Limiti

Il metodo sperimentale è un algoritmo, una serie di azioni da compiere per giungere ad un risultato, come quando si seguono delle istruzioni per montare un armadio.

Se non si rispetta l’algoritmo, niente armadio.

D’ora in avanti il termine “scienza” indicherà solo quella naturale e basata sul metodo sperimentale, operiamo così il primo di una serie di tagli concettuali. Il metodo sperimentale è tutto un tagliare, eliminare ed approssimare, perché il famigerato rigore scientifico si basa proprio sul cercare una specifica procedura scartando altro; che cosa sia quest’altro lo diremo tra poco.

L’algoritmo sperimentale è composto essenzialmente di due passaggi:

1. si formula un’ipotesi quantitativa su un fenomeno naturale;
2. si compie una misura riguardante le grandezze coinvolte nell’ipotesi e si confronta il numero ottenuto con quello predetto dall’ipotesi: se i due numeri sono uguali entro le incertezze sperimentali, l’ipotesi è corroborata, in caso contrario va rigettata.

Ho volutamente omesso un punto precedente al numero 1, in genere indicato con “si osserva un fenomeno naturale”, perché benché tale passaggio sembri semplice, in realtà è impraticabile e storicamente quasi mai verificatosi. Per quanto riguarda infatti l’atto in sé di osservare, l’ovvia domanda che sorge è: cosa osservare? Per una scienza nata da pochi giorni, ha ancora senso dire che tutto inizia con l’osservazione di qualcosa che si vuole spiegare, ma ormai è già da tempo che i filosofi e gli scienziati si sono resi conto che non esistono dati naturali del tutto sradicati da un’idea preconcetta, l’empirismo puro lo possiedono solo i neonati. Per comprendere ciò, prendete una persona che non abbia una predisposizione per la fisica e provate ad insegnargliela con calma dall’inizio (come mi è capitato spesso).

Si inizia in genere con la cinematica e la dinamica. Cosa sia la massa è abbastanza intuitivo, l’allievo prende con una mano un foglio di carta, con l’altra un libro e capisce che hanno masse differenti. Le posizioni e le distanze sono anch’esse quasi immediate, per esempio l’allievo almeno una volta nella vita avrà misurato la propria altezza. Nessun problema nemmeno con il concetto di velocità, l’allievo saprà che cosa vuol dire procedere con un’automobile a 50 km/h. I problemi iniziano quando si presenta il momento angolare: cosa diamine è il momento angolare?! Posizione, massa e velocità sono chiari, ma perché inventarsi una strana forma di moltiplicazione e operarla su di loro per ottenere qualcosa che non si capisce se esiste veramente? In realtà affrontare dispute ontologiche per stabilire se effettivamente esiste il momento angolare (e tutte le grandezze fisiche in genere) e che cosa siano “realmente” esula dai fini di una lezioncina di fisica (tipicamente, pongo l’allievo su una sedia da ufficio con rotelle e lo faccio girare su sé stesso). In sintesi, una peculiarità tipica della fisica (ripresa della matematica) è che i loro oggetti di studio sono interni alla teoria: il momento angolare non cresce sugli alberi, non lo si vede e non lo si tocca, e lo stesso accade in realtà per tutte le grandezze fisiche. Questo per dire che l’osservazione del fenomeno non è un’operazione banale come sembra.

Dal punto di vista storico, inoltre, anche e soprattutto i fenomeni naturali più sorprendenti sono stati osservati mentre si stava osservando altro, per poi casualmente trovarsi davanti a un comportamento nuovo di un sistema che si credeva noto.

Concluso di discorso sul punto 0, chiariamo alcune cose sul punto 1: quell’aggettivo “quantificabile” esclude dal metodo sperimentale tutte le cose più belle della vita, cioè l’amore, l’amicizia, il pensiero, la bellezza, il Bene, il Male, le sensazioni e l’essere in quanto tale. Esistono intellettuali estremamente materialisti che confondo la concentrazione di un certo ormone nel sangue con un sentimento ad esso associato (tralasciando che lo stesso ormone in genere è associabile ad un sentimento di tipo opposto al primo). Ci sono anche intellettuali dello stesso tipo che confondo il Bene con ciò che è semplicemente utile al singolo e alla sua società di appartenenza (perché l’utile può essere quantificato). Il motivo per cui a volte si cerca di infilare forzatamente qualcosa nel punto 1 è perché si punta a passare al punto 2, ma quest’ultimo non è meno severo del primo.

Chi infatti ama soddisfare il punto 2, deve essere consapevole che, a rigore, esso esclude tutti quei campi su cui il giornalismo e l’intrattenimento amano soffermarsi. Se si considerasse cioè come scientificamente “noto” solo ciò che ha superato il punto 2, allora dovremmo collocare nel cassetto del “non lo sappiamo” tutti i seguenti problemi aperti: cosa succede in un buco nero, se esistono i mondi paralleli, cosa accadrebbe se si superasse la velocità della luce, se esiste la vita su altri pianeti, cosa si trova oltre l’Universo osservabile, come sia nata a vita, come sia apparsa la coscienza.

Il metodo sperimentale è severissimo, perché se ci si basa solo su quello, allora cadrebbe pure un’usanza molto diffusa, cioè il ritenere plausibile una data ipotesi solo perché 100’000 scienziati hanno detto che lo sia.

Nonostante queste derive, siamo ancora quasi tutti grandi estimatori del metodo sperimentale,  ma su cosa si regge la sua potenza descrittiva?

Ormai pure i sassi sanno che la scienza non conduce ad una verità assoluta ed immutabile, ma ad un suo surrogato vero solo fino a prova contraria. La risposta quasi personale alla domanda precedente che vorrei offrirvi è la seguente: il metodo sperimentale si appoggia su una semplice, intuitiva ma fondamentale proprietà dei numeri reali, la cosiddetta proprietà di tricotomia.

La proprietà di tricotomia si chiama così perché enuncia la possibilità di dividere i numeri reali in tre sottoinsiemi, i positivi, i negativi e il numero zero. Ciò che serve nel nostro caso è l’immediata conseguenza per cui, dati due numeri reali qualsiasi A e B, esistono tre e solo tre possibilità: A > B, A = B oppure A < B. Se A rappresenta il valore predetto da un’ipotesi del punto 1 e B il risultato di una misura da punto 2, allora si vede che il bello del metodo sperimentale sta nell’inequivocabile e assolutamente oggettivo confronto tra A e B. Possiamo discutere per secoli su cosa sia il tempo, su cosa sia l’energia, ma come si usa dire, la matematica non è un’opinione e il vero punto di forza della scienza è il ricondurre tutto ad un confronto tra ipotesi e misura sperimentale.

Fin qui tutto bello e siamo tutti d’accordo, ma la realtà è sempre più complicata dei manuali scolastici, per cui dopo aver descritto la situazione “salutare”, affrontiamo 4 “patologie” del metodo sperimentale, basate su 4 possibili sproporzioni: è possibile infatti che ci si sbilanci sul punto 1, oppure sul punto 2; può accadere che 1 e 2 diventino indistinguibili oppure che siano troppo distanti.

La prima patologia consiste nel formulare ipotesi su ipotesi senza mai sbloccarsi dal punto 1. Non c’è niente di male in linea di principio al formulare tanti piani di lavoro o linee di ricerca. Per esempio, cos’è la famigerata materia oscura? È un tipo di materia fatta di particelle ancora da scoprire, oppure un fenomeno emergente di uno spazio-tempo da riformulare rispetto alla Relatività Generale? Domanda legittima e c’è chi lavora nell’una e nell’altra direzione, ma spero che non si offenda nessuno se ribadisco che sono “solo” ipotesi, rappresentato uno svolgimento in corso del metodo sperimentale, non un’alternativa ad esso. Purtroppo, si può stare in una situazione di stallo nel punto 1 anche per quarant’anni, com’è successo per la Teoria delle Stringhe, la quale si basa su grandissime e affascinanti ambizioni esplicative ma non ha mai generato predizioni controllabili. Per ora si trovano in questa situazione anche i tentativi di unificare la Relatività Generale con la Teoria Quantistica dei Campi. Ipotesi di questo tipo possono anche essere considerate belle e piacere ad un pubblico televisivo, ma purtroppo, come vale anche per le persone, la bellezza non è tutto.

Chi soffre di stallo nel punto 1 è paragonabile ad una persona che è in grado di leggere e comprendere un libretto delle istruzioni per montare un armadio, ma non lo monta mai: lo sfoglia, lo apprezza, gli sembra quasi di toccare con mano il mobile, ma intanto le viti e i piani di legno restano nello scatolo ad accumulare polvere.

La seconda patologia può sembrare assurda: ci si può sbilanciare sul punto 2 senza aver risolto quello precedente? In teoria no, siccome gli algoritmi hanno un ordine di esecuzione ben preciso. Può succedere però che si siano accumulati tanti risultati sperimentali interessanti, per ognuno dei quali esiste una spiegazione specifica, che si comprenda inoltre che c’è un qualcosa che li lega tutti, ma non si sa bene cosa e ci si limita quindi a spiegazioni ad hoc. Questa situazione in altre parole avviene quando si possiede una vasta (se non vastissima) fenomenologia riguardante una classe di fenomeni, ma non una teoria che permetta di unificarli sotto pochi principi. Un caso storico è stato l’insieme di fenomeni che portarono alla nascita della Meccanica Quantistica: si trovò una spiegazione ad hoc per un ente fisico detto corpo nero, vennero spiegati il cosiddetto effetto fotoelettrico ed altri fenomeni che all’epoca apparvero a dir poco insoliti. I fisici si sarebbero potuti accontentare? La predicibilità c’era, la corroborazione pure (caso per caso), ma c’era incoerenza con la Meccanica in vigore all’epoca (che oggi è detta Classica). Se Bohr e co. fossero stati rudemente pragmatici, forse si sarebbero accontentati, ma siccome gli scienziati sono curiosi per professione, cominciarono ad azzardare ipotesi che appaiono ancora oggi sconvolgenti, ma a giudicare dai frutti che hanno portato (teorici e applicativi), possiamo dire che hanno fatto bene ad andare oltre il semplice prendere atto di vari fenomeni bizzarri (e complicati).

Chi soffre di sbilanciamento nel punto 2 è paragonabile ad una persona che possiede una scatola contenente o pezzi di un armadio da montare, ma il libretto delle istruzioni non si trova; nonostante ciò, afferma comunque di possedere un armadio, sta sotto il suo naso ed effettivamente ne conosce ogni sua parte, ma in realtà, anche in questo caso, potrà ospitare solo la polvere.

La terza patologia è subdola, perché stavolta la degenerazione consiste nel formulare un’ipotesi che è definita tramite una proprietà stabilita solo e a posteriori (rispetto alla misura). L’ipotesi e il fenomeno coincidono senza che vi sia un’aggiunta di informazione rispetto a ciò che si osserva in modo immediato. L’esempio tipico è il ruolo della selezione naturale nel darwinismo.

Essa è l’insieme dei meccanismi naturali che permette a certi individui di una specie vivente, dotati di caratteristiche che li rendono più adatti a sopravvivere e a riprodursi, di far permanere tra una generazione e l’altra i propri tratti e di diffonderli nella popolazione di appartenenza (viceversa, la selezione elimina il meno adatto). Domanda solita: chi sono i più adatti? Purtroppo non è possibile dirlo a priori perché dipende dalle circostanze (a volte il più forte, altre volte il più piccolo e così via). Non essendoci un criterio universale, si può considerare il più adatto come quell’individuo che ha più probabilità di nutrirsi e di garantire la propria discendenza. Queste caratteristiche sono una riformulazione della proprietà che definisce la selezione naturale: la selezione naturale implica la sopravvivenza degli individui capaci di superare la selezione naturale. Il darwinismo postula la sopravvivenza dei sopravvissuti.

Vanno fatti su questo punto due chiarimenti. Il primo è che non si vuole negare in questo modo che sia impossibile fare ipotesi rigettabili su un particolare modo in cui la selezione naturale si manifesta; faccio un esempio: nasce in un bosco, a causa di una mutazione, una lepre priva di padiglioni auricolari; ipotizzo che la selezione naturale premierà questo carattere perché rende l’animale meno visibile ai predatori; mi piazzo in un nascondiglio nel bosco e registro cosa succederà alla povera bestia. L’ipotesi è quantificabile e verificabile, ma è il principio in sé della selezione naturale a restare tautologico. Mi spiego con un altro esempio, più fantasioso: in una savana nasce per mutazione un leone capace di correre più velocemente dei suoi simili; il leone si rende conto che ha più chance di sopravvivere ma, preso dall’orgoglio preferisce stare sdraiato, fumarsi una canna e dire “ragazzi, così è troppo facile!”. In questo caso, la selezione naturale agisce comunque, perché anche se non  può premiare il tratto fisico, condanna quello comportamentale (leone che non mangia, muore). Non si può sfuggire ad un principio sempre vero. Un’obiezione ricorrente è: se la selezione naturale è davvero un’ovvietà, perché nessuno prima di Darwin e Wallace ci aveva pensato? È successo perché dal punto di vista della comprensione del fenomeno evoluzione il vero dilemma non è il diffondersi (o no) di un dato carattere nella popolazione e tra le generazioni, ma la sua prima comparsa.

Il secondo chiarimento è sull’adattamento in sé: nessuno qui nega che l’adattamento non abbia un criterio universale a priori, si sottolinea però la sua sterilità epistemologica. Lo ribadiamo perché al contrario ci sono intellettuali che invece ammirano la formulazione tautologica, anche perché, in quanto vera nel 100% dei casi, ha l’affidabilità di un’identità matematica (del tipo 1 = 1).

Queste persone sono come un uomo che ha un libretto delle istruzioni per montare un armadio e anche la scatola con tutto il materiale, ma prende il libretto, lo piega, lo ritaglia, lo incolla e lo rende a forma di armadio. Se afferma che ha usato il libretto delle istruzioni per costruire un armadio, non lo si può contraddire (anche se precisiamo che è di carta), ma viene da chiedersi piuttosto cosa mai vi ci potrà mettere dentro (nel frattempo, la scatola con i pezzi sta lì a prendere la polvere).

La quarta patologia del metodo sperimentale è più che altro un ostacolo: l’ipotesi c’è, il laboratorio c’è, l’esperimento sarebbe fruttuoso, ma il problema sta nei calcoli o nei limiti pratici. Nel primo caso, facendo un esempio sempre tratto dalla fisica, può succedere che si abbia postulato una funzione detta Hamiltoniana (ai nostri scopi, basta sapere che essa è un oggetto matematico che racchiude tutta la fisica del sistema): tale Hamiltoniana è nota, si posseggano le equazioni in cui inserirla, ma non si sa come risolverle. In genere si usa ricorrere ad un modello che semplifica il problema in esame, ma ci si rende conto che il modello funzionerebbe solo con un sistema fisico eccessivamente semplice.

Un tipo di difficoltà meramente pratica invece si riscontra quando un’ipotesi è pronta per essere testata, ma gli strumenti richiesti non possono essere realizzati con la tecnologia presente al momento. Un esempio di questo secondo caso è quello della fisica delle particelle, che richiede acceleratori sempre più potenti per essere scandagliata fino in fondo.

In queste circostanze il metodo sperimentale può essere completato, ma la distanza tra i punti 1 e 2 è grande. È come avere un uomo che vuole impegnarsi a montare un armadio, ma il libretto delle istruzioni è in una lingua che non può comprendere oppure gli mancano gli attrezzi da lavoro: malgrado tutto si impegna e, rispetto agli altri tre casi precedenti, non lascia la scatola ad accumulare polvere e forse un giorno vedrà il suo armadio completato. Agli scienziati di questa categoria va tutta la mia stima.

Agli altri tre scienziati precedenti di sicuro non manca la voglia di conoscere e comprendere la natura, basta chiarire in che rapporto si pongono rispetto al metodo sperimentale: credo che i più non lo rinneghino, ma la mia prima reazione a qualche voce di proposta tesa a riformarlo è la preoccupazione.

Il metodo sperimentale è rigoroso perché estremamente stringente, persino con la natura stessa, ma c’è un grandissimo lato positivo quando il suo algoritmo viene completato: può essere, per così dire, svolto al contrario. Verificata un’ipotesi, si può prendere nota della sua struttura formale, riformularla per mettere in evidenza una particolare grandezza e imporre quelle condizioni che permettono al sistema studiato di assumere una configurazione voluta da un nostro scopo particolare. Così si realizzano tutte le applicazioni, dallo schiaccianoci allo smartphone.

Chi realizza ciò, è come un uomo che osserva un armadio, lo smonta con attenzione prendendo nota della collocazione di ogni sua parte, racchiude componenti e annotazioni un una scatola e permette a sé stesso o a chiunque altro di poter portare con sé, di fatto, un intero armadio, per rimontarlo dove gli serve.

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