L'esperimento mentale nella ricerca scientifica

Dipartimento di filosofia, comunicazione e spettacolo

Corso di laurea in filosofia

Tesi di laurea in filosofia della scienza

Il ruolo dell’esperimento mentale nella ricerca scientifica

Relatore: Mauro Dorato

Candidato: Bruschini Gianmarco

Anno Accademico 2020/2021

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Indice

• Prefazione
• Introduzione
• 1. Che cos’è un esperimento mentale
• 1.1 Ernst Mach: prime considerazioni intorno all’esperimento mentale
• 1.2 Alcune definizioni dell’esperimento mentale
• 2. La funzione degli esperimenti mentali
• 2.1 Il problema epistemologico
• 2.2 La consistenza degli esperimenti mentali scientifici
• 2.3 Thomas Kuhn: una visione originale
• 3. La disputa tra John Norton e James Brown
• 3.1 Quadro generale
• 3.2 Inflazionismo estremo: la concezione platonica
• 3.3 Deflazionismo moderato: l’esperimento mentale come argomento
• 4. Un vero e proprio strumento d’indagine
• 4.1 Il rapporto tra Fisica ed esperimento mentale
• 4.2 Un caso emblematico in meccanica quantistica
• Conclusioni 3

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Prefazione

«Ma innanzi tutto, guardiamoci dal cadere vittime di un inconveniente». «Quale?», domandai. «Di prendere in odio i ragionamenti come coloro che prendono in odio gli uomini, in quanto non esiste male maggiore che un uomo possa patire, cioè prendere in odio i ragionamenti. E l’odio contro i ragionamenti e quello contro gli uomini nascono nella stessa maniera».

(Platone, 1991° p. 98, 89 c-d)

Come opera la mente dello scienziato? Esiste un metodo consolidato del pensare scientifico? A queste domande non esiste una risposta precisa ma, come nota Peter Medawear, sono ben pochi gli scienziati che hanno cercato di analizzare i loro procedimenti di pensiero, generalmente essi procedono nel loro lavoro e arrivano alle conclusioni senza soffermarsi a considerare in profondità le vie mentali seguite. Coloro che hanno cercato di analizzare il metodo del pensiero scientifico, sono sempre stati in gran parte non ricercatori scientifici, ma filosofi e indagatori nel campo della logica. Solitamente, gli scienziati hanno sempre guardato con diffidenza i tentativi dei filosofi di categorizzare e definire i procedimenti del pensiero scientifico. Per quanto questi ultimi non utilizzino dei laboratori reali, se non quelli della mente, tuttavia, sarebbe scorretto affermare che essi non ricorrano ad esperimenti per sottoporre le loro idee al vaglio della ragione. Nel corso delle loro indagini, infatti, i filosofi si affidano spesso a particolari tipi di ragionamenti, generalmente noti come esperimenti mentali. Anche se utilizzati prevalentemente dai filosofi, sono anche largamente diffusi nelle comunità scientifiche, rappresentando, in questo modo, un ponte tra la forma del pensiero scientifico e quello filosofico.

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Introduzione

Sebbene l’allocuzione “esperimento mentale” sia stata introdotta nel vocabolario filosofico nell’ultimo ventennio, la sua pratica è radicata nella riflessione filosofica e scientifica sin dall’antichità: un esempio lampante è rintracciabile nei paradossi di Zenone sul movimento. Con la scienza moderna lo strumento concettuale dell’EM (esperimento mentale) si affina in modo considerevole, tanto da rivestire un ruolo strategico, e a tratti retorico. Innumerevoli sono le circostanze, nella Storia della scienza, in cui l’attuazione di un semplice esperimento mentale, ha contribuito a corroborare o confutare teorie esistenti, a smentire certezze del senso comune. Il cervello nella vasca di Putnam (Putnam 1981), la stanza cinese di Searle (Searle 1980), Galileo sulla caduta dei corpi (Galilei 1638), l’ascensore di Einstein (Einstein 1938), il paradosso del barbiere (Russell 1901), sono solo alcuni esempi di esperimenti mentali, che rendono però l’idea di quanto vasta sia la loro produzione, sia in termini contenutistici che argomentativi. Ma è possibile fornire una definizione esauriente ed univoca di che cosa siano gli “esperimenti mentali”? Qual è la loro vera natura?

Questi interrogativi rientrano nel dibattito filosofico-scientifico moderno, in quanto l’EM è diventato oggetto di profonde analisi storiche, epistemologiche e logiche. La tesi che vado a presentare è organizzata nel modo seguente. Il primo capitolo è dedicato ad un inquadramento storico-scientifico sulla natura degli esperimenti mentali. Tratterò inizialmente l’indagine di Ernst Mach sugli esperimenti mentali, dopodiché mi occuperò delle definizioni più influenti fornite dagli intellettuali del secolo scorso. Nella seconda sezione il tema centrale sarà la funzione degli esperimenti mentali, dopo un’analisi sul problema dello statuto epistemologico, mostrerò la rilevanza degli esperimenti mentali, in particolare quelli scientifici ed infine prenderò in considerazione le indagini di Thomas Kuhn, il quale distaccandosi dalla corrente precedente ha intravisto la funzione vera e propria degli esperimenti mentali sul piano storico-scientifico.

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In seguito presenterò una parte interamente dedicata al recente dibattito tra James Brown e John Norton circa la natura degli esperimenti mentali, considerati come strumenti quasi-percettivi (non-proposizionali) atti a scoprire a priori astratte leggi di natura (come sostiene Brown 1991, 2004) in opposizione alla loro presunta struttura proposizionale tipica di argomenti, e dunque vedremo se possiedano una base empirica e non a priori (Norton 2004). Mentre la parte conclusiva della tesi è incentrata sulle notevoli capacità degli esperimenti mentali, considerati come strumenti di indagine, di ampliare e confutare le teorie legate al campo della Fisica.

“A priori” per Brown significa che l’esperimento mentale non è né basato su nuova evidenza empirica, né su una deduzione logica da dati già disponibili.

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1. Che cos’è un esperimento mentale

1.1 Ernst Mach: prime considerazioni intorno all’esperimento mentale

Che cos’è un esperimento mentale? Se proviamo a far convergere su questa domanda la variegata molteplicità di prospettive che popolano la letteratura sugli EM il risultato non può che essere una vera e propria esplosione combinatoria di possibili descrizioni, spiegazioni o definizioni associabili agli EM: un esperimento un po’ diverso dal solito (Wilkes, Sorensen 1988, 1993), una contemplazione guidata (Gendler 1998), una semplice argomentazione camuffata (Norton 1991), una forma di ragionamento sperimentale (Gooding), un rivelatore di inconsistenze nel nostro modo di pensare la realtà (Kuhn), uno strumento di conoscenza a priori (Brown 1991), un tipo di ragionamento ipotetico (Rescher 1991), una simulazione mentale di eventi (Mach 1896).

L’origine del termine Gedankenexperiment (esperimento mentale) è controversa, probabilmente il termine fu coniato dal fisico e chimico danese Hans Christian Ørsted anche intorno agli inizi dell’800. Come vedremo più avanti, dare una definizione onnicomprensiva e condivisa di quale sia la natura di un esperimento mentale non è affatto semplice, per orientare il lettore nella comprensione mi limito a descrivere in cosa possa consistere un EM in termini operativi. Eseguire un esperimento mentale consiste:

«Nell’immaginare uno scenario possibile, una certa situazione o, come i filosofi a volte si esprimono, un certo “stato di cose” e nel confrontare il nostro giudizio su tale caso con ciò che la teoria di cui ci stiamo occupando sarebbe tenuta ad affermare di esso».

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Senza ombra di dubbio è stato l’articolo di Ernst Mach “Über Gedankenexperiment” (1896) a dare il via al dibattito metodologico sugli esperimenti mentali, specificatamente nel dominio delle scienze.

Che cos’è un esperimento mentale, Angelucci Adriano, Carocci editore, 2018, p. 9

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Nonostante le numerose e divergenti interpretazioni che si sono prospettate, fra gli autori è rimasta un’unanimità sostanziale nell’indicare quale sia il problema fondamentale che deve affrontare ogni genere di ricerca riguardo lo statuto epistemologico degli esperimenti mentali: poiché l’EM, a differenza di un esperimento reale, non si basa su alcun materiale ricavato dall’esperienza, come può condurre a conclusioni inaspettate, che spesso e volentieri mostrano l’insostenibilità di teorie empiriche ben convalidate e confermate dall’esperienza comune?

Questa è la domanda fondamentale che era stata sollevata da Ernst Mach. A questo quesito risposero due scuole di pensiero in contrasto tra loro, quella empiristica e quella razionalistico-platonica. La prima risale allo stesso Mach, il quale influenzò tutte le teorie in senso lato empiristiche, in quanto focalizzò l’attenzione sull’esistenza di una somiglianza fondamentale fra esperimenti e gli EM, e cioè il “metodo della variazione”: così come in un esperimento reale vengono variate delle circostanze naturali, analogamente, in un EM, vengono variate mentalmente delle rappresentazioni per esaminare quali conseguenze ne discendano. Secondo Mach, l’EM può produrre nuove conoscenze senza apparentemente ricavarle dall’esperienza perché esso presuppone di aver già fatto delle esperienze, cioè di avere già eseguito degli esperimenti reali, magari anche soltanto al livello del senso comune. Il ruolo dell’immaginazione, secondo Mach, può entrare in gioco esclusivamente nel momento in cui l’esperienza fisica è già sufficientemente ricca.

3 La concezione di Mach degli esperimenti mentali è stata ripresa da moltissimi autori. Più avanti approfondiremo le principali linee di sviluppo dell’idea machiana in Sorensen (1992) e Norton (1991 e 1996), il primo accentuerà il naturalismo connesso all’empirismo machiano, tratteggiando una distinzione fra esperimenti reali e mentali, riducendola a una mera differenza di grado, il secondo invece cercando di recuperare questa distinzione farà leva su quella fra momento logico-analitico e momento empirico.

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Per il filosofo e fisico austriaco, l’esperimento mentale deve necessariamente attingere da un precedente bagaglio di esperienze, che non solo consente di spiegare come l’esperimento mentale possa produrre nuove conoscenze senza apparentemente ricavarle dall’esperienza, ma contiene anche i presupposti della sua validità, ed eventualmente, le ragioni delle sue lacune o erroneità. Dunque le conoscenze e abilità, acquisite dallo sperimentatore nelle esperienze precedenti, sono mobilitate, e poiché in questo modo l’esperimento mentale mette a disposizione un sapere che prima era soltanto implicito, è corretto affermare che esso amplia effettivamente il nostro sapere e contribuisce in modo significativo al suo progresso. Questa tesi di Ernst Mach rimarrà il caposaldo della visione tipicamente empiristica intorno alla natura e la funzione dell’esperimento mentale.

1.2 Alcune definizioni dell’esperimento mentale

Nel corso del Novecento molti intellettuali si sono imbattuti nel tentativo di smascherarne le caratteristiche portanti. È possibile distinguere nel lungo dibattito sugli esperimenti mentali due fasi principali, che potremmo identificare come classica e contemporanea. A Thomas Kuhn, con il suo articolo del 1964, “A Function for Thought Experiments”, spetta il ruolo di spartiacque. Difatti, è proprio dalle sue speculazioni, che i filosofi e scienziati moderni hanno iniziato a guardare gli esperimenti mentali da una diversa prospettiva. Fino ad allora non ci si era interrogati a sufficienza per capire che cosa fossero e che ruolo rivestissero all’interno dei nostri strumenti conoscitivi, poiché non ci si era soffermati sull’aspetto paradossale al quale ci mettono di fronte: l’acquisizione di nuova conoscenza a partire dai vecchi dati. Nel nuovo scenario vi è sia una maggior presa di coscienza dell’aspetto problematico legato alla trattazione degli esperimenti mentali, che un’estensione dell’analisi sugli esperimenti mentali fuori dall’ambito della fisica, con una maggiore inclinazione alla sperimentazione filosofica.

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Lo spettro delle definizioni varia da quelle che classificano l’esperimento mentale nel dominio teorico, a quelle che lo inquadrano in quello sperimentale. È possibile notare che il confronto tra le due tipologie di sperimentazione spesso è stato fatto prendendo come metro di paragone gli esperimenti reali stessi. Le analisi del lato per così dire “sperimentale” degli esperimenti mentali sembrano essere influenzate da un pregiudizio condiviso circa la superiorità epistemologica degli esperimenti reali.

A questo proposito, Hempel, non soltanto parla di esperimenti immaginativi, ma sembra ritenere che gli esperimenti mentali siano meramente euristici:

«At best, they [gli esperimenti mentali] can serve a heuristic function: they may suggest hypotheses, which must then be subjected, however, to appropriate objective tests».

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E dunque non indichino evidenze da testare. Koyré pone l’accento soprattutto sulla positività degli esperimenti mentali. La centralità degli EM nella nuova scienza deriva dalla loro capacità di rivelare verità sulla realtà che ci circonda attraverso idealizzazioni necessarie per la descrizione matematica della natura, essendo la natura in ultima istanza un sistema matematico. Stando a Duhem, ogni esperimento mentale non è altro che un ragionamento circolare, dove le nuove conclusioni sono contenute nelle premesse e in cui, quindi, non v’è alcun avanzamento cognitivo. L’autore sostiene che non esiste un vero e proprio “esperimento mentale”: o un esperimento è stato empiricamente svolto, oppure non è stato realizzato alcun esperimento. Poiché la maggior parte degli esperimenti mentali non solo non sono mai stati empiricamente realizzati ma sono pure irrealizzabili, allora Duhem afferma che non si è davanti a un’attività sperimentale, quindi, non vi può essere un accrescimento della conoscenza sul mondo. Egli nega agli EM lo statuto di metodi legittimi di investigazione scientifica: al più essi possono essere considerati come strumenti con un ruolo di guida nell’ambito del processo di scoperta.

4 C. Hempel, Aspects of Scientific Explanation, New York, 1965, p. 165.

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Tanto per Duhem, quanto per Koyré, sono gli esperimenti reali il metro di paragone per quelli mentali, entrambi i filosofi sottolineano che i pregi degli esperimenti reali vengono accentuati da quelli mentali. La dura critica sferrata da Duhem nei confronti degli esperimenti mentali non è, dunque, necessariamente da considerarsi un rifiuto totale, nonostante egli venga presentato come un spietato denigratore del loro ruolo nel procedere scientifico. Profondamente critico è David Hull (1997). Secondo il biologo e filosofo americano gli esperimenti mentali sono per lo più inutili e ad essi vanno preferiti quelli reali. In realtà, Hull sembra ammettere che gli esperimenti mentali possano avere un valore in campo scientifico, ma a condizione che coinvolgano una situazione immaginaria il più dettagliata possibile, con a presupposto condizioni specifiche. Inoltre, egli sembra ritenere quasi naturale che tali esperimenti mentali debbano prima o poi diventare degli esperimenti reali. Tuttavia, Hull non è disposto a credere che gli esperimenti mentali siano validi per tutti gli ambiti scientifici. Difatti sostiene che in biologia gli esperimenti mentali non possono giocare alcun ruolo, anzi rischiano di creare solo confusione. Hull è solito chiamare gli esperimenti mentali non solo “esempi fittizi”, ma anche “esempi ipotetici”. È evidente che il termine ipotetico impiegato da Hull ne designi un aspetto screditante. Lo stesso Humphreys (1993) dichiara che gli esperimenti mentali hanno molto più a che fare con la teoria rispetto alla realtà, egli paragona gli esperimenti mentali alle simulazioni al computer. La metodologia di questi coinvolge perfezionamenti della teoria, aggiustamenti per conformare le condizioni, i parametri e le approssimazioni, possono inoltre