I Mattoni della Scienza

Qui trovate i riferimenti alle pagine in cui vengono esposti
i fondamenti delle varie branche della scienza.

Le schede sono necessariamente brevi e di taglio divulgativo.
Sta a voi cercare ulteriori approfondimenti.

E' opportuno riassumere i principi fondamentali
che governano l'attività scientifica

IDEE CHIAVE DELLA SCIENZA
Come gli antichi affermavano, «nulla viene dal nulla» e se oggi la scienza e la tecnologia sono diventate protagonisti importanti della vita di tutti i giorni, lo si deve anche a tutte quelle osservazioni e riflessioni che, nei millenni, si sono accumulate di generazione in generazione fino a costituire un sapere, una cultura. infatti le idee sulle ali si basa l’edificio scientifico sono nate in un tempo assai lontano quando «gli amici della scienza», i filosofi, erano considerati gli unici depositari della verità.

«FARSI LE PULCI» A VICENDA
Un’abitudine degli scienziati, criticata dalla maggior parte della gente comune, è il rifiutarsi di dare risposte chiare a quelle che sembrano domande chiare.
Essi parlano di «scoperte preliminari» e di «necessità di ulteriori conferme» deludendo così i lettori o i telespettatori insoddisfatti che, in genere, si aspettano solo di sentire buone notizie circa l’efficacia di un nuovo farmaco o di avere informazioni sicure su oggetti stellari di nuova scoperta.
D’altro canto, gli scienziati, mentre non avrebbero problemi a dare giudizi sulle squadre di calcio o sui fatti politici del giorno, sono restii a dare conclusioni basandosi sui risultati dei loro esperimenti.

Il fatto è che la scienza è essenzialmente un’attività «sociale». L’immagine di pensatori solitari, che vivono in disparte, è molto diffusa.
Si pensa ad lsaac Newton, solo in un frutteto in campagna, che riflette sulla gravità o ad Albert Einstein, immobile su un ponte mentre guarda nell’acqua del fiume il riflesso dello spazio curvo, ignaro della folla che gli passa accanto.
Quest’immagine di solitudine, tuttavia, è falsa e incompleta. Le idee di un Newton o di un Einstein, come le scoperte e le invenzioni di altri ricercatori, per essere accettate devono essere verificate ed esaminate dalla comunità scientifica. La linfa vitale della scienza è un rigoroso atteggiamento critico.

È fondamentale che ogni esperimento sia riproducibile e che le condizioni in cui deve svolgersi siano chiaramente specificate, in modo che possa essere ripetuto senza errori.
Le ragioni di questa necessità sono essenzialmente due.
Innanzitutto gli scienziati sono esseri umani, con tutti i difetti degli esseri umani, compresa la volontà di ... imbrogliare il prossimo.

Fu Galileo a stabilire questi principi e per questo motivo viene considerato il fondatore della scienza moderna.

Così come esiste la disonestà nel mondo degli affari, allo stesso modo vengono occasionalmente alla luce esempi di ricercatori che hanno pubblicato dati non veritieri e il loro smascheramento avviene di solito quando altri scienziati non riescono a riprodurre le stesse scoperte.
Secondariamente, perfino una persona di indiscussa integrità può sbagliarsi: può, per esempio, interpretare male certi dati e pervenire a conclusioni sbagliate.

Consideriamo un biochimico che, con i suoi assistenti, stia studiando il modo in cui viene riprodotta la vitamina C nelle patate. Dopo aver condotto scrupolosamente una serie di prove, egli ritiene di avere dimostrato che le caratteristiche chimiche del terreno sono il fattore responsabile della produzione della vitamina C. Così egli pubblica i suoi risultati, insieme con le condizioni in cui svolgere gli esperimenti, e riporta le sue conclusioni. Ciò interessa altri due gruppi di ricercatori, che decidono di studiare lo stesso fenomeno e tentano di ripetere l’esperimento. Ma non riescono a confermare i risultati ottenuti dal collega e pubblicano dati discordanti. I tre gruppi allora si riuniscono, confrontano i dati e alla fine si rendono conto che il fattore che influiva sulla sintesi della vitamina C nel primo esperimento non era la sua maggiore o minore acidità (cioè il suo pH) ma un micronutriente minerale, la cui concentrazione seguiva parallelamente il pH di quel terreno. Lo stesso minerale era assente nel terreno usato dagli altri due gruppi. Il primo biochimico aveva tratto, del tutto in buona fede, una deduzione sbagliata, e il suo errore non sarebbe mai stato scoperto se altri non si fossero posti l’obiettivo di ripetere il suo esperimento.

Queste controversie possono durare tempi lunghissimi. Ci vollero, per esempio, 21 anni per condurre a termine una ricerca sull’esistenza di una serie di ormoni prodotti dal cervello che regolano diverse funzioni dell’organismo.
Che lo sperimentatore sia un giovane assistente o un premio Nobel, non fa differenza. Il lavoro di uno scienziato è credibile solo se può essere ripetuto da altri. La riproducibilità dell’esperimento è la garanzia della sua validità.

I MODELLI: COME CAPIRE LA REALTÀ SEMPLIFICANDOLA
Quando si parla di modelli si pensa di solito agli aeroplani e alle automobiline-giocattolo. Per gli scienziati e gli ingegneri questa parola rappresenta invece uno dei principi del metodo scientifico: i modelli aiutano a capire meglio come funzionano le cose.
In altre parole, i modelli scientifici forniscono una rappresentazione semplificata, ma realistica, della realtà. Perciò non sono soltanto ricostruzioni in scala ridotta fatte di legno, plastica o metallo, ma possono anche essere rappresentazioni simboliche, sotto forma di diagrammi o di formule matematiche.

Per esempio, la mappa della metropolitana di Milano è un modello che semplifica (e altera) l’aspetto geografico della città perché si limita ad indicare il più chiaramente possibile come raggiungere il luogo desiderato.
Allo stesso modo, lo schema di un circuito telefonico è un modello in cui viene omessa ogni descrizione dei componenti tecnici, così da mettere in evidenza il ruolo fondamentale dei vari pezzi che compongono il sistema.
E ancora: il modello del pubblico di un auditorio (anch’esso in scala ridotta), impiegato per provarne l’acustica, serve soltanto a rappresentare l’effetto acustico delle onde sonore sul corpo umano. Per questa ragione i modelli che fungono da spettatori non devono necessariamente avere l’aspetto di persone in carne e ossa.
Il modello del Concorde, invece, è esattamente uguale all’originale perché il suo scopo è quello di determinare le caratteristiche aerodinamiche del prototipo.
Gli ultimi due esempi si riferiscono a modelli usati nel campo dell’ingegneria; la loro funzione primaria è quella di studiare alcune caratteristiche particolari del prodotto, prima di passare alla costruzione del prototipo a grandezza naturale. Questi modelli permettono di scomporre un problema complicato in una serie di problemi più piccoli e più facilmente affrontabili.

Nella scienza invece - che come è noto differisce dalla tecnologia - i modelli sono soprattutto strumenti concettuali che consentono di spiegare certi aspetti del mondo fisico. Quindi anche una teoria scientifica è un modello; ma siccome una teoria tende sempre a semplificare la realtà, capita di rado che, alla fine, la realtà corrisponda esattamente a quanto previsto dai modelli, per accurati che siano.

Inoltre un modello può essere perfetto in certe condizioni e pessimo in altre; per esempio, il modello della relazione tra pressione, volume e temperatura di un gas va benissimo se quest’ultima è sufficientemente elevata. Ma a temperature vicine al punto di liquefazione del gas il modello è meno preciso e la sua precisione diminuisce proporzionalmente alla temperatura. Tale modello verrà allora definito "non valido" e bisognerà cercarne un altro.

Gli scienziati costruiscono l’immagine del mondo sulla base di questi modelli. Ciò non significa che essi «credano» ciecamente nei loro modelli. Anzi, ogni modello, come ogni teoria scientifica, è sempre considerato provvisorio, in attesa di uno migliore.

Ma non sono solo gli scienziati e gli ingegneri a usare i modelli per chiarire il loro pensiero: Io facciamo tutti.Ciò che è essenziale avere sempre presente è che ogni modello costituisce una semplificazione; anche un mappamondo è una rappresentazione del mondo, un modello globale e nessuno deve pretendere di ritrovarvi la torre di Pisa o le piramidi d’Egitto.

Un errore da evitare è quello di considerare il modello come una sfera di cristallo per prevedere il futuro; semmai, esso è una sfera di cristallo per cambiare il futuro.
Esso non ci dice quello che avverrà perché così è scritto da qualche parte; ci dice quello che sicuramente avverrà se noi non interveniamo: cioè, se non cambiamo modello.

Occorre anche osservare che con la parola "Teoria" non si vuole indicare una qualunque congettura, tale che una vale l'altra, ma un modello ragionato, plausibile e realistico, basato su dati di fatto verificati.
E' inoltre importante che la teoria sia corredata da un apparato matematico, che permetta di calcolare rigorosamente il comportamento.
Per alcune branche della scienza (es. fisica) questo è possibile (e doveroso) mentre per altre (es. psicologia) non lo è o lo è in misura minore (es. medicina, economia).
Per queste ultime occorre pertanto raddoppiare le cautele nell'utilizzo delle conclusioni raggiunte.
Si deve osservare anche che per queste ultime c'è più spazio per opinioni personali ed è quindi possibile il fiorire di differenti "scuole di pensiero", mentre per le prime generalmente no, poichè i risultati espressi in forma rigorosamente matematica sono inconfutabili.

QUALCHE ALTRA RIFLESSIONE SULLE TEORIE SCIENTIFICHE
Per poter parlare della natura dell’universo e discutere problemi del tipo se ci sia stato un inizio dell’universo e se e quando ce ne sarà una fine, occorre avere ben chiaro che cosa sia una teoria scientifica.

Per esempio, la teoria di Aristotele che ogni cosa fosse composta da quattro elementi - terra, acqua, aria e fuoco - era abbastanza semplice per poter essere presa in considerazione ma non faceva alcuna predizione ben definita.
D’altra parte la teoria della gravitazione di Newton si fondava su un modello ancora più semplice, in cui i corpi si attraevano l’un l’altro con una forza che era proporzionale a una quantità, chiamata la loro massa, e inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra loro.
Eppure questa teoria predice con un alto grado di precisione i moti del Sole, della Luna e dei pianeti.

Qualsiasi teoria è sempre provvisoria; in fondo, a ben pensare, anch’essa è solo un’ipotesi: una teoria non può cioè mai essere provata in modo definitivo e indiscutibile.
Anche se i risultati di molti esperimenti si sono dimostrati in accordo con una teoria, non si può mai essere sicuri di non ottenere la prossima volta un risultato che la contraddica.
D’altra parte si può confutare una teoria trovando anche un solo risultato che sia in disaccordo con le sue predizioni.

Ogni volta che nuovi esperimenti forniscono risultati in accordo con le predizioni, la teoria sopravvive e la nostra fiducia in essa aumenta; ma se troviamo una nuova osservazione che non si concilia con le predizioni, dobbiamo abbandonare o modificare la teoria.
Questo, almeno, è quanto dovrebbe accadere, ma si può sempre mettere in discussione la competenza della persona che ha eseguito le osservazioni.

In pratica, spesso accade che una nuova teoria sia in realtà solo un’estensione della teoria precedente. Per esempio, osservazioni molto precise sul pianeta Mercurio rivelarono una piccola discrepanza fra il suo moto orbitale e le predizioni della teoria della gravitazione di Newton.
La teoria generale della relatività di Einstein prediceva questo moto, leggermente diverso da quello annunciato dalla teoria di Newton. Il fatto che le predizioni della teoria di Einstein fossero in accordo con le osservazioni, mentre quelle della teoria di Newton risultassero inesatte, fu una conferma della nuova teoria.
Noi oggi continuiamo però a usare ai fini pratici la teoria di Newton perché nelle condizioni e nelle situazioni in cui normalmente si ricorre a tale teoria, la diversità tra ciò che Newton aveva sostenuto e ciò che gli attuali scienziati affermano è del tutto trascurabile.

Uno degli scopi principali della scienza attuale è proprio quello di riuscire a trovare una
teoria completa e soddisfacente che descriva l’intero universo.
In fondo, se ci si pensa bene, fino dall’alba della civiltà l’uomo si è posto queste stesse domande.
Chissà che non possiamo essere testimoni delle risposte che si aspettano!

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