Teorie scientifiche e non

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Teorie scientifiche e non
La scienza come oggi la intendiamo è iniziata grosso modo 4 secoli fa con Galileo.
Molto è stato realizzato e molto è stato discusso.
Ma che cosa è una teoria scientifica e cosa la distingue da una teoria non
scientifica?
Bisogna innanzitutto precisare che stiamo per il momento parlando di metascienza o se preferite di meta-fisica o ancora di epistemologia, cioè per parlare
sulla scienza (meta-scienza) occorre uscire dalla scienza...
Non vogliamo dare definizioni strette ed in fondo incomprensibili, ma useremo invece il metodo scientifico delle ’approssimazioni successive’ (sigla AS da
qui in poi).
Perchè diciamo che l’astrofisica è scienza mentre invece l’astrologia non lo è?
Perchè diciamo che la termodinamica è scienza mentre invece l’estetica non
lo è?
Molte risposte sono possibili:
• 1) la scienza si basa sul metodo sperimentale
• 2) la scienza è riproducibile
• 3) la scienza ci dice quali sono le leggi che regolano la realtà (ciò che le
cose connette e muove e perchè...(1) )
• 4) la scienza è vera, il resto è opinabile
• 5) etc.
1.1
La scienza si basa sul metodo sperimentale
Partiamo dal punto 1 ( che sperabilmente è quello indicato in un buon corso
liceale).
Cosa vuol dire metodo sperimentale? Lasciamo la parola a Galileo:
1a) "L’arte di porre domande alla natura e di ascoltarne le risposte"
Con il corollario, sempre di Galileo:
1b) "Tenendo in conto che il libro della Natura è scritto in linguaggio matematico"
Punto 1a: "L’arte di porre domande alla natura e di ascoltarne le risposte"
La Natura stessa è fonte e giudice della conoscenza.
Cioè si impara interrogando la Natura (facendo esperimenti) e ascoltando le
risposte (ricavando ipotesi di lavoro, semi-teorie, ed infine teorie) dai risultati
degli esperimenti.
Ma bisogna anche sottolineare il converso: le teorie, a qualsiasi livello, ci
dicono anche quali domande porre (quali esperimenti fare...).
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E se questo è ottimo per certi versi (una selezione di impossibilità risparmia
tempo e lavoro, altrimenti qualcuno potrebbe ancora cercare pietre levitanti,
specchi magici o il 50simo epiciclo che renda conto dei dati astronomici), tuttavia
è anche una limitazione seria.
Ci sono domande che è illecito porsi secondo il paradigma corrente (vedi (2) ).
Ci sono campi possibili di indagine che nessun scienziato "serio" vorrà esplorare.
Eppure molte scoperte scientifiche (e tecnologiche) sono venute da outsiders
che non conoscevano i limiti posti dalle teorie allora correnti...
Per inciso: Galileo usa la parola "arte" e non magari "tecnica" o "procedura"
o... : merita una riflessione.
Punto 1b: "Tenendo in conto che il libro della Natura è scritto in linguaggio
matematico"
Perché? è ancora un mistero.
Due posizioni estreme sono oggi considerate: per gli uni la matematica è
una nostra invenzione, inventata in gran parte per descrivere il mondo e non fa
quindi meraviglia che in effetti descriva abbastanza bene il mondo. . . ; per gli
altri (platonici, per intenderci) le verità matematiche esistono per sé, e vengono
quindi non create ma solo scoperte dagli uomini (il teorema di Pitagora, gli
spazi di Hilbert esistono in qualche mondo ideale, Pitagora e Hilbert li hanno
“visti” ma non creati, eventuali alieni avrebbero anche loro la nostra stessa
matematica).
Ovviamente nel secondo caso è difficile spiegare la straordinaria rispondenza
tra matematica e realtà, se non prendendo in considerazione un piano, un progetto, forse un fine per la realtà stessa (e quindi implicitamente, è necessario un
Demiurgo, un architetto, un creatore)(3) .
Comunque il metodo sperimentale (ancora grossolanamente definito ... AS )
è un requisito di una buona teoria scientifica, ma basta a qualificarla?
Molti scienziati direbbero si.
E qui voglio inserire una definizione di scienza un pò umoristica ma con un
grande fondo di "verità":
"Scienza è quello che gli scienziati fanno".
Quindi dovrebbe bastare.
Tuttavia ci sono non-scienze (a giudizio dei più) quali appunto l’astrologia,
i cui cultori dicono invece basate sullo stesso metodo sperimentale.
Non voglio entrare in dettagli, ma solo ricordare che molti fisici, tra cui
Galileo e Keplero, facevano anche gli astrologi... e Newton si occupò per anni
di studi cabalistici.
1.2
La scienza è riproducibile
Veniamo al punto 2 : la scienza è riproducibile.
2
O in altri termini è operazionale (4,5) , è pragmatica.
La scienza ti dice: fai questo, questo e quest’altro ed otterrai ’esattamente’(Nota
ciò.
Lascia cadere una pietra da 10 metri ed arriverà al suolo con questa velocità;
lascia cadere una piuma ed una pietra dalla stessa altezza e contemporaneamente
nel vuoto ed arriveranno a terra nello stesso istante; guarda le piccole oscillazioni
dei pendoli e troverai che sono isocrone; etc.
Ci sono cioè insiemi di prescrizioni operative che se ben ripetute danno lo
stesso risultato.
E danno lo stesso risultato non solo indipendentemente dall’operatore (che
può essere italiano, cinese, sioux; può essere cattolico, musulmano, buddista;
può essere affamato, felice, incavolato...), ma anche (con alcune precauzioni)
indipendentemente dal luogo (l’esperimento, mutatis mutandis, può essere fatto
qui, o in Antartide, o sulla Luna o sul terzo pianeta in orbita intorno alla stella
Albireo) e anche indipendentemente dal tempo (ora, 2 secoli fa, tra 3 millenni).
Sempre il risultato previsto, e solo il risultato previsto, dovrebbe essere ottenuto.
In effetti la riproducibilità è stata per secoli la discriminante pricipale tra
"effetti" illusori/soggettivi ed effetti "reali".
Però...
• La riproducibilità "classica", descritta sommariamente sopra, non è più
quella della fisica moderna. La meccanica quantistica ci dice: fai questo,
questo e quest’altro e otterrai... o questo, o questo o quest’altro. Cioè
il risultato di un esperimento, ripetuto nelle stesse identiche condizioni,
non è più predicibile (nè ovviamente riproducibile). Ci sono invece più
risultati possibili (a volte anche infiniti risultati possibili) e tutto quello
che può darci la teoria è la probabilità per tali risultati (indeterminismo
"quantistico" contro il determinismo "classico"). Quindi la riproducibilità
permane solo in senso "debole": se faccio un numero sufficientemente
alto di volte lo stesso esperimento, l’esito sarà in accordo statistico con le
probabilità a priori date dalla teoria.
• La riproducibilità, come aveva già messo in luce 40 anni fa B. Toushek,
sta diventando anche sempre più problematica in pratica. E questo è
potenzialmente disastroso per una corretta prassi scientifica. Spiego con
esempi. Galileo fece (anche se alcuni dubitano che lo fece veramente...)
una serie di esperimenti con il piano inclinato. Variando l’angolo di inclinazione e facendo scivolare oggetti sul piano inclinato (ben levigato) si
dimostrava sperimentalmente la legge del moto uniformemente accelerato.
Bene... siccome a fondamento (eccone un altro!) del metodo sperimentale
c’è proprio il sano scetticismo (non c’è "ipse dixit" che tenga in campo
scientifico), allora io oggi mi sveglio e dico: Galileo si è inventato i suoi
risultati. Posso sempre però mettere tutto alla prova: mi costruisco il
piano inclinato e ripeto l’esperimento. Bene. Ma il giorno dopo mi sveglio
con il dubbio che Rubbia si sia sbagliato, cioè che i bosoni Z,W trovati
3
1)
al CERN, in realtà non esistono... Cosa dovrei fare? Ovviamente ripetere
l’esperimento! Ma per ripetere l’esperimento occorrono: un acceleratore
di particelle che costa migliaia di miliardi, un equipe di almeno 300 scienziati/ingeneri/tecnici, 3 anni o più per la raccolta dati ed l’analisi degli
stessi. In sostanza il singolo scienziato non può più ripetere alcuni esperimenti (è vero che la comunità scientifica nel suo complesso può ancora
farlo, ma temo che anche questa opzione si stia indebolendo a causa dei
costi elevati e crescenti. In fondo arrivare secondi o terzi non piace a
nessuno e soprattutto non procura nuovi finanziamenti).
• Ci sono teorie scientifiche che difficilmente, per difficoltà intrinseche, soddisfano il requisito della riproducibilità. Sto pensando in particolare alla
Cosmologia: ammesso, e non concesso, che alla fine spieghi come è nato e
si è poi evoluto questo Universo, come farei io (scientificamente scettico)
a riprodurlo?
Quindi la riproducibilità resta sì un requisito importante per una teoria
scientifica ma forse non è (più) così strettamente caratterizzante.
Con i punti 3 e 4 entriamo sempre più nel terreno minato della filosofia...
1.3
La scienza ci dice quali sono le leggi che regolano la
realtà
Solo alcune considerazioni di sfuggita...
3a) la realtà...
La realtà... cos’è la realtà?
La descrizione della materia e della "realtà" data dalla Meccanica Quantistica è veramente agli antipodi della comune percezione del mondo di una persona
comune anche colta... (non posso spiegarlo qui, ma indagate!)
Semmai si avvicina alla descrizione/interpretazione del mondo di alcune
"teorie" religiose/mistiche/sapienziali/esoteriche (e di ciò si sono accorti sia numerosi "guru" sia numerosi fisici: vedi ad es. (6,7,8) , o anche un mio test in
(9)
).
3b) i perchè...
La scienza non risponde ai "perchè", semmai ai "come".
Il gioco dei "perchè", tanto caro ai bambini, si arresterebbe quasi subito se
giocato con uno scienziato.
Esempio: perchè le mele cadono? Perchè c’è la forza di gravità. Perchè c’è
la forza di gravità? e perchè è proporzionale alla massa? e perchè si indebolisce
con il quadrato della distanza? e perchè...?
Domande senza risposta: la legge di Newton (e in modo molto diverso la
Relatività Generale di Einstein) descrivono solo (!) "come" funziona la gravità...non perchè.
4
1.4
La scienza è vera
Ma in che senso la scienza è "vera"?
La domanda ha assunto una importanza non solo filosofica da quando Godel
dimostrò che anche all’interno di teorie matematiche (che quindi dovrebbero
comunque non presentare sorprese: vedi punto 1b ) ci sono "verità" che non
possono essere dimostrate...
E la scienza ha problemi ancora più peculiari.
4a) numero e misura
Limitazione del campo di indagine ( numero e misura).
La scienza moderna nasce limitando fortemente e precisamente il suo campo
di indagine.
Può essere indagato solo ciò che è misurabile, cioè, in ultima analisi, ricondotto ad un numero (o a più numeri).
Per cui la Fisica, e tutte le altre discipline che fondamentalmente poggiano
sulla fisica, non si occupa di tutto: si occupa solo di quanto è quantificabile.
Una grandissima parte del "conoscibile" o "percepibile" resta fuori dal campo
di interesse della scienza.
Questo non è affatto chiaro nella percezione comune.
L’insegnamento e i media ci hanno portato mediamente a credere che la
scienza possa dire la sua su tutto (guardate cosa chiedono in TV agli "esperti"...).
Non è così.
La qualità (i qualia) restano fuori.
Amore, bellezza, gioia, pianto... restano fuori!
Per questo la termodinamica è una teoria scientifica e l’estetica no.
Se qualcuno sarà in grado di misurare (secondo i canoni scientifici) la bellezza,
allora l’estetica potrebbe divenire una teoria scientifica.
Ovviamente con ciò non è che bellezza ed amore siano meno "veri" degli
elettroni o dell’energia... solo che non fanno parte del campo di indagine scientifico.
Se chiedete a Rubbia qualcosa sul sorriso della "Gioconda", potrà ovviamente rispondere: ma risponderà come Rubbia, non come scienziato.
La sua opinione sarà appunto un’opinione, come la vostra.
4b) verificabilità e falsificabiltà
Alla fine del 1800 e agli inizi del secolo ventesimo, la fisica che aveva raggiunto
una mirabile e presumibilmente definitiva sintesi (nota ora come ’fisica classica’,
quella che viene insegnata nella scuola secondaria !: meccanica newtoniana,
elettromagnetismo di Maxwell, termodinamica...), incontrò (esperimento! la
Natura risponde!) una inaspettata e profonda crisi. Ne uscirono due meccaniche
nuove: la "Relatività" di Einstein e la "Meccanica Quantistica" (di ... troppi
autori! sfrugugliate).
Due rivoluzioni scientifiche nel senso di Khun (2) .
Ancora oggi nessuno è riuscito a conciliare/unificare queste due teorie che
sono divergenti dal punto di vista dell’interpretazione/visione del mondo al
5
punto che lo stesso Einstein, che pure era stato uno dei ’padri fondatori’ anche della Meccanica Quantistica, infine la rifiutò (definendola ’incompleta’: se
siete curiosi, indagate!).
Lo shock della caduta della "Fisica Classica" fu enorme!
Tanto che molti scienziati e filosofi della scienza si proposero il compito di
’quantizzare’ quanto una data teoria scientifica fosse credibile/affidabile: cioè di
misurare la verità (il grado di verità) di una data teoria scientifica.
Particolarmente attiva in tale campo fu la cosiddetta ’scuola di Vienna’ (o
’Circolo di Vienna’) che partì dall’assunto:
• una teoria fisica/scientifica è tanto più ’vera’ quanto più è confermata
dall’esperimento.
Sembrerebbe una affermazione del tutto scontata e perfettamente credibile
ed in linea con quanto detto sopra: se vi sono 2 teorie, una confortata da cento
esperimenti a favore (cioè esperimenti con risultati in accordo alla teoria), la
seconda confortata da cento milioni di esperimenti a favore, non c’è dubbio! si
deve accettare la seconda.
Eppure...
Eppure il tentativo di classificare le teorie scientifiche in base alla loro verificabiltà (numero delle prove a favore), naufragò miseramente per l’insorgere di
paradossi logici (analoghi a quelli quasi contemporaneamente riscontrati nell’astratto
mondo della ’pura’ matematica).
Posso solo dare un’idea del ’sapore’ di tali paradossi.
Supponete di avere avanti a voi un mazzo coperto di 52 carte ’francesi’ (13
cuori, 13 picche, etc).
Supponete di avere formulato la seguente teoria:
• La prossima carta che scoprirò non sarà l’asso di picche
Ora sottoponete la vostra teoria alla prova dell’esperimento, tenendo in
mente che più gli esperimenti confermeranno la teoria, più la teoria sarà ’verificata’ (e quindi ’forte’, ’affidabile’, etc).
Bene, esperimento numero 1: girate la prima carta ed è il 2 di cuori. OK!
una prova a favore!
Continuate, esperimento numero 2: girate la seconda carta ed è il 5 di fiori.
OK! seconda prova a favore!
E così via... ammettiamo che per disegno divino siate arrivati alla 51sima
carta senza avere scoperto l’asso di picche: bene! la vostra teoria ha avuto 51
conferme sperimentali... quindi è ’solida’, ’vera’, ’affidabile’ !
Eppure nessun giocatore sano di mente scommetterebbe sulla vostra teoria
per il 52simo esperimento (a meno che non sappia che il mazzo è truccato!(Nota 2) ).
Ergo, al massimo della sua forza in base alla ’verificabiltà’, la teoria è contemporaneamente alla soglia della sua caduta.. cioè sta per essere ’falsificata’.
Questo pose fine alla ricerca della ’verificabilità’, ma ispirò anche K.R. Popper (pure lui epistemologo viennese) che propose una meta_teoria epistemologica completamente antitetica:
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• Una teoria per essere scientifica deve poter essere falsicabile dall’esperimento.
Ovvero: una teoria ’infalsicabile’, non è una teoria scientifica.
Se io dico che la mia sedia quando non è osservata (in qualunque modo! da
me, da mia moglie, da una telecamera, da un sensore...) diventa un gatto e si
ritrasforma poi immediatamente in sedia una volta sotto osservazione, questa
affermazione (chiamarla teoria sarebbe eccessivo!) NON è scientifica, perchè
nessuno può dimostrare il contrario (provate!).
Viceversa, la meta_teoria popperiana implica che se anche una teoria avesse
avuto miliardi di prove a favore, basterebbe una sola prova contraria perchè
la teoria debba essere rigettata (è accaduto... ma gli scienziati sono molto restii
a lasciare cadere le vecchie, care, ’solide’ teorie).
Concludo con una personale formulazione ’umoristica’ della meta_teoria
Popperiana:
• Epistemologia Popperiana nella formulazione Bruschiana
1) Una teoria vera può essere falsa
2) Una teoria che non può essere falsa è falsa
Nota 1
Si potrebbe ben dire che ’esattamente’ non esiste in Fisica: ogni misura ha
un errore.
La scienza è fondata sull’errore...
Nota 2
Fantasia... immaginate di scoprire un 3 di bastoni, o un 5 di cuori verde...
cosa pensereste?
Nota 3
Ho trascurato il punto 5: etc.
Campo aperto per voi!
1.5
Referenze:
(1)
Bruma, "Me(ta)Faust ", Roma, ENNAGONI, ISBN 88-88731-03-0, 2004.
(2)
T. Khun, "La struttura delle rivoluzioni scientifiche", Torino, Einaudi,
1979.
(3)
J. D. Barrow: “La luna nel pozzo cosmico”, ADELPHI, Biblioteca Scientifica 20, Milano, 1994.
(4)
P. W. Bridgman, "La logica della fisica moderna", Torino, 1952.
(5)
P. W. Bridgman, "La natura della teoria fisica", Torino, 1965.
(6)
Swami Sri Yukteswar, "The Holy Science", Yogoda Satsanga Society of
India, 1894.
(7)
F. Capra, "Il Tao della fisica", Gli Adelphi, Adelphi, 1989, ISBN 8845906892.
(8)
G. Zukav, "La danza dei maestri Wu Li", Corbaccio, 2004.
(9)
http://bruma8848.altervista.org/articoli/tests/TEST2.html
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