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Scienza e scienza ingenua

Scienza e scienza ingenua

05 Gennaio 2021 Marco Salucci
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Marco Salucci
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L’opinione comune afferma che la scienza moderna è caratterizzata dal metodo sperimentale, e quando le si chiede di precisare in cosa tale metodo consista racconta stancamente la (solita) storia dello scienziato che elabora una teoria e poi procede a effettuare esperimenti per verificarla. Se una teoria ha superato un certo numero di verifiche sperimentali allora è vera. Questo metodo funziona, si conclude, in quanto sono i fatti stessi a decidere della verità di una teoria. Ebbene non c’è una sola fra le affermazioni appena fatte che sia pacifica.

Il metodo scientifico è molto più complesso di quanto pensi l’opinione comune e, dunque, non se ne può discutere sensatamente avendone presente una versione rudimentale se non addirittura inesatta. Riflettere sulla distanza che corre fra l’opinione comune e la scienza dovrebbe essere un incentivo ad avvicinarla, non ad evitarla.

L’opinione comune nei confronti della scienza

L’opinione comune nei confronti della scienza è caratterizzata da due elementi: riguardo alle teorie ritiene che siano completamente accessibili solo agli scienziati e limitatamente all’uomo comune;  riguardo al metodo ne ha un’immagine estremamente semplificata, sostanzialmente ridotta a un concetto rudimentale di sperimentazione. Si tratta di due caratteri che hanno a che fare con ambiti diversi: il primo concerne i risultati conseguiti dalla scienza, il secondo attiene alla riflessione sulla scienza, ovvero alla filosofia della scienza.

Ora, mentre nel primo caso l’opinione comune ammette e giustifica esplicitamente l’ignoranza per i non specialisti, nel secondo caso ritiene di essere nel giusto: che cosa potrebbe altrimenti essere la scienza se non una spiegazione di cosa accade in natura ottenuta attraverso l’esperimento?

Nella prima sezione di questa nota accennerò a un motivo che spiega il carattere elitario che l’uomo comune attribuisce alla scienza (che invece è l’impresa più democratica che esista), nella seconda parte richiamerò qualche caso (ben noto nella letteratura specialistica) con cui è possibile mettere in dubbio i luoghi comuni relativi al modo di procedere della scienza. Non prendo neppure in considerazione l’idea che il sapere scientifico non abbia nulla di speciale, che sia collocabile allo stesso livello del sapere comune e che dunque l’opinione comune con quello possa legittimamente discutere, azzerando la differenza fra competenti e incompetenti in nome di un malinteso senso della democrazia: come diceva Galilei, le verità scientifiche non si decidono a maggioranza.

Le opinioni del senso comune sulla scienza non nascono a caso, si fondano spontaneamente per mezzo delle naturali risorse cognitive di cui l’uomo è dotato: la scienza che così si forma è dunque una scienza spontanea, in relazione alla scienza vera e propria è una scienza ingenua. Sulle basi di questa e sulle risorse cognitive naturali sorge poi anche una filosofia della scienza ingenua. 

A) Perché (a volte) la scienza sembra difficile? 

La risposta più semplice e diretta alla domanda è quella che si richiama all’analfabetismo scientifico.

Le ragioni di tale analfabetismo sono varie e complesse, richiederebbero un esame delle politiche educative e scolastiche, degli indirizzi dell’industria culturale e dei mass media, dei caratteri della cultura nazionale (tradizionalmente di tipo letterario, umanistico e giuridico). L’analfabetismo scientifico esiste, innegabilmente; e in Italia il problema è particolarmente grave. Affermato con decisione tutto ciò, occorre però considerare anche un altro aspetto che chiameremo antropologico: l’ignoranza scientifica dell’uomo comune – che si riverbera sull’ignoranza tecnologica - dipende dalla distanza che c’è fra le teorie scientifiche e il modo con cui l’uomo vede e percepisce spontaneamente il mondo.

La formulazione forse più efficace della distanza fra l’immagine scientifica del mondo e quella dell’esperienza comune è stata espressa da Eddington nel 1929 quando, introducendo la sua opera The Nature of the Physical World, dichiarava di averla scritta seduto a due scrivanie: “una di essi mi è familiare fin dall’infanzia [...] Ha estensione; è relativamente costante; è colorata; soprattutto, è solida [...] L’altra [...] è soprattutto vuoto. Disseminate in questo vuoto ci sono numerose cariche elettriche che viaggiano a gran velocità; ma la loro massa complessiva è meno di un miliardesimo della massa della scrivania medesima [...] Non ho bisogno di dirvi che la scienza moderna mi ha assicurato [...] che la mia seconda scrivania, quello scientifica, è la sola che esista realmente”.

In modo molto rozzo possiamo dividere la storia della conoscenza del mondo naturale in tre fasi fondamentali: quella antica e medievale, della quale sceglieremo a campione Aristotele, quella ottocentesca, della quale prenderemo ad esempio il positivismo, e quella novecentesca e contemporanea successiva alla seconda rivoluzione scientifica (quantistica e relativistica) che per brevità chiameremo einsteinana.

 

Ora, tali fasi non sono solo tre tappe succedutesi nel tempo delle quali solo l’ultima sopravviva, ma convivono oggi tutte insieme benché in ambienti culturali diversi. La scienza aristotelica è quella dell’uomo della strada, di colui che ex definitione non ha nessuna conoscenza scientifica e che per conoscere la realtà usa la dotazione di strumenti fornitagli dalla natura: i cinque sensi e qualche rudimentale struttura logica. Il modello ottocentesco di scienza è verosimilmente il punto il vista di una persona che abbia una cultura scientifica di tipo medio, come quella che si apprende nella scuola superiore. Il modello einsteinano, infine, è proprio di una cultura scientifica di grado elevato caratteristica di coloro che hanno accesso alla scienza ad un livello abbastanza raffinato, sicuramente gli scienziati o chi abbia una cultura scientifica aggiornata (più che ottocentesca dunque).

Ora, l’uomo che usa un modello aristotelico pensa, per esempio, che: siccome quando smettiamo di pedalare la bicicletta si ferma, allora in natura un oggetto si muove fintanto che dura la forza che lo fa muovere; siccome una palla di piombo raggiunge il suolo prima di una piuma anche quando entrambe siano fatte cadere dalla stessa altezza allora in natura i corpi più pesanti cadono più velocemente; un oggetto posto su un corpo in movimento, se non vi è fissato, tende a cadere in direzione contraria al movimento; in natura tutti i corpi hanno grandezze loro proprie indipendentemente dal fatto che siano misurate o no; tutti i corpi che ruotano su se stessi presentano la stessa faccia dopo ogni giro.

Ebbene neppure una delle affermazioni precedenti è vera. “In natura un oggetto si muove fintanto che dura la forza che lo fa muovere”, significa che tutti i corpi tendono naturalmente a stare in quiete e anche che le leggi naturali che valgono sulla Terra non valgono nel resto dell’universo dal momento che i corpi celesti, come il Sole, ruotano incessantemente.

Galilei e Newton hanno mostrato che tutti i corpi, in Terra e in cielo, perseverano nel loro stato di quiete o di movimento a meno che una forza non intervenga a cambiarne lo stato (principio d’inerzia). La piuma giunge a toccare il suolo dopo la palla di piombo perché offre più resistenza all’aria, in condizioni di vuoto entrambe toccherebbero terra nel medesimo istante. La velocità di caduta è una funzione del tempo e degli spazi percorsi, non della pesantezza. La pesantezza e la leggerezza non sono proprietà intrinseche dei corpi ma dipendono dalla forza di gravità con cui la Terra li attrae. “Un oggetto posto su un corpo in movimento, se non vi è fissato, tende a cadere”; Allora perché se la Terra si muove non cadiamo? Che la Terra sia immobile perché altrimenti gli oggetti che cadono dall’alto di una torre, per esempio, toccherebbero il suolo spostati verso est è l’argomento che gli aristotelici usavano contro Galileo e eliocentrico.

 

Ciò che però qui interessa è richiamare l’attenzione su quanta fatica sia occorsa ed occorra per mostrare che il punto di vista aristotelico è sbagliato: oltre venti secoli di storia per l’umanità e oltre dieci anni di studio per istruire le giovani generazioni sulla scienza moderna. Perché dunque il modello  aristotelico è sbagliato e nonostante ciò tanto tenace? Gli antichi, e Aristotele, non erano meno intelligenti di noi eppure credevano che la Terra fosse ferma al centro del sistema solare. Il fatto è che si fidavano troppo dei loro sensi:  nella realtà non percepiamo il movimento della Terra e anzi ci sembra proprio di stare immobili mentre il Sole e le stelle si muovono. E’ anche vero, poi, che se smettiamo di pedalare la bicicletta si ferma. Dunque la condizione in cui gli antichi si trovavano quando elaboravano la loro scienza è la stessa in cui ci troviamo noi oggi nel percepire la realtà nella vita quotidiana (è l’immagine del senso comune di cui parla Eddington): la fisica di Aristotele è la fisica spontanea, o ingenua, che deriva dal nostro ordinario uso dell’apparato percettivo e sensoriale di cui siamo naturalmente dotati. I sensi di cui noi uomini di oggi disponiamo sono gli stessi di quelli di cui disponevano gli antichi: gli antichi credevano che la Terra fosse immobile non perché avevano percezioni  peggiori delle nostre. La fisica di Aristotele è dunque ben radicata nel modo in cui il nostro apparato percettivo è fatto, per questo è una fisica spontanea, ma perciò anche ingenua.

Se i nostri sensi sono uguali a quelli degli antichi e anche noi continuiamo a percepire la Terra immobile, le nostre conoscenze si sono però evolute: sappiamo meglio degli antichi dove e quando la natura non è come appare. Abbiamo così compiuto un progresso e lasciato la fase della scienza antica per quella galileiana: ma forse non ancora per la scienza contemporanea se, nonostante non si creda più nell’immobilità della Terra, si crede ancora che in natura tutti i corpi abbiano grandezze loro proprie indipendentemente dal fatto che siano misurate, oppure che tutti i corpi che ruotano su se stessi presentino la stessa faccia dopo ogni giro.

La prima affermazione non è sempre vera perché la fisica quantistica mostra che le particelle elementari acquisiscono determinate grandezze solo nel momento in cui vengono misurate. La seconda affermazione non è sempre vera perché, per esempio, l’elettrone possiede una proprietà, detta spin, che può essere approssimativamente immaginata come la strana proprietà che avrebbe un corpo in rotazione su se stesso che presentasse la stessa faccia ogni due giri. Sono, questi appena ricordati, risultati conseguiti tra la fine dell’Ottocento e il Novecento quando sono avvenuti cambiamenti così profondi nella scienza che vanno ben al di là non solo delle naturali possibilità percettive ma sfidano anche la nostra ordinaria capacità di immaginazione. Crisi dei fondamenti della matematica, geometrie non euclidee, teoria della relatività e meccanica quantistica sono i campi in cui la scienza ha conosciuto tali sconvolgimenti.

Si tratta di ambiti nei quali sono sorte teorie che sono ormai non solo ampiamente accettate dalla comunità scientifica ma che fanno parte del normale curriculum universitario delle facoltà scientifiche. Queste teorie, ormai vecchie di quasi cento anni, sono ancora ignote all’uomo comune e ignorate anche da coloro che abbiano una cultura scientifica di livello medio. Le “stranezze” della fisica contemporanea non si limitano ovviamente alle due appena menzionate, sono innumerevoli, si pensi al rallentamento del tempo e all’accorciamento delle lunghezze per velocità prossime a quella della luce, ad un universo a n dimensioni (non più solo quello quadridimensionale dello spazio-tempo di Einstein e Minkowski), all’indeterminatezza degli eventi subatomici. In tutti questi casi si ha a che fare con risultati ottenuti con strumenti matematici in diretto contrasto non solo con ciò che percepiamo ma spesso anche con ciò che possiamo immaginare.

La soluzione di certe equazioni ci conduce a conclusioni che non è possibile visualizzare neppure con la fantasia. La capacità della scienza di oltrepassare le colonne d’Ercole della percezione e dell’immaginazione è affidata alla ragione e alla matematica.

B) Cosa significa “spiegare”?

L’opinione comune afferma che la scienza moderna è caratterizzata dal metodo sperimentale, e quando le si chiede di precisare in cosa tale metodo consista racconta stancamente la (solita) storia dello scienziato che elabora una teoria e poi procede a effettuare esperimenti per verificarla. Se una teoria ha superato un certo numero di verifiche sperimentali allora è vera. Questo metodo funziona, si conclude, in quanto sono i fatti stessi a decidere della verità di una teoria. Ebbene non c’è una sola fra le affermazioni appena fatte che sia pacifica.

In primo luogo non si può dire di aver verificato la teoria, per esempio, “tutti i corvi sono neri” perché tutti i corvi osservati sono risultati neri: quelli osservati fino ad oggi lo sono ma questo non garantisce che domani non si osservi un corvo non-nero. Non è neppure possibile appellarsi all’esistenza di una legge di natura per la quale tutti i corvi – compresi quelli non osservati - sono neri; per giustificare tale legge, infatti, dovremmo citare pur sempre il fatto che tutti i corvi osservati sono neri, esponendoci così alla stessa obiezione. In conclusione l’osservazione di un numero per quanto elevato di corvi neri non rende certamente vera ma solo probabilmente vera la teoria “tutti i corvi sono neri”. Quello che possiamo dire è che maggiore il numero delle verifiche superate maggiore la probabilità che la teoria sia vera. Ma qui si presenta un’altra difficoltà: siccome l’enunciato “tutti i corvi sono neri” è logicamente equivalente a “tutte le cose che non sono nere non sono corvi” allora l’osservazione di un maglione giallo conferma la teoria “tutti i corvi sono neri”. Il che è, evidentemente, paradossale.

Ma i guai dell’opinione comune riguardo al metodo scientifico non sono finiti: cosa sono i “fatti” l’osservazione dei quali deciderebbe della “verità” di una teoria? Cosa significa osservare i quark? Sono osservabili i buchi neri? Sono direttamente osservabili i neutrini? Oppure di molte osserviamo gli effetti e ne concludiamo certe quelle entità esistano come cause degli effetti? O alcune entità devono esistere perché una teoria funzioni? Non osservavano lo stesso fatto Tolomeo e Copernico quando vedevano il Sole sorgere all’orizzonte? Eppure Tolomeo vedeva il Sole che si alzava rispetto all’orizzonte mentre Galileo vedeva abbassarsi l’orizzonte rispetto al Sole. Se, dunque, uno stesso fatto è compatibile con teorie diverse, come si può dire che una sola teoria descrive ed è verificata dai fatti? E come si può scegliere fra più teorie in competizione?

I problemi appena menzionati hanno, nella letteratura specialistica, un nome e un cognome: si tratta dei problemi dell’induzione, della verifica, della conferma, del rapporto fra termini osservativi e termini teorici, della sottodeterminazione delle teorie. Per ovvi motivi di spazio non si può qui far nulla di più che nominarli. Tuttavia, per dare un’idea meno sommaria dell’argomento esaminiamo almeno una questione un po’ più in dettaglio: quella della spiegazione.

Il dibattito ha un punto di riferimento ben preciso e imprescindibile rappresentato dal modello cosiddetto nomologico deduttivo (ND) proposto nel 1948 da C. G. Hempel e P. Oppenheim. Secondo tale modello un evento (E) è spiegato quando è deducibile da premesse che esprimono le condizioni  (C) in cui si è verificato l’evento e le leggi di natura (L) applicate all’evento.

C … Cn

L … Ln

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Per esempio, se vogliamo spiegare la dilatazione di una certa quantità di mercurio in un termometro, fra le condizioni iniziali ci saranno la temperatura iniziale del mercurio, dell’ampolla di vetro, di una bacinella d’acqua calda e la legge per la quale i metalli si dilatano quando riscaldati. La deduzione avverrà come segue:

Un’ampolla di vetro contenente mercurio alla temperatura n è stata posta in una bacinella d’acqua calda alla temperatura n+x

Il mercurio è un metallo,

Tutti i metalli si dilatano se riscaldati

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Il mercurio nell’ampolla si è dilatato

Primo problema: quello dell’induzione, lo stesso problema che abbiamo avuto con i corvi neri. Come facciamo a sapere che tutti i metalli se riscaldati si espandono? Solo quelli fino ad oggi osservati si espandono. Vogliamo precisare allora che tutti i metalli se riscaldati si dilatano perché c’è una legge di natura che afferma “tutti i metalli se riscaldati si dilatano”. Ma tale legge può essere giustificata sempre solo dal fatto che i metalli osservati fino ad oggi si espandono. Dunque non siamo nelle condizioni di fare previsioni sul futuro o affermazioni generali, anzi siamo di fronte a un evidente circolo vizioso.

Secondo problema. Consideriamo la seguente spiegazione del perché una quantità x di sale non si è sciolta in una quantità y di acqua: 

Sono stati fatti riti magici su questa quantità x di sale

La quantità x di sale è stata posta in una quantità y di acqua

Tutte le quantità x di sale sottoposte a riti magici non si sciolgono in una quantità y di acqua

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Questa quantità x di sale non si è sciolta in una quantità y di acqua

Nonostante alcuni possano pensare il contrario  - per esempio tutti coloro che hanno seguito una serie di televendite anni fa - questa non è evidentemente una spiegazione. Ma come distinguerla da una spiegazione genuina? Qualche autore si è appellato al concetto di rilevanza (gesti e formule magiche sono irrilevanti per il verificarsi del fenomeno), alla distinzione fra generalizzazioni accidentali e leggi. Ma molto semplicemente potremmo chiederci, magari sperimentandolo personalmente, perché una stessa quantità di sale che non è stata sottoposta a riti magici non si scioglie nella stessa quantità d’acqua. Forse perché la quantità d’acqua è insufficiente e la soluzione si satura? Nel qual caso avremmo a che fare con una legge di natura perché qualunque quantità x di sale posta in una quantità y insufficiente d’acqua non si scioglie indipendentemente dal fatto che sia stata sottoposta o no a riti magici. Il punto però è che non sempre possiamo sapere se una condizione è rilevante o se un’affermazione sia una generalizzazione accidentale senza aver già un’idea di cosa sia rilevante e di quale sia la legge pertinente. Ma per la stessa ragione si dovrebbe essere prudenti nel sostenere per esempio che “i pazienti ricoverati oggi con la sindrome x avevano assunto il farmaco o il vaccino y, dunque il farmaco o il vaccino y causano la sindrome x”, perché potremmo anche dire che “gli stessi pazienti ricoverati oggi con la sindrome y avevano fatto una passeggiata, dunque la passeggiata causa la sindrome y”. Se non lo diciamo è perché pensiamo che in un caso vi sia e nell’altro non vi sia una relazione di causa ed effetto. Ma ciò suppone che già si sappia che esiste tale relazione, il che, appunto è compito complesso che richiede una ricerca complessa (scientifica, appunto).

Altro problema. Supponiamo che l’arrivo di un certo tipo di fronte atmosferico di bassa pressione sia sempre seguito da una tempesta e che certe letture di un barometro siano un segno certo dell’arrivo di tale tipo di fronte atmosferico. Dunque una lettura di bassa pressione del barometro è sempre seguita da una tempesta. Ma la tempesta non può essere spiegata dalla lettura del barometro. Mentre l’arrivo del fronte di bassa pressione spiega i valori che si leggono sul baromentro, il valori che si leggono sul barometro non spiegano l’arrivo del fronte. E questo per il semplice motivo che la bassa pressione causa il valore del barometro ma il valore del barometro non causa la bassa pressione. Ma così abbiamo introdotto il concetto di causa. Modificare la spiegazione introducendo la causa non è tuttavia un’operazione gratuita: essa eredita tutta una serie di problemi che non è qui possibile neppure elencare ma che sono oggetto di discussione da almeno tre secoli per ovviare ai quali il modello ND era stato introdotto. Una soluzione sta nel rafforzare il modello ND non nell’abbandonarlo.

La morale di tutto ciò è che il metodo scientifico è molto più complesso di quanto pensi l’opinione comune e, dunque, non se ne può discutere sensatamente avendone presente una versione rudimentale se non addirittura inesatta. Riflettere sulla distanza che corre fra l’opinione comune e la scienza dovrebbe essere un incentivo ad avvicinarla, non ad evitarla.

 

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