per l'avvio di una produzione industriale nel campo laser in ambito fiorentino, e così via. Nascono gli studi sulla teoria dei risonatori aperti, con la generalizzazione delle teorie preesistenti sulle cavità laser, e con la verifica sperimentale su modelli a microonde (altro esempio del su citato interscambio ottica-microonde); gli studi teorici e sperimentali nell'ottica guidata, con la costruzione delle prime fibre ottiche in Italia; gli studi sulla spettroscopia laser, sull'ottica non lineare, sulla spettroscopia Raman e Brillouin stimolata; ecc.. E' da questa attività che sempre più riguarda il comportamento del mezzo materiale irradiato che nascono a Firenze le prime linee di ricerca nel campo della struttura della materia, che è oggi uno dei filoni che più si è sviluppato, insieme all'elettronica quantistica e all'ottica, nella nostra Città. Information: agli studi sulla teoria dell'informazione Toraldo giunge durante il suo soggiorno americano, con l'incontro con Shannon e Wigner. Gli studi di Shannon, che lavorava alla Bell Telephone sui nuovi problemi della trasmissione dell'informazione, portano Toraldo alla percezione che i concetti di risoluzione e di immagine sono connessi col concetto di contenuto di informazione. Sviluppa così una riformulazione informatica dei concetti di potere risolutivo, introdotti da Lord Rayleigh, e di immagine, ponendo le basi, in via assolutamente pionieristica in Italia, della scienza informatica. Da qui, verso la fine degli anni '70, i suoi contributi altamente significativi alla definizione dei gradi di libertà delle immagini e alla loro interpretazione come indicatori del contenuto informativo delle immagini stesse. E’ nella stessa scelta, oltreché nell'importanza intrinseca, dei problemi che, attraverso l'ottica, Toraldo ha affrontato nel campo della teoria delle informazione che sembra naturale vedere l'origine, o il contenuto iniziale, degli interessi di carattere metodologico ed epistemologico a cui egli ha volto l'attenzione e la sua energia negli ultimi anni. Foundations of Physics. Giuliano Toraldo è sempre stato interessato alla filosofia e alla riflessione sulla natura delle cose. La constatazione che ben pochi filosofi sanno la fisica lo indusse nel 1970 a tenere un corso di Fondamenti di fisica alla Facoltà di Lettere e Filosofia, seguito con molto interesse da tanti studenti e ripetuto per altri due anni. Dal materiale didattico è originato l'importante opera "L'indagine del modo fisico", pubblicato da Einaudi nel 1976, e, in edizione inglese, dalla Cambridge University Press. Questi studi sono il trampolino verso nuovi interessi che da molti anni lo assorbono ormai nel campo dell'epistemologia. Il crescente contatto con la cultura umanistica porta Toraldo a fondare, e a presiedere, il Centro Fiorentino di Storia e Filosofia della Scienza. La successiva Presidenza della Società Italiana di Filosofia della Scienza rappresenta un riconoscimento alla versatilità e alla profondità del suo lavoro. Gli studi scientifici ed umanistici assorbono molto Toraldo, ma non del tutto. Come sempre, pur insegnando e facendo ricerca, trova spazio per iniziative culturali diversificate, quali la musica, la prosa e la saggistica sui problemi sociali e sulla natura dell'uomo, e tante altre. La fisica non è tutto: il mestiere del fisico è difficile ed impegnativo; richiede il sacrificio degli anni migliori per raggiungere i livelli in cui esprimere in forma fruibile quanto di creativo ed originale uno ha in sé. Ma non si deve perdere di vista la realtà in cui si vive, sacrificare alla professione ogni altro interesse culturale, senza contribuire anche ai problemi dell'uomo e della società. L'incontro con il maestro Piero Farulli, con la sua travolgente carica umana, e l'ammirazione per la rara passione per l'insegnamento della musica ai bambini, ma anche al pubblico più vasto, portano Toraldo ad impegnarsi nella Scuola di Musica di Fiesole, di cui sarà per vari anni Presidente, ed alla quale impartisce forte impulso. Ne diventa anche attore, scrivendo il libretto di "Talgor, il potere ai bambini", con musica di Riccardo Luciani, opera rappresentata al Teatro Romano di Fiesole e al Comunale, per la regia di Silvano Bussotti, poi a Milano, e successivamente in versione tedesca. Scrive anche la versione ritmica di alcune opere, tra cui "I due musicanti" di Peter Maxwell Davis, rappresentata al Teatro Romano di Fiesole. Non manca, certo, di fare fisica, con studi teorici sulla musica, l'analisi delle opere musicali, la semantica della musica, ecc.. Rendere comprensibili le scienze fisiche ai non esperti è funzione importante, che Toraldo ha sempre coltivato. Richiesto da vari giornali, quali Paese Sera, Il Corriere della Sera, La Repubblica, Toraldo pubblica con frequenza varie colonne su argomenti di scienza, che riscuotono successo ed inducono in seguito i giornalisti a sollecitare articoli su altri argomenti, sociali, in particolare. Tutta questa ricca collezione viene poi pubblicata nel libro "L'amico di Platone" da parte di Vallecchi nel 1985. Ricorrenti sono le riflessioni sui problemi dell'ambiente e sulla "bomba demografica", già sinteticamente apparse in un precedente libro "Il rifiuto", edito da Einaudi, nel 1978, e riprese nell'ultimo libro "Dialoghi di fine millennio", con Piero Angela. L'Università e la sua evoluzione sono state sempre al centro degli interessi di Toraldo, e causa di forti e crescenti crucci. Per sei anni ha servito nel Consiglio Superiore della Pubblica Istruzione (ora CUN), anche come membro della Corte di Disciplina (erano gli anni del '68). Sempre in quel periodo turbolento è stato, per due mandati, Presidente della SIF, contribuendo, come Direttore del Il Nuovo Cimento, all'internalizzazione del giornale, che fino ad allora era stato pubblicato solo in italiano. A lui si deve l'introduzione nel curriculum degli studi per il diploma di laurea in Fisica l'insegnamento dei Metodi Matematici della Fisica, che ha iniziato a tenere nella Scuola di Perfezionamento in Fisica. L'insegnamento di Toraldo è stato altamente formativo per gli studenti della nostra Università. Ha tenuto corsi di elettromagnetismo classico e quantistico, di acceleratori di particelle, di metodi matematici, di elettronica quantistica, e di relatività generale. Dal corso iniziale di Onde elettromagnetiche è derivato il libro omonimo, ben conosciuto anche all'estero in virtù delle traduzioni in varie lingue, anche giapponese, con nuove edizioni aggiornate ed estese, con Piero Bruscaglioni. L'interesse per la didattica, non solo universitaria, ha visto Toraldo molto attivo presso gli organi di coordinamento, come il COASSI, quando fu preparato nei primi anni '80 un ampio studio sopra l'insegnamento scientifico secondario e superiore in vari paesi europei, in relazione ai tentativi di riforma che si stavano prospettando in Italia. Va ricordato, nel campo della didattica non universitaria, il bel libro di fisica per le scuole secondarie, insieme a Marcello Mancini. Non manca nella sua ricca agenda anche l'attenzione per la cultura del corpo, per realizzare quel binomio "mente-corpo" di antica memoria, che conduce all'espressione più elevata della personalità umana.Oltre allo sci, che ha praticato fino a pochi anni fa, coltiva ancora nuoto, tennis e trekking, tutti con perizia ed eleganza. Giuliano Toraldo è certamente un raro esempio di scienziato-umanista di insolito valore. Un aneddoto è d’obbligo a questo punto. Durante il viaggio negli USA nel 1962 della Commissione CNR “Maser e laser” (con Arecchi, Sona e Gatti da Milano; Fagioli, Pratesi e Toraldo da Firenze; Bertolotti e Sette da Roma) con lo scopo di visitare i laboratori laser USA per poi attivare in Italia la ricerca laser, Toraldo doveva riferire alla General Electric di Schenectady sullo stato di avanzamento del lavoro di una ricerca su problemi di antenne. Davanti ad un uditorio molto numeroso, forse troppo per quanto in programma ufficialmente, l’ospite americano disse: "Ci aspettiamo un'ottima relazione scientifica, come i rapporti precedenti ci indicano. Ma tu vieni dalla bella Firenze e noi vorremmo che ci parlassi di Dante e dei suoi tempi". Senza scomporsi, Toraldo mise da parte fogli, gesso e diapositive, e per oltre un'ora incantò tutti con una magistrale lezione su Dante, la Divina Commedia e quei tempi. Toraldo non ama ricordare il passato, non ha un curriculum vitae: "Il passato è passato, e non ci si può fare più niente". Ama, invece, il futuro, e l'augurio da queste pagine è che possa averne ancora tanto in buona salute, e che voglia ancora impegnarsi nelle iniziative future che ci stanno a cuore per la ricerca, l'Università, e il progresso sociale. In realtà, durante il soggiorno a Rochester, Toraldo avrà certamente fatto conoscere nell'ambiente scientifico internazionale il principio dell’interferenza inversa, che non fu capito e quindi non apprezzato e applicato.
PRINCIPALI LIBRI DI G. TORALDO DI FRANCIA [1] Onde elettromagnetiche (Zanichelli, 1953, Traduzione inglese Interscience Publishers, Traduzione giapponese) [2] La diffrazione della luce (Edizioni Scientifiche Einaudi, 1958) [3] L'indagine del modo fisico (Einaudi, 1976, Traduzione inglese presso Cambridge University Press)
[4] Il rifiuto (Einaudi, 1978) [5] Le teorie fisiche (Boringhieri, 1981) [6] L'amico di Platone (Vallecchi, 1985) [7] Le cose e i loro nomi (Laterza, 1986) [8] La scimmia allo specchio (Laterza, 1988) [9] Un universo troppo semplice (Feltrinelli, 1990) [10] Dialoghi di fine secolo (Giunti, 1996)
NOTE 1 Dipartimento di Fisica, Via G.Sansone 1, 50019 Sesto Fiorentino (Fi) tel +39 055 457 2042 fax +39 055 457 2152, riccardo.pratesi@unifi.it 2 Fondazione Giorgio Ronchi e IROE-CNR, Firenze