La struttura della scienza e la dinamica delle scoperte scientifiche

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1 Temi filosofici dell ingegneria e della scienza/informatica B[1] Politecnico di Milano, II Facoltà di ingegneria, a.a La struttura della scienza e la dinamica delle scoperte scientifiche Viola Schiaffonati Dipartimento di elettronica e informazione Partiamo ora dal considerare queste tre domande: come funziona la scienza, come si fanno le scoperte scientifiche, e qual è la struttura della scienza. Paradigmi e rivoluzioni Un nuovo scenario: non solo logica e non solo rivoluzioni; l irrompere della storia: superamento dei tradizionali miti, soprattutto empiristi, sulla scienza; il comportamento scientifico reale ha poco a che fare con le tradizionali teorie filosofiche della razionalità e della conoscenza. La struttura della rivoluzioni scientifiche pubblicato da Thomas Kuhn nel Non solo rivoluzioni: la scienza non è in un continuo processo di rivoluzione (contro Popper); esistono due tipi di cambiamenti. - Cambiamento nella scienza rivoluzionaria; - Cambiamento nella scienza normale La scienza è un processo di cambiamento di paradigmi. Cosa significa paradigma? I paradigmi contribuiscono a dare una struttura unitaria a quelle costellazioni di risultati che sono sia sufficientemente nuovi per attrarre uno stabile gruppo di seguaci sia sufficientemente aperti da lasciare al gruppo di scienziati costituitesi su queste nuove basi la possibilità di risolvere problemi di ogni genere. Il concetto di paradigma, inoltre, può essere inteso in due sensi: uno più ampio e uno più ristretto. - Senso ristretto: esemplare o realizzazione significativa; in questo senso può essere un esperimento di successo o la formulazione di un insieme di equazioni o leggi (esempio leggi di Newton) che sono di ispirazione per altri. - Senso ampio: un paradigma è un insieme di idee e metodi che, quando combinati, restituiscono una visione del mondo e un modo di fare scienza (esempio meccanicismo). Scienza normale è il termine usato da Kuhn per indicare il lavoro scientifico che avviene all interno del contesto fornito da un paradigma. Una caratteristica fondamentale della scienza normale è il fatto che è ben organizzata: gli scienziati all interno della scienza normale tendono ad essere d accordo su quali siano i problemi importanti, su quale sia l approccio migliore da adottare per risolverli, così come a grandi linee sono d accordo su come il mondo sia.

2 Viola Schiaffonati Struttura e scoperta 2 - Scienza straordinaria in cui il consenso intorno a quei risultati non si è ancora formato (scienza prepardigmatica) o è già stato sufficientemente scalfito (scienza postparadigmatica o rivoluzionaria). Quindi un paradigma kuhniano non è semplicemente un idea nuova, ma un idea incarnata in uno o più testi sui quali si formano generazioni di ricercatori: il criterio del libro (esempio del De revolutionibus nella rivoluzione astronomica). - Nei periodi di scienza normale non dibattito intorno ai fondamenti: la cooperazione e il consenso che caratterizzano la scienza normale richiedono che il dibattito sui fondamenti sia lasciato fuori. La teoria sembra essere quindi così caratterizzata: un paradigma per area per ogni periodo (one paradigm per field per time). Attività degli scienziati durante la scienza normale: puzzle-solving, ossia risolvono rompicapo (e non problemi!!!): per fare ciò lo scienziato cerca di usare gli strumenti e i concetti forniti dal paradigma per descrivere, modellare o creare nuovi fenomeni. L obiettivo è quello di cercare di estendere il paradigma, sia teoricamente sia sperimentalmente, per trattare nuovi casi. E sempre possibile che all interno della scienza normale le ipotesi siano rifiutate: quello che appare assai più difficile è il rifiuto di un intero paradigma. Crisi di un paradigma. E sorta una massa critica di anomalie (rompicapo che ha resistito a soluzione; attenzione non tutte le anomalie sono refutazioni) e un paradigma rivale è già apparso ma non è ancora emerso come centrale. - Questa è un affermazione un po difficile da mostrare storicamente: c era una crisi nello stato dell astronomia prima di Copernico o nella biologia prima di Darwin? Le rivoluzioni sono caratterizzate per Kuhn dalla crisi di una tradizione di ricerca. I passaggi da un paradigma a un altro non sono così cambiamenti netti, ma processi lunghi e complessi (invisibilità delle rivoluzioni). I manuali inducono infatti a ritenere, erroneamente, che la scienza sia un processo cumulativo, dando l impressione che anche i ricercatori che hanno operato prima dell avvento di quel particolare paradigma abbiano rivolto i loro sforzi verso gli argomenti particolari che in tale paradigma sono stati incorporati. I manuali occultano la struttura della scienza come un alternarsi di momenti normali e momenti straordinari, inducendo a ritenere che la crescita scientifica sia principalmente una crescita cumulativa. La perdita kuhniana. Nella maggioranza delle rivoluzioni le novità sono trasformazioni di risultati, linguaggi, strumenti preesistenti; in questa trasformazione sembra però sempre implicita una perdita, come quella per esempio implicata dalla rivoluzione copernicana e relativa a una secolare spiegazione del moto terrestre. Il passaggio da un paradigma a un altro comporta una ridefinizione dei problemi tali che, dati due paradigmi, e indicando con P1 e P2 le classi di problemi pertinenti rispettivamente al primo e al secondo paradigma, non si abbia sempre una situazione di coincidenza. La perdita kuhniana si caratterizza come transizione da un paradigma all altro come riorentamento gestaltico (gestalt switch): gli aderenti a un paradigma P1 e quelli aderenti al paradigma P2 non vedono la stessa cosa che esprimono poi in modo diverso, ma vedono qualcosa di differente, tanto che l adesione a un paradigma piuttosto che a un altro modella persino le osservazioni (crf. Popper). Le rivoluzioni scientifiche però, una volta realizzatesi, appaiono irreversibili, contrariamente ai riorientamenti gestaltici che sono reversibili. Problema dell incommensurabilità Il dogmatismo kuhniano. Nessuna teoria risolve mai i rompicapo in cui si imbatte; inoltre soluzioni proposte ai problemi che affrontano una data teoria sono spesso tutt altro che soddisfacenti. Se un

3 Viola Schiaffonati Struttura e scoperta 3 qualsiasi insuccesso fosse sufficiente per abbandonare una teoria, tutte le teorie dovrebbero venire abbandonate a ogni momento; del resto per potere falsificare una teoria occorre in qualche modo indicare i margini di errore tollerabile, cosa che la distingue dal processo di verificazione. Il riconoscimento di una certa dose di dogmatismo è uno dei tratti distintivi di questa parte del pensiero di Kuhn che ha peraltro dato adito a una serie di critiche per valutare quale sia il grado di dogmatismo sufficiente a far sì che una teoria abbia spazio e tempo sufficienti per svilupparsi appieno. Il progresso nella scienza è misurato nella capacità di risolvere problemi: il numero e la precisione delle soluzioni ai prolemi in un ambito scientifico tende comunque a crescere nel tempo. Crescita della conoscenza: programmi di ricerca Il fallibilismo solleva problemi nuovi: come facciamo a scegliere fra due teorie rivali? Come facciamo a sapere se un certo cambiamento teorico costituisce un progresso o un regresso? Come si misura la crescita della conoscenza teorica? Come è possibile rispondere a queste domande in una prospettiva radicalmente fallibilista? Imre Lakatos, allievo di Popper, cerca di rispondere a queste domande da una prospettiva falsificazionista, ma di tipo sofisticato (Falsificationism and the methodology of scientific reasearch programmes 1970). La metodologia di Lakatos fa propri alcuni risultati sia di Popper sia di Kuhn - Di Popper accetta l enfasi sul ruolo della critica, ma attacca il suo falsificazionismo ingenuo - Di Kuhn accetta il riconoscimento dell importanza di una certa dose di dogmatismo e il ruolo della storia per la filosofia della scienza, ma non accetta la presunta irrazionalità della visione kuhniana Consideriamo la crititica al falsificazionismo ingenuo da cui prende le mosse: - La ricetta di Popper di cercare di falsificare le teorie e abbandonarle una volta falsificate porterebbe ben presto alla distruzione della scienza così come la conosciamo. - Tutte le teorie scientifiche più importanti si sono sviluppate a dispetto dell evidenza contraria, che sono riuscite a spiegare solo in parte e in modo graduale. - Questa è la tenacia della scienza teorica che non rappresenta un vizio, ma una condizione indispensabile per il suo sviluppo. L unità di misura del progresso scientifico è costituita non da singole teorie, ma da entità organizzate che Lakatos chiama programmi di ricerca. - Un programma di ricerca è, in un certo senso, simile a un paradigma kuhniano, ossia è un insieme di teorie. Contrariamente a Kuhn, per Lakatos è possibile la presenza di più di un programma di ricerca alla volta in uno stesso ambito scientifico. - Un programma di ricerca è una successione di teorie falsificabili costruite in base a determinati principi euristici comuni. Ogni programma è caratterizzato dalla sua euristica negativa e dalla sua euristica positiva.

4 Viola Schiaffonati Struttura e scoperta 4 - Un programma è qualcosa che indica la direzione della ricerca e il tipo di spiegazione che potrebbe soddisfarci. Euristica negativa: il nucleo - Ogni programma di ricerca contiene un nucleo di ipotesi che vengono sottratte alla confutazione per decisione metodologica. - Il nucleo determina l euristica negativa del programma: indica che cosa non si deve fare per risolvere un anomalia. Il nucleo definisce quindi le reazioni inammissibili di fronte all insorgere di un anomalia. Euristica positiva: la cintura protettiva - Ogni programma di ricerca specifica anche una cintura protettiva di ipotesi soft che siamo disposti ad abbandonare, anzi che ci aspettiamo prima o poi di dovere abbandonare per sostituirle con ipotesi più accurate e realistiche. - E questa l euristica positiva del programma che indica che cosa si può fare per risolvere un anomalia. L euristica positiva definisce le reazione ammissibili di fronte all insorgere di un anomalia. Secondo Lakatos un esempio classico di programma di ricerca riuscito è la teoria della gravitazione di Newton. - Proposto inizialmente fu sommerso da un oceano di anomalie e contrastato dalle teorie osservative che sostenevano queste anomalie. - Ma i newtoniani trasformarono con tenacia e abilità un controesempio dopo l altro in esempi corroboranti. - L euristica negativa consisteva nel deviare le frecce della falsificazione dalle tre leggi della dinamica e dalla legge di gravitazione: questo nucleo è inconfutabile in virtù di una decisione metodologica dei suoi sostenitori. - L euristica positiva consisteva nei cambiamenti nelle ipotesi ausiliri, delle ipotesi osservative e delle condizioni iniziali (idee dettagliate che servono per applicare il nucleo ai fenomeni e sono relative alla materia, alla struttura dell universo, strumenti matematici). Per Lakatos è implausibile il modello popperiano per cui il controllo avviene direttamente fra la teoria e l esperimento; piuttosto, una teoria T è falsificata solo se è stata proposta un altra teoria T con le seguenti caratteristiche: o o o T ha un contenuto empirico addizionale rispetto a T: cioè essa produce fatti nuovi che, invece, risultavano improbabili alla luce di T; T spiega il precedente successo di T, cioè tutto il contenuto non confutato di T è incluso nel contenuto di T ; parte del contenuto addizionale di T è corroborato.

5 Viola Schiaffonati Struttura e scoperta 5 Anche alla luce degli argomenti di Duhem, per Lakatos diventa difficile tracciare una linea di demarcazione là dove questa è tracciata dal falsificazionista dogmatico che sembra ignorare la tenacia delle teorie scientifiche: gli scienziati infatti non abbandonano una teoria solo perché alcuni fatti la contraddicono. In questa prospettiva Lakatos non pretende di fornire criteri per affermare istantaneamente che una teoria isolata è falsificata; è sufficiente che tali criteri analizzino una serie di teorie per suggerire se tale serie è teoricamente progressiva, dal che sarà anche empiricamente progressiva. Più precisamente Lakatos afferma che una serie è teoricamente progressiva (o costituisce uno slittamento di problema teoricamente progressivo) se ciascuna nuova teoria ha contenuto empirico addizionale rispetto a quella che la precede; inoltre una serie è empiricamente progressiva (o costituisce uno slittamento di problema empiricamente progressivo) se parte di questo contenuto empirico addizionale è anche corroborata. Per questo tipo di falsificazionismo metodologico sofisticato non esiste una razionalità istantanea, dato che le teorie scientifiche non possono essere abbattute con un copo di pistola ; la razionalità della scienza è piuttosto un processo sul lungo periodo e i famosi esperimenti cruciali sono tali (ossia cruciali) solo quando siano valutati a posteriori. - Le ellissi di Keplero furono ammesse come evidenza cruciale per Newton contro Cartesio solo circa un secolo dopo che Newton aveva avanzato questa pretesa. - Il comportamento anomalo del perielio di Mercurio venne considerato per tanto tempo una delle tante difficoltà non risolte del programma di Newton; fu solo il fatto che la teoria di Einstein ne diede una spiegazione migliore a far sì che una noiosa anomalia diventasse una brillante confutazione del programma di ricerca di Newton. La storia della scienza per Lakatos si concretizza in una competizione fra programmi rivali, dei quali vince quello che si dimostra più progressivo e viene abbandonato quello regressivo. Il problema sorge, come ha fatto notare Feyerabend, dall assenza di un limite di tempo. Se è vero che le teorie non dovrebbero essere rigettate alla prima evidenza contraria e vanno protette per vedere se riescono a superare questi problemi, quanto è lecito aspettare (è sempre possibile aspettare ancora un po ). Fallibilismo e logica della scoperta matematica (Proofs and Refutations 1976) Inannzitutto la matematica è intesa come conoscenza matematica in crescita, il che si discosta sia dalla concezione della matematica come vuota di contenuto sia dalla riduzione della matematica a un corpus di teorie formalizzate. Nessuno si sogna di mettere in dubbio il fatto che alcuni problemi di una teoria matematica possano essere affrontati solo dopo la sua formalizzazione, proprio come alcuni problemi sugli esseri umani (anatomia), possono essere affrontati solo dopo la loro morte. Ma sarebbe azzardato inferire da ciò che gli esseri umani sono adatti all indagine scientifica solo quando sono presentati in forma morta. L obiettivo di Lakatos non è solo un certo tipo di filosofia matematica con l ossessione per i fondamenti, ma anche l idea della matematica come disciplina autoritaria, infallibile, inconfutabile. Lakatos propone un quadro concettuale fallibilista che per le discipline formali. In questa prospettiva gli assiomi hanno carattere congetturale (contrariamente a quanto ha fatto credere una certa tradizione già a partire da Euclide). Nemmeno l esposizione assiomatico-formale di una teoria matematica è definitiva, nulla infatti ci garantisce che il nostro sistema formale contenga tutto il materiale empirico o quasi-empirico al quale siamo davvero interessati. Non c è infatti nessun criterio formale per la correttezza di una formalizzazione.

6 Viola Schiaffonati Struttura e scoperta 6 - La matematica infatti tende a cancellare più di ogni altra scienza, nell esposizione, le tracce delle sue fasi di sviluppo; nemmeno la conoscenza perfettamente chiara delle proposizioni matematiche nasce così com è, ma è introdotta e preparata da occasionali notazioni, congetturae esperimenti mentali e anche fisici con numeri e figure geometriche. Per Lakatos anche la matematica si sviluppa formulando congetture, proponendo dimostrazioni e analizzando (nella fase della critica) tali dimostrazioni. In questa prospettiva ha senso chiedersi a che cosa servano le dimostrazioni: la risposta di Lakatos è non a imporre una credenza, ma a suggerire dei dubbi, cioè nuovi problemi; l esito non è la quiete dello scetticismo, ma una sorta di dialettica di congetture, dimostrazioni e confutazioni. Anche dalle dimostrazioni non rigorose si impara: non si consegue mai la certezza, i fondamenti non si raggiungono mai, ma l astuzia della ragione tramuta ogni aumento di rigore in un aumento di contenuto nel campo della matematica.