La Scienza e il Metodo Scientifico

L'uomo ha sempre cercato di comprendere il mondo che lo circonda.
Ed ha chiamato "scienza" il metodo che finora
si è dimostrato più efficace per raggiungere lo scopo.

Astronomi, medici o alchimisti, i primi scienziati erano spesso anche sciamani.
Solo con Galileo Galilei, nel '600, la scienza si affranca dalla religione, iniziando un inarrestabile sviluppo.

Chi siamo? Da dove veniamo? Come ha avuto inizio il mondo? E perché?...

Da sempre l'uomo si pone queste domande e, per rispondere, segue due vie diverse: quella religiosa, basata sulla fede in verità trascendenti, e quella razionale, basata sull'osservazione del mondo e sul ragionamento.

La scienza è, infatti, il sapere umano basato su fatti
oggettivi e razionali, misurabili sperimentalmente
o deducibili matematicamente da principi assodati.

Fino al ‘600 e alle opere di Galileo Galilei, però. la scienza è rimasta strettamente intrecciata con la religione.

PERFEZIONE MATEMETICA
I popoli antichi erano affascinati dal moto delle stelle e dalla possibilità di manipolare gli oggetti naturali per produrre utensili o medicinali.
Per questo, popoli diversi in luoghi diversi (dalla Cina all'Egitto alla Mesopotamia) hanno sviluppato indipendentemente scienze come l'astronomia, l'alchimia e la medicina.

Ma la spiegazione dei fenomeni naturali era per i nostri antenati rigorosamente religiosa. In Egitto, per esempio, si curavano le malattie con esorcismi e purificazioni, perché si pensava che fossero gli spiriti maligni a danneggiare la salute.

Perfino la matematica, che cominciò a svilupparsi oltre 5 mila anni fa, aveva principalmente un valore simbolico e nessuno pensava di servirsene per descrivere la natura. Nemmeno i Greci che pure introdussero il concetto stesso di dimostrazione rigorosa.
La scienza greca oscillava infatti tra due estremi: la matematica pura. che raggiunse l'apice con la geometria di Euclide (III secolo a. C.), e l'osservazione della natura, che però era qualitativa e non quantificabile.

Alla fine prevalse lo spirito metodico e classificatore di Aristotele, che catalogò, tra l'altro, tutte le specie viventi conosciute secondo schemi ancora oggi parzialmente utilizzati.
Non solo, Aristotele inquadrò la natura in un sistema logico coerente come mai nessun altro prima e dopo di lui è riuscito a fare.
E, infatti, la sua visione dominò la cultura occidentale per almeno un millennio e mezzo, fino a diventare così "sacra" che nessuno osava più metterla in discussione.

LA RIVOLUZIONE SCIENTIFICA
Questa situazione non poteva però durare in eterno e cambiò decisamente nel Rinascimento, anche per l'invenzione della stampa che permise una più ampia circolazione delle idee.
La svolta avvenne nel 1543, quando Niccolò Copernico affermò, nel De Revolutionibus Orbium Coelestium, che è la Terra a girare intorno al Sole, e non viceversa, sfidando apertamente l'astronomia di Aristotele.

Poco dopo. Galileo Galilei sferrò l'attacco definitivo, fondando, di fatto, la scienza moderna. il suo contributo principale fu la costruzione di un metodo che permettesse di arrivare a conclusioni inconfutabili attraverso le osservazioni sperimentali.
Galileo, inoltre, inaugurò con il telescopio l'uso degli strumenti di misura, e con il piano inclinato gli esperimenti in laboratorio.

Introdusse anche per la prima volta nella storia l'idea che la natura sia "scritta in lingua matematica". Questa concezione fu perfezionata da Isaac Newton, che nei suoi Principia Mathematica del 1687, pietra miliare della fisica, sviluppò matematicamente la meccanica classica e la teoria della gravitazione.

LA MACCHINA DELL'UNIVERSO
I successi delle teorie di Newton furono di tale portata che, ben presto, i fisici cominciarono a vedere l'universo come un’enorme macchina che "gira seguendo leggi matematiche": Era nato il meccanicismo.

Molti scienziati pensavano che il meccanicismo si sarebbe esteso ad altre discipline, dalla biologia alla medicina, e la scienza avrebbe così ritrovato quell'unità che aveva ai tempi di Aristotele, ma con il moderno e potente linguaggio della matematica.
Quest’estensione, però, non ci fu. Parallelamente al meccanicismo, infatti, si sviluppò una concezione della scienza basata sul pensiero di Francesco Bacone, contemporaneo di Galileo, che prediligeva la I classificazione dettagliata e ordinatrice e dava molta importanza alle spiegazioni storiche.
Lungo questo filone si svilupparono biologia, zoologia, genetica, anatomia ed evoluzionismo.

Ma lo scossone più forte al meccanicismo venne proprio dalla fisica, all'inizio del 1900.

Da una parte, Albert Einstein dimostrò che lo spazio e il tempo non esistono come entità a sé stanti, ma sono collegati tra loro e dipendono dalla velocità dell'osservatore; il che faceva crollare la sicurezza nella teoria di Newton.
Dall'altra, la meccanica quantistica dimostrò l’imponderabilità di alcune misure a livello microscopico: quanto meglio si conosce la i posizione di una particella in un certo istante, tanto meno la si conoscerà nell'istante successivo (principio di indeterminazione). Il ché implicava l'impossibilità teorica di conoscere tutti gli aspetti della realtà: era il crollo del sogno del meccanicismo.

La scienza è cresciuta enormemente in tutti i campi, e anche il modo di lavorare è cambiato: la figura dello scienziato isolato ha lasciato il posto a gruppi di ricerca che possono essere composti da centinaia di persone, come quelli che lavorano nell'acceleratore di particelle del CERN di Ginevra o nei progetti di decodifica del genoma umano.

Lo sviluppo tecnologico permette di indagare le condizioni più estreme: l'immensamente piccolo (miliardesimi di miliardesimi di metro), l'immensamente grande (miliardi di miliardi di chilometri), il freddissimo (milionesimi di grado sopra lo zero assoluto), e l'ultrapreciso (tempi esatti al miliardesimo di microsecondo).

A effettuare i calcoli sono potentissimi computer, e la matematica comincia ad allargarsi anche al campo delle scienze non esatte, come economia e biologia (la legge di Kleiber ad esempio, mette in relazione l'età raggiungibile da un individuo di una specie ed il suo metabolismo con la sua massa),anche se sono ormai pochi a credere nella possibilità di descrivere con la matematica tutta la realtà.
Oggi però il problema più serio non è l'analisi filosofica dei limiti della scienza, ma l'impatto che le scoperte scientifiche possono avere su di noi. Se ai tempi di Galileo una nuova scoperta poteva impiegare secoli ad influenzare la vita delle persone, oggi non è più così.
Basti pensare che, grazie agli sviluppi della medicina, la nostra vita media è quasi raddoppiata nell'ultimo secolo. E tutti sono interessati agli esperimenti sulla clonazione e sulla manipolazione genetica.

Le nuove domande sono dunque relative ai problemi etici. E’ giusto investire in esperimenti costosissimi? Come indirizzare lo sviluppo per migliorare le condizioni di vita, senza danneggiare l'equilibrio ecologico? Fino a che punto è lecito manipolare direttamente la vita? La risposta dovrà essere data da tutti noi, e indicherà il percorso della scienza di domani.

Nel Medioevo lo scibile umano veniva suddiviso in scienze del trivio (grammatica, dialettica e retorica) e scienze del quadrivio (geometria, aritmetica, musica, astronomia), seguendo gli schemi aristotelici.

Oggi queste classificazioni non esistono più: la scienza è frammentata in una miriade di discipline e specializzazioni, ognuna con un proprio linguaggio e una propria identità. Anche perché "scienza" non è solo la formulazione di leggi teoriche (come fa la fisica teorica) ma è anche osservazione, paziente catalogazione (come in biologia) e pratica quotidiana (come in medicina).

IL METODO SCIENTIFICO
Ma c'è qualcosa che accomuna le varie discipline scientifiche e permette di distinguere in maniera concreta tra ciò che è scienza e ciò che non lo è?
Secondo molti studiosi, sì... pur di fare qualche schematizzazione. Le verità della scienza, per essere oggettive e indiscutibili devono infatti essere acquisite in maniera rigorosa.
Come riuscirci? La risposta più diffusa è: per mezzo del metodo scientifico introdotto da Galileo Galilei. Esso si basa sull'osservazione sperimentale e su due processi mentali importantissimi, l'induzione e la deduzione.

OSSEVAZIONE E PREPARAZIONE
Innanzitutto (prima fase), si definisce un problema sperimentale e si prepara un’osservazione diretta (per esempio guardare la volta celeste), oppure un esperimento creato per mettere in luce un fenomeno (per esempio, facendo rotolare biglie di bronzo sopra un piano inclinato).
L’osservazione può essere effettuata con i propri sensi o attraverso strumenti di misura, come telescopi, microscopi o contatori Geiger (che vedono le radiazioni). Si noti che gli esperimenti non sono mai fatti senza motivo, ma per verificare una teoria esistente o per cercare applicazioni concrete (come avviene nell'industria).

LE MISURE E LA CASUALITÀ
La seconda fase, quella della misura, è spesso ricca di sorprese. Anche perché a volte si misurano effetti non ben compresi. Come quando Ernst Rutherford e Hans Geiger contavano le particelle alfa (nuclei di elio) prodotte da decadimenti radioattivi, ma senza avere ancora chiaro come fosse fatto l'atomo.

E proprio per questo che molte scoperte importanti sono fatte per caso. Alexander Fieming. per esempio, scoprì la penicillina notando che una muffa inibiva inaspettatamente la crescita di alcuni batteri. Un altro esempio è quello di Arno Penzias e Robert Wilson, che vinsero il premio Nobel per la fisica nei 1978 per aver scoperto la radiazione fossile lasciata dal Big Bang (l'esplosione che diede origine all'universo)... quando i due, in realtà, volevano solo osservare i resti di una supernova.

Un esperimento scientifico, inoltre, per avere valore, dev'essere riproducibile, cioè dev'essere realizzabile anche in altri laboratori.

UNA VISIONE GENERALE
I dati sperimentali, una volta accumulati e selezionati, devono poi essere inquadrati in una visione generale. Questa terza fase è chiamata induzione e consiste in un processo d’astrazione che consente di trovare una regola generale a partire da dati particolari.

Per esempio. quando Galileo vide oggetti diversi cadere dalla torre di Pisa nello stesso modo, concluse che l'accelerazione di gravità è la stessa per tutti i corpi... compresi quelli che non aveva visto.
Anche Charles Darwin fece ricorso all'induzione quando formulò la legge dell'evoluzione partendo dallo studio di alcuni fossili.

LA COSTRUZIONE DEL MODELLO
A partire dalle generalizzazioni dei dati empirici si cerca di costruire modelli o teorie di validità più generale (quarta fase). Un ottimo esempio è la teoria della gravitazione di Newton, che permette di capire anche l'esperimento di Galileo come caso particolare.

Allo stesso modo ogni buona teoria scientifica dovrebbe permettere la deduzione logico-matematica di un'ampia gamma di fenomeni.
La deduzione è il processo mentale tipico del ragionamento matematico. ma è anche utile in medicina, quando in base ai modelli noti (in questo caso non matematici) si cerca di produrre un nuovo farmaco.

LA VERIFICA
Le conseguenze della teoria devono essere sottoposte a verifica sperimentale (quinta fase), perché nessuno garantisce a priori che esse siano valide. Soprattutto quando si tratta di teorie astratte come il "modello standard . che descrive il mondo delle particelle elementari (come elettroni, quark. neutrini).

Secondo il filosofo della scienza Karl Popper, non è mai possibile essere certi che una teoria scientifica sia giusta; al più la si può falsificare, ossia dimostrare che è sbagliata, e per farlo basta trovare un solo esperimento che la smentisca. Se la teoria non funziona bisogna abbandonarla e tornare alla fase 1.

SCIENZA E NON-SCIENZA
Popper spinse quest’idea fino a dire che una teoria che non è falsificabile non è scientifica. In altre parole, per ogni teoria dev'essere concepibile almeno un esperimento in grado di dimostrare (se non dà il risultato previsto) che la teoria stessa è sbagliata.

Ha ragione Karl Popper? Per le leggi fisiche, sì. Per esempio, la teoria della gravitazione di Newton è falsificabile perché fa previsioni precise: se una sola orbita non corrispondesse ai calcoli, significherebbe che la teoria è sbagliata.

Al contrario, l'astrologia (come, in genere, i fenomeni paranormali) non può essere messa in dubbio sulla base di un preciso esperimento, quindi non è una disciplina scientifica.
Se un oroscopo non funziona infatti, nessuno può dire che l'astrologia ha fallito. Chi crede all'astrologia dovrebbe quindi essere consapevole che lo fa sulla base di convinzioni personali e non di verità oggettive.
Sigmund Freud diceva: "La scienza non è un'illusione. Sarebbe invece un'illusione credere di poter ottenere da altre fonti ciò che essa non è in grado di darci" .

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