1 Teorie scientifiche e non

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1 1 Teorie scientifiche e non Lascienzacomeoggilaintendiamoèiniziatagrossomodo4secolifaconGalileo. 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 quiinpoi). 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 loè? Molte risposte sono possibili: 1)lascienzasibasasulmetodosperimentale 2) la scienza è riproducibile 3)la scienza ci dice quali sono le leggi che regolanola realtà (ciò che le coseconnetteemuoveeperchè... (1) ) 4)lascienzaèvera,ilrestoèopinabile 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)"TenendoincontocheillibrodellaNaturaèscrittoinlinguaggiomatematico" 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...). 1

2 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. Cisonodomandecheèillecitoporsisecondoilparadigmacorrente(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... : meritaunariflessione. Punto1b: "TenendoincontocheillibrodellaNaturaèscrittoinlinguaggio 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,unarchitetto,uncreatore) (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. Equivoglioinserireunadefinizionediscienzaunpòumoristicamaconun 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 Veniamoalpunto2: lascienzaèriproducibile. 2

3 Oinaltriterminièoperazionale (4,5),èpragmatica. Lascienzatidice: faiquesto,questoequest altroedotterrai esattamente ciò. Lasciacadereunapietrada10metriedarriveràalsuoloconquestavelocità; 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,oinantartide,osullalunaosulterzopianetainorbitaintornoallastella 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 (Nota 1) 3

4 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 temoche anche questaopzione si stiaindebolendoacausadei 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,enonconcesso,cheallafinespieghicomeènatoe 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. Conipunti3e4entriamosemprepiùnelterrenominatodellafilosofia La scienza ci dice quali sono le leggi che regolano la realtà Solo alcune considerazioni di sfuggita... 3a)larealtà... 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)iperchè... 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

5 1.4 La scienza è vera Mainchesensolascienzaè"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, ricondottoadunnumero(oapiùnumeri). Per cui la Fisica, e tutte le altre discipline che fondamentalmente poggiano sullafisica,nonsioccupaditutto: sioccupasolodiquantoèquantificabile. 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"...). Nonècosì. 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 Allafinedel1800eagliinizidelsecoloventesimo,lafisicacheavevaraggiunto 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). DuerivoluzioniscientifichenelsensodiKhun (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

6 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 edinlineaconquantodettosopra: sevisono2teorie,unaconfortatadacento 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. Supponetediavereavantiavoiunmazzocopertodi52carte francesi (13 cuori, 13 picche, etc). Supponete di avere formulato la seguente teoria: Laprossimacartachescoprirònonsaràl assodipicche 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, esperimentonumero1: girate laprimacartaedèil 2dicuori. OK! una prova a favore! Continuate,esperimentonumero2: giratelasecondacartaedèil5difiori. 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 peril52simoesperimento(amenochenonsappiacheilmazzoètruccato! (Nota 2) ). Ergo,almassimodellasuaforzainbasealla verificabiltà,lateoriaècontemporaneamente 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: 6

7 Una teoria per essere scientifica deve poter essere falsicabile dall esperimento. Ovvero: una teoria infalsicabile, non è una teoria scientifica. Seiodicochelamiasediaquandononèosservata(inqualunquemodo! da me,damiamoglie,daunatelecamera,daunsensore...) diventaungattoesi 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)Unateoriaverapuòesserefalsa 2)Unateoriachenonpuòesserefalsaèfalsa Nota1 Si potrebbe ben dire che esattamente non esiste in Fisica: ogni misura ha un errore. La scienza è fondata sull errore... Nota2 Fantasia... immaginatediscoprireun3dibastoni,oun5dicuoriverde... cosa pensereste? Nota3 Hotrascuratoilpunto5: etc. Campo aperto per voi! 1.5 Referenze: (1) Bruma,"Me(ta)Faust",Roma,ENNAGONI,ISBN ,2004. (2) T. Khun, "La struttura delle rivoluzioni scientifiche", Torino, Einaudi, (3) J. D. Barrow: Lalunanelpozzocosmico, ADELPHI, BibliotecaScientifica 20, Milano, (4) P.W.Bridgman,"Lalogicadellafisicamoderna",Torino,1952. (5) P.W.Bridgman,"Lanaturadellateoriafisica",Torino,1965. (6) SwamiSriYukteswar,"TheHolyScience",YogodaSatsangaSocietyof India, (7) F.Capra,"IlTaodellafisica",GliAdelphi,Adelphi,1989,ISBN (8) G.Zukav,"LadanzadeimaestriWuLi",Corbaccio,2004. (9) 7