Teorie scientifiche e non

Il Giornale Online
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 meta-scienza o se preferite di meta-fisica o ancora di epistemologia, cio√® 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:

la scienza si basa sul metodo sperimentale

la scienza è riproducibile

la scienza ci dice quali sono le leggi che regolano la realtà (ciò che le cose connette e muove e perchè -Me(ta)Faust-)

la scienza è vera, il resto è opinabile

etc.

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 √® scritto in linguaggio matematico”

Punto 1a)

La Natura stessa √® fonte e giudice della conoscenza. Cio√® 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…). E se questo √® ottimo per certi versi (una selezione di impossibilit√† risparmia tempo e lavoro, altrimenti qualcuno potrebbe ancora cercare pietre levitanti, specchi magici o il 50simo epiciclo che renda conto dei dati astronomici), tuttavia √® una limitazione seria. Ci sono domande che √® illecito porsi secondo il paradigma corrente (vedi Khun). Ci sono campi possibili di indagine che nessun scienziato “serio” vorr√† 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)

Perch√© ? √® ancora un mistero. Due posizioni estreme sono oggi considerate: per gli uni la matematica √® 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 verit√† matematiche esistono per s√©, 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 √® difficile spiegare la straordinaria rispondenza tra matematica e realt√†, se non prendendo in considerazione un piano, un progetto, forse un fine per la realt√† stessa ( e quindi implicitamente, √® necessario un Demiurgo, un architetto, un creatore). Una disamina approfondita √® nel bel libro : “La luna nel pozzo cosmico”.

Comunque il metodo sperimentale (finora grossolanamente definito … AS) √® un requisito di una buona teoria scientifica, ma basta a qualificarla?
Molti scienziati direbbero si. E qui devo inserire una definizione di scienza che pu√≤ sembrare un p√≤ umoristica ma che ha un grande fondo di “verit√†”:

“Scienza √® quello che gli scienziati fanno”

Quindi dovrebbe bastare. Tuttavia ci sono non-scienze (a giudizio dei pi√Ļ) quali appunto l'astrologia, i cui cultori dicono basate sullo stesso metodo sperimentale. Non voglio entrare in dettagli, ma solo ricordare che molti fisici, tra cui Galileo e Keplero, facevano ( e fanno) anche gli astrologi… e Newton si occup√≤ per anni di studi cabalistici.

Punto 2)

La scienza è riproducibile. O in altri termini è operazionale (Bridgman) , è pragmatica.
Cio√® la scienza ti dice: fai questo, questo e quest'altro ed otterrai esattamente ci√≤. Lascia cadere una pietra da 10 metri ed arriver√† al suolo con questa velocit√†; 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 cio√® insiemi di prescrizioni operative che, se ben ripetute, danno lo stesso risultato. E danno lo stesso risultato indipendentemente dall'operatore (che pu√≤ essere italiano cinese, sioux; pu√≤ essere cattolico, musulmano, buddista; pu√≤ essere affamato, felice, incavolato…), ma anche (con alcune precauzioni) indipendentemente dal luogo (l'esperimento, mutatis mutandis, pu√≤ 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 riproducibilit√† √® stata per secoli la discriminante pricipale tra “effetti” illusori/soggettivi ed effetti “reali”. Per√≤…

La riproducibilit√† “classica”, descritta sommariamente sopra, non √® pi√Ļ quella della fisica moderna. La meccanica quantistica ci dice: fai questo, questo e quest'altro e otterrai… o questo, o questo o quest'altro. Cio√® il risultato di un esperimento, ripetuto nelle stesse identiche condizioni, non √® pi√Ļ predicibile (n√® ovviamente riproducibile). Ci sono invece pi√Ļ risultati possibili ( a volte anche infiniti risultati possibili) e tutto quello che pu√≤ dirci la teoria √® la probabilit√† di tali risultati (indeterminismo “quantistico” contro il determinismo “classico”). Quindi la riproducibilit√† permane solo in senso “debole”, cio√® se faccio un numero ( sufficientemente) alto di volte lo stesso esperimento l'esito sar√† in accordo statistico con le probabilit√† a priori date dalla teoria.

La riproducibilit√†, come aveva gi√† messo in luce 40 anni fa B. Toushek, sta diventando anche sempre pi√Ļ problematica in pratica. E questo √® 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'√® proprio il sano scetticismo (non c'√® “ipse dixit” che tenga in campo scientifico) allora io oggi mi sveglio e dico: Galileo si √® inventato i suoi risultati. Posso sempre per√≤ 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, cio√® che i bosoni Z,W trovati al CERN, in realt√† non esistono… Cosa dovrei fare? Ovviamente ripetere l'esperimento! Ma per ripetere l'esperimento occorrono: un acceleratore di particelle che costa miliardi di Euro, un equipe di almeno 300 scienziati/ingegneri/tecnici, 3 anni per la raccolta dati e l'analisi degli stessi. In sostanza il singolo scienziato non pu√≤ pi√Ļ ripetere alcuni esperimenti (√® vero che la comunit√† scientifica nel suo complesso pu√≤ ancora farlo, ma temo che anche questa opzione si stia indebolendo a causa dei costi sempre pi√Ļ elevati. In fondo arrivare secondi o terzi non piace 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 così strettamente caratterizzante.

Con i punti 3 e 4 entriamo sempre pi√Ļ nel terreno minato della filosofia…

Punto 3).

Solo alcune considerazioni di sfuggita (ci saranno altri interventi in seguito (AS ! ) :

3a)

la realt√†… cos'√® la realt√†? la descrizione della materia e della “realt√†” data dalla Meccanica Quantistica √® veramente agli antipodi della comune percezione del mondo di una persona comune anche colta… Semmai si avvicina alla descrizione/interpretazione del mondo di alcune “teorie” religiose/mistiche/sapienziali/esoteriche ( e di ci√≤ si sono accorti sia numerosii “guru” sia numerosi fisici – vedi ad es.: “Il tao della fisica”, “La danza dei maestri Wu Li”, “The Holy Science”).

3b)

La scienza non risponde ai “perch√®”, semmai ai “come”. Cio√® il gioco dei “perch√®”, tanto caro ai bambini, si arresterebbe quasi subito se giocato con uno scienziato. Esempio: perch√® le mele cadono? Perch√® c'√® la forza di gravit√†. Perch√® c'√® la forza di gravit√†? e perch√® √® proporzionale alla massa? e perch√® si indebolisce con il quadrato della distanza? e perch√®…? Domande senza risposta: la legge di Newton (e in modo molto diverso la Relativit√† Generale di Einstein) descrivono solo (!) “come” funziona la gravit√†…non perch√®.

Punto 4)

In che senso la scienza √® “vera”? la domanda ha assunto una importanza non solo filosofica da quando Godel dimostr√≤ che anche all'interno di teorie matematiche ( e che quindi dovrebbero comunque non presentare sorprese: vedi punto 1b) ci sono “verit√†” che non possono essere dimostrate…

Ma la scienza ha problemi ancora pi√Ļ peculiari.

4a) Limitazione del campo di indagine ( numero e misura).

La scienza moderna nasce limitando fortemente e precisamente il suo campo di indagine. Come vedremo nel capitolo successivo, pu√≤ essere indagato solo ci√≤ che √® misurabile, cio√®, in ultima analisi, ricondotto ad un numero (o a pi√Ļ numeri). Per cui la Fisica, e tutte le altre discipline che fondamentalmente poggiano sulla fisica, non si occupa di tutto: si occupa di quanto √® quantificabile. Una grandissima parte del “conoscibile” o “percepibile” resta fuori dal campo di interesse della scienza. Questo non √® affato 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 agli “esperti”…). Non √® cos√¨. La qualit√† (i qualia) restano fuori. Amore, bellezza, gioia, pianto.. restano fuori. Per questo la termodinamica √® una teoria scientifica e l'estetica no. Se qualcuno sar√† in grado di misurare (secondo i canoni scientifici) la bellezza, allora l'estetica potrebbe divenire una teoria scientifica. Ovviamente con ci√≤ non √® 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” , potr√† ovviamente rispondere, ma risponder√† come Rubbia non come scienziato. La sua opinione sar√† appunto un'opinione, come la vostra.

4b)

Accettiamo pure che in qualche senso la scienza sia “vera”, cio√® ammettiamo che dia una descrizione plausibile ed utile della “realt√†” (almeno della realt√† misurabile). Ma quanto √® vera? La domanda si impose all'inizio del secolo scorso quando improvvisamente la fisica “classica”, pazientemente costruita in 3 secoli e che aveva fino ad allora dato risultati eclatanti, si dimostr√≤ errata e ben in due modi diversi! dalle ceneri della meccanica di Newton sorsero due Fenici: la “meccanica relativistica” e , faticosamente, la “meccanica quantistica” (e sono tuttora inconciliabili…). Era imperativo allora porsi il problema: come si pu√≤ stimare il grado di verit√† di una determinata teoria scientifica? La risposta pi√Ļ semplice e pi√Ļ probabile fu investigata dalla cosiddetta scuola di Vienna e si pu√≤ riassumere cos√¨:

“Una teoria scientifica √® tanto pi√Ļ vera quanto pi√Ļ √® verificata”

Date due teorie, la prima supportata da 1000 esperimenti a suo favore e la seconda da 10.000, allora la seconda √® 10 volte pi√Ļ affidabile (vera) della prima…

Sembra elementare Watson… tuttavia non lo √®. Anzi, √® decisamente sbagliato anche dal solo punto di vista logico.

Facciamo un semplice esempio.

Sia dato un mazzo (coperto) di carte “francesi” (52 carte: cuori, quadri, fiori, picche).

Ora propongo questa semplicissima “teoria scientifica”:

” la prossima carta che scoprir√≤, non sar√† l'asso di picche”.

Ok, mettiamo la teoria alla prova dell'esperimento!

Scopro la prima carta: 4 di quadri.

Perfetto, è una conferma della mia teoria.

Scopro la seconda carta : 10 di cuori.

Ancora una conferma sperimentale per la teoria…

.

.

… scopro la 32sima carta: 7 di fiori.

Ancora una conferma. A questo punto la teoria sembra “solida”: ben 32 conferme sperimentali!

Ma procediamo (e supponiamo che la fortuna ci assista…)

.

,

.. scopro la 51sima carta: re di cuori.

Ora abbiamo ben 51 conferme sperimentali, abbiamo raggiunto un massimo di conferme… ma ovviamente (a meno che il mazzo sia truccato! ) siamo ad un passo dalla catastrofe. Infatti necessariamente la prossima carta che scoprir√≤ sar√† l'asso di picche e la mia teoria miseramente croller√†.

Ripeto, l'esempio senbra banale ma se ne possono fare di pi√Ļ sottili (e logicamente equivalenti!). Tutto l'inizio del '900 √® stato caratterizzato da paradossi logici che misero “alla frusta” sia la Matematica che appunto questa meta-teoria della conferma.

Non √® quindi necessariamente vero che una teoria scientifica √® tanto pi√Ļ vera quanto pi√Ļ √® stata verificata (cio√® confermata dall'esperimento).

La scuola di Vienna chiuse metaforicamente i battenti… dalle sue ceneri emerse una meta-teoria diametralmente opposta. La teoria √® dovuta a Popper (scomparso da poco), e si pu√≤ riassumere cos√¨:

” una teoria pu√≤ dirsi scientifica se e solo se √® falsificabile”

Cio√® il solo requisito di una teoria scientifica √® la possibilit√† che una qualche esperimento dimostri che √® sbagliata…

Paradossale!

Lo esprimo in una mia formulazione che mette ancor maggiormente in luce, spero, il paradosso:

a) Una teoria vera può essere falsa

b) Una teoria che non può essere falsa è falsa

Ovviamente ho un p√≤ giocato sull'ambiguit√† che le parole hanno nel linguaggio comune (e che NON hanno nel linguaggio scientifico…)

Parafrasi di a):

una teoria vera, cioè una teoria che può dirsi scientifica, deve, secondo Popper, poter essere, in linea di principio, falsa. Cioè deve esistere un qualche esperimento che se favorevole conferma la teoria (e fin qui niente succede, vedi sopra), ma se sfavorevole DISTRUGGE la teoria ( cioè dimostra che la teoria è falsa).

Per le persone comuni, i non addetti, è difficile apprezzare subito la drasticità di questa posizione:

una teoria solida, ben collaudata nei secoli, che ha avuto miliardi di esperimenti a sua conferma… pu√≤ crollare (e DEVE crollare) appena UN SOLO esperimento la contraddice!

Sembra stupido: ma come, ho avuto ragione miliardi di volte ed ora per una volta che ho torto sono condannato/a? che giustizia è mai questa?

Ebbene √® quello che dovrebbe accadere ed √® in effetti accaduto in ambito scientifico! (non sperate per√≤ che accada in politica…)

Ma parafrasiamo anche il lato b) di sopra.

Una teoria che non può essere falsa è sicuramente falsa, cioè è una falsa teoria scientifica.

Esistono teorie che non possono essere false ? Certamente si.

Facciamo un esempio:

“La sedia su cui state sedendo ogni volta che non √® osservata (vista, fotografata, ripresa da un qualsiasi tipo di sensore…) diventa immediatamente un gatto. Appena osservata ridiventa immediatamente una sedia”

Vi invito a trovare un qualche tipo di esperimento che possa falsificare quanto sopra affermato. Lascio inoltre alla vostra fantasia trovare, anche nella vita comune, altri esempi.

—————–

Conseguenze di quanto sopra:

uno scienziato non può occuparsi di tutto (ma solo di ciò che è misurabile);

uno scienziato non potr√† mai dire: “questo √® vero, questo √® falso; questo √® possibile, questo √® impossibile”. O meglio… se lo dice sempre avr√† presente, anche se spesso non viene esplicitata, la premessa: “alla luce delle conoscenze attuali”. Cio√® uno scienziato sa (o dovrebbe sapere) che la scienza √® la terra delle “verit√†” transitorie… la teoria oggi valida, potrebbe benissimo cadere domani.

Ma questa non √® una debolezza, anzi! √® la vera forza della scienza…

————————–

Per una riflessione complementare sulla scienza vedi: http://www.umbertodigrazia.it/scienza/Co_Scienza.htm
————————————

Altre letture possibili:

Sarebbe consigliabile leggere gli scritti originali di Galileo. Un buon libro su Galileo:
A. Frova, M. Marenzana: “Parola di Galileo”, Superbur Saggi, Biblioteca Universale Rizzoli, 1998
M. Bruschi: “Me(ta)Faust”, Ed. Gli Ennagoni (Acquistabile in rete: qui)
T.S. Khun: “La struttura delle rivoluzioni scientifiche”, Einaudi, 1970
J.D. Barrow, La luna nel pozzo cosmico , Biblioteca scientifica V. 20, Adelphi Edizioni
S.P.A. , Milano, 1994.
P.W. Bridgman: “The nature of Physical theory”, Princeton, 1936
F. Capra: ” Il Tao della Fisica” , Biblioteca scientifica V. 4, Adelphi Edizioni S.P.A. , Milano,
1982.
G. Zukav: “La danza dei maestri Wu Li”, Corbaccio, 1995
Swami Sri Yukteswar: “The holy science”, Self-Realization fellowship, 1977

Fonte: coscienza.org/scienza/teorie.htm