Limiti della scienza

Limiti della scienza

di Mellace Pierfrancesco

Introduzione

Limiti della scienza

Messaggio agli scienziati scritto da Einstein:

“...Vediamo oggi delinearsi, per l’uomo di scienza, un tragico destino. Sostenuto dalle sue aspirazioni alla chiarezza e all’indipendenza esteriore, egli ha, con uno sforzo quasi sovrumano, forgiato da se stesso le armi del suo asservimento sociale e dell’annientamento della sua personalità.

Egli deve piegarsi al silenzio di chi detiene il potere politico, ed è costretto, come un soldato, a sacrificare la propria vita, e ciò che è peggio a distruggere quella degli altri, anche se è convinto dell’assurdità di un tale sacrificio. Egli vede con assoluta chiarezza che la situazione determinata dalla storia per cui soltanto gli stati possono disporre del potere economico e politico, e quindi anche di quello militare, deve condurre alla distruzione totale. Egli è cosciente che l’uomo può essere ancora salvato soltanto cambiando i metodi della forza bruta con un ordine giuridico soprannazionale... Entro mura misteriose si perfezionano con fretta febbrile i mezzi di distruzione collettiva. Se si raggiunge questo scopo, l’avvelenamento dell’atmosfera da parte della radioattività e, di conseguenza, la distruzione di qualsiasi forma di vita sulla terra, entrerebbero nel novero delle possibilità tecniche. È tutto concatenato, in questo sinistro svolgersi d’avvenimenti. Ogni passo si presenta come inevitabile conseguenza del precedente. Al termine del cammino, si profila sempre più distinto lo spettro della distruzione completa. Noi non possiamo cessare di ammonire ancora e sempre; non possiamo rallentare i nostri sforzi per dare coscienza alle nazioni del mondo, e soprattutto ai loro governi, dell’immagine del disastro che essi debbono esser certi di provocare se non cambieranno atteggiamento gli uni verso gli altri, e la loro maniera di concepire il futuro. Il nostro mondo è minacciato da una crisi la cui ampiezza sembra sfuggire a coloro che hanno il potere di prendere grandi decisioni per il bene e per il male. La potenza scatenata dall’atomo ha tutto cambiato, salvo il nostro modo di pensare, e noi stiamo scivolando così verso una catastrofe senza precedenti. Perché l’umanità sopravviva un nuovo modo di pensare è indispensabile. Allontanare questa minaccia è divenuto il problema più urgente del nostro tempo”.

Il titolo e il tema che ho scelto per il mio percorso sulle materie da noi studiate in questi anni di Liceo Scientifico e approfondite in questo ultimo anno, è quello sui “Limiti della scienza” con i vari collegamenti che esso comporta sia nelle materie umanistiche che in quelle scientifiche. Questo argomento mi ha molto interessato in quanto gli studi scientifici da me intrapresi fino ad oggi, mi impongono di approfondire una questione molto sentita relativa al rapporto tra scienza e morale ed ai limiti stessi della scienza. Il rapido sviluppo della scienza ha sollevato e continua a sollevare una serie di problemi spinosi per gli strettissimi rapporti che lo legano a uno dei campi più delicati della morale. Se da una parte si è assunto nei confronti della scienza un atteggiamento più cauto sia per quanto riguarda le sue possibilità conoscitive, sia per quanto riguarda i suoi esiti pratici, dall’altra si ritiene che la scienza e la tecnica, se ben dirette possono aiutare individui e popoli a raggiungere sempre migliori condizioni di vita. Io, comunque, sono del parere che la scienza può mettere nelle mani dell’uomo un potere gigantesco che rischia, se male usato, di annullare la vita sul nostro pianeta. Gli effetti della bomba atomica ne sono un esempio. Come pure gli ultimi sviluppi raggiunti dalle scienze biomediche e soprattutto dall’ingegneria genetica, hanno riportato ed accentuato il distacco tra scienza e morale: la fecondazione artificiale, i trapianti di organi, l’eutanasia, la manipolazione dei caratteri ereditari. Ma non bisogna mettere in discussione la ricerca scientifica in quanto tale, ma solo evitare che la scienza possa arrogarsi il diritto di “stravolgere” il corso dell’esistenza, o asservita al volere dei vari capi di governo, procurasse armi sempre più nocive. L’impegno degli scienziati deve essere, perciò solo quello di esplorare sempre più a fondo l’affascinate mistero dell’uomo, di sventare le minacce che, purtroppo incombono sul nostro pianeta in misura ogni giorno più grave. Gli scienziati sono consapevoli delle dannose conseguenze dovute da un incontrollato utilizzo delle loro scoperte.

Gli argomenti proposti nel mio percorso riguardano il pensiero che ogni singolo autore ha espresso sul concetto della scienza e dei suoi limiti.

In Filosofia ho approfondito il pensiero e l’analisi scientifica di Karl Popper.

In Fisica ho trattato il principio di indeterminazione di Werner Heisenberg come limite e sconvolgimento della fisica classica, il quale aprì le porte ad una nuova fisica, la fisica quantistica.

In Matematica ho individuato l’introduzione del concetto matematico di derivata che supera il concetto di limite stesso. Il concetto di limite, sebbene utilissimo per sostituire ad un punto un intervallo ha comunque dei difetti poiché a noi serve qualcosa che ci permetta di vedere la funzione nella sua interezza e quel qualcosa sarà la derivata.

In Latino ho scelto la figura di Plinio il Vecchio, scrittore enciclopedico e naturalista del I secolo dopo Cristo, il quale in una sua opera “Naturalis Historia” riesce a raccogliere tutta la conoscenza di allora in un opera consultabile facilmente; mostrando così il limite della conoscenza di quel tempo, fino a dove era stata raggiunta.

In Inglese ho scelto Mary Shelley che con il suo romanzo Frankenstein mostra un primo esempio di scienziato che manipolando la natura e peccando di “overreach” cioè di andare oltre i limiti della conoscenza crea un essere vivente, un mostro che sfugge al suo controllo e lo uccide.

In Italiano invece ho approfondito il movimento letterale dei futuristi che profetizzavano il progresso e il loro tema principale non era più la natura ma bensì la macchina; non solo ma il concetto di limite l’ho evidenziato anche in un passo dello Zibaldone di pensieri del Leopardi, anche nei versi di un’altra sua opera “La Ginestra” “Qui mira e qui ti specchia, - Secol superbo e sciocco” dove con un passo decisamente polemico, l’autore deride l’ingenua vanteria umana che crede nel magnifico progresso e si illude di sicure conquiste. Pregevole anche la critica nei confronti del progresso e nella macchina in sostituzione all’uomo nelle “Operette morali”.

In Storia dell’Arte ho associato il movimento futurista.

La Storia del ventesimo secolo ha risentito molto dello sfruttamento delle armi nucleari da quel fatidico 6 agosto 1945 quando scoppiò la prima bomba atomica su Hiroshima e mi è sembrato doveroso scegliere la seconda guerra mondiale come periodo storico da trattare.

In Geografia Astronomica ho approfondito l’argomento “Universo” con le teorie sulla sua origine e l’analisi dei corpi celesti che lo compongono.

Sulla base degli studi fin qui svolti posso concludere che qualsiasi scoperta scientifica sarà sempre legittima e ben accetta, a patto però, (da qui il mio concetto di limite della scienza) che non pretenda mai di assumere alcuna posizione di controllo o superiorità nei confronti della vita dell’uomo.

Filosofia

Karl Popper

Popper

Innanzi tutto vorrei cominciare illustrando il metodo del procedere scientifico elaborato da K. Popper (Vienna, 1902-1994). In Congetture e Confutazioni 1972 Popper oppone al vecchio metodo induttivo-sperimentale, che procede dal particolare controlli induttivi al generale, il nuovo metodo basato sui che consiste nell’avanzare un’ipotesi teorica e nel derivare da essa delle conseguenze che vengono successivamente affidate al vaglio dell’esperienza.

Il primo problema di cui si occupa P. è quello dell’induzione che sta alla base della ricerca scientifica in quanto afferma che se qualche cosa è vera in una quantità di casi osservati, essa è vera anche in casi simili non ancora vagliati. P. dirà che l’induzione non esiste e che non ha senso.

Due tipi enumerazione.

Finora si era parlato di di induzione: quella per enumerazione e quella per eliminazione. La prima prevede appunto che se osserviamo un fenomeno sempre allo stesso modo un certo numero di volte possiamo allora affermare che quel fenomeno è sempre vero, fondando così una teoria (cigni). Quella per eliminazione è invece quel processo per cui se attraverso numerosi esperimenti riusciamo a decidere quali teorie sono false, quella che rimarrà sarà sicuramente vera. Ma i sostenitori di questa teoria non si rendevano conto che il numero di teorie rivali è sempre infinito, anche se di regola, in un momento particolare possiamo prendere in considerazione solo un numero finito di teorie.

L’induzione è un circolo vizioso della mente, per affermarla infatti occorre un ulteriore procedimento induttivo alle spalle di cui posso dimostrare l’infondatezza e così via all’infinito. La conseguenza immediata di questa critica al metodo induttivo è che le teorie non sono mai verificabili empiricamente. Il verificazionismo è un mito o un’utopia, in quanto, per verificare completamente una teoria e una legge, dovremmo aver presenti tutti i casi. Inoltre se le conseguenze di una teoria sono in numero infinito i controlli per verificarla sarebbero sempre in numero finito. Popper elabora quindi il suo criterio di falsificabilità: innanzi tutto una teoria è scientifica nella misura in cui può venir smentita dall’esperienza (piove), se i suoi enunciati risultano in potenziale conflitto con delle osservazioni, con dei falsificatori potenziali: più questi sono numerosi, più ricco è il suo contenuto scientifico.

Ciò significa che ciò che si può imparare dall’esperienza, non è la verità di una teoria, ma la falsità di un’ipotesi. Esiste inoltre un’asimmetria logica tra verificazione e falsificazione: miliardi e miliardi di conferme non rendono certa una teoria, mentre basta un solo fatto negativo per falsificarla: siccome una teoria, per quanto confermata resta sempre smentibile, allora bisogna tentare di falsificarla, per poter eventualmente proporre una teoria migliore. Quando una teoria ha superato il confronto con un’esperienza potenzialmente falsificante, si dice corroborata.

Tuttavia questo non dice nulla sulle sue capacità di sopravvivere a controlli futuri, è soltanto un temporaneo criterio di scelta per il quale si tende a preferire in un dato momento una teoria piuttosto che un’altra, finché non ne subentra una migliore.

La scienza per Popper si evolve e muta, progredisce anche se con momenti di arresto e di caduta. Nessuna teoria è assoluta, anche se trovassimo la verità assoluta non potremmo mai affermarla, perché non potremmo mai verificare tutte le infinite conseguenze di questa teoria onnicomprensiva. Lo scopo della scienza è quello di raggiungere teorie sempre più verosimili e il progresso consiste nel riconoscere la maggior verosimiglianza di una teoria rispetto ad un’altra.

Fisica

Heisenberg Werner

Principio di indeterminazione di Heisenberg

Secondo la meccanica classica è possibile determinare sia la posizione che la velocità di una particella in movimento. A livello atomico, invece, posizione e quantità di moto non possono essere specificate contemporaneamente con la stessa precisione. L’errore commesso viene determinato in base al principio di indeterminazione formulato nel 1927 da Werner Heisemberg. Si dice quindi che la conoscenza della posizione e della quantità di moto di una particella sono complementari, ovvero non si può determinare la posizione (y) di una particella senza alterarne la velocità (p).

Il principio di indeterminazione di Heisenberg può essere espresso in termini matematici dalla relazione: h.

p y.

∆ ∆ ≥ π.

y π.

2.

nella quale:

= incertezza sulla posizione.

y = incertezza sulla quantità di moto (velocità).

py.

= costante di Planck (che vale 6,6 x 10 Joule/sec.).

-34.

Il principio di indeterminazione può essere meglio compreso se si considera che per misurare la posizione di un oggetto microscopico (ad esempio, un elettrone), è necessario investirlo con un raggio di luce (fotoni) che ne modifica inevitabilmente la velocità. Lo stesso si verifica se cerchiamo di determinare la velocità di una elettrone o di una qualsiasi altra particella subatomica.

Oltre alla posizione e alla velocità della particelle, il principio di indeterminazione pone limiti anche alla misura simultanea di grandezze come l’energia e il tempo: se si cerca di determinare con precisione l’energia di una particella, diminuirà inevitabilmente il grado di accuratezza con cui conosciamo la sua durata, e viceversa.

h.

E t.

∆ ∆ ≥ π.

2.

Tale aspetto produce delle conseguenze del tutto incompatibili alla luce della nostra esperienza ordinaria (che fa riferimento alle leggi della fisica classica): il grado di indeterminazione esistente tra energia e tempo fa sì che delle particelle (ad esempio una coppia elettrone-positrone), possano emergere dal nulla per una frazione infinitesimale di secondo (inferiore a 10 secondi), prima di svanire nuovamente.

-20.

Einstein sotto scacco!

Albert Einstein non era soddisfatto del principio di indeterminazione, e sfidò Niels Bohr con il seguente famoso esperimento mentale: “Riempiamo una scatola con del materiale radioattivo che emette radiazioni casuali. La scatola ha uno sportello, che viene aperto e chiuso immediatamente, da un orologio, a un preciso istante, permettendo così a un po’ di radiazione di uscire. In questo modo il tempo è già noto con precisione. Vogliamo ancora misurare la variabile coniugata energia, con precisione. Non c’è problema dice Einstein: pesiamo la scatola prima e dopo. L’equivalenza tra massa ed energia, derivante dalla relatività speciale ci permetterà di determinare precisamente quanta energia ha lasciato la scatola”. Bohr ribatté come segue, per di più applicando l’equivalenza massa-energia sviluppata proprio da Einstein: “Se l’energia esce, la scatola è più leggera e si solleverà leggermente sulla bilancia. Questo cambia la posizione dell’orologio. Quindi l’orologio devia dal nostro sistema di riferimento stazionario, e quindi per la relatività speciale, la sua misurazione del tempo sarà diversa dalla nostra, portando ad un inevitabile margine d’errore”. Infatti, un’analisi dettagliata mostra che l’imprecisione è correttamente data dalla relazione di Heisenberg.

All’interno della diffusa (ma non universalmente accettata) interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica, il principio di indeterminazione è inteso come il fatto che a un livello elementare, l’universo fisico non esiste in forma deterministica, ma piuttosto come una collezione di probabilità, o potenziali. Ad esempio, il modello (probabilità di distribuzione) prodotto da milioni di fotoni che passano attraverso una fessura di diffrazione, può essere calcolato usando la meccanica quantistica, ma il percorso esatto di ogni fotone non può essere predetto da nessun metodo conosciuto. L’interpretazione di Copenaghen sostiene che non può essere predetto da nessun metodo.

Ed è questa interpretazione che Einstein stava mettendo in discussione quando disse: “Non credo che Dio abbia scelto di giocare a dadi con l’universo”. Bohr, che era uno degli autori dell’interpretazione di Copenaghen rispose: “Einstein, smettila di dire a Dio cosa deve fare”, a cui Feynman aggiunse “Non solo Dio gioca a dadi, ma li lancia dove non possiamo vederli”.

Einstein era convinto che questa interpretazione fosse errata. Il suo ragionamento era che tutte le distribuzioni di probabilità precedentemente conosciute, sorgessero da eventi deterministici. La distribuzione di un lancio di moneta può essere descritta con una distribuzione di probabilità (50% testa e 50% croce). Ma questo non significa che i movimenti fisici siano impredicibili. La meccanica classica può essere usata per calcolare esattamente come ogni moneta atterrerà, se le forze agenti su di essa sono conosciute. E la distribuzione testa/croce si allineerà con la distribuzione di probabilità (date forze iniziali casuali).

Einstein assunse che ci fossero delle variabili nascoste nella meccanica quantistica che sottostanno alle probabilità osservate. Né Einstein né altri sono mai riusciti a costruire una teoria della variabile nascosta soddisfacente, e la disuguaglianza di Bell illustra alcuni aspetti critici di questa ricerca. Anche se il comportamento di una particella individuale è casuale, è correlato al comportamento delle altre particelle.

Quindi, se il principio di indeterminazione è il risultato di qualche processo deterministico, deve essere il caso che particelle poste a grande distanza trasmettano istantaneamente l’informazione a tutte le altre, per assicurare che ci sia una correlazione nel comportamento.