 |
|
Concezione ristretta, molto simile alla causa
efficiente di Aristotile, legata all'idea di trasformare, spingere, muovere.
Concezione larga: legata al concetto di spiegazione (spiegare le cause per cui
un evento è avvenuto). Quando ci si ferma nella spiegazione? La mela cade perché
vi è l'attrazione terrestre o va anche detto cos'è l'attrazione?
Quattro stadi nell'evoluzione del concetto di causa:
Astronomia è la più antica scienza. Ad essa si unirono l'ottica geometrica
e la statica (inclusa l'idrostatica). Poi si aggiunsero la matematica e
l'armonica (scienza dei suoni). Astronomia ed armonica trattavano di posizioni e
rapporti. Così erano, letteralmente, matematica.
La statica e l'ottica derivano i
concetti dalla geometria, come pure la struttura logica e deduttiva.
Tutte e cinque formano il gruppo di scienze classiche. Il loro sviluppo richiese poca sperimentazione (per lo più qualitative, con l'eccezione dell'astronomia) anche se la loro origine era empirica (inclusa la matematica). Nel '500 si aggiunse lo studio del moto locale. Il gruppo di scienze classiche si può definire scienze matematiche. E questo vale anche successivamente fino al '800. Va osservato tuttavia che a partire dal '600 vi è transizione dalla geometria all'algebra (leggi quantitative).
Aristotile pensava che le conclusioni scientifiche potessero venire derivate da degli assiomi. Solo alla fine del Rinascimento si riesce a superare il condizionamento dell'autorità di Aristotile e a studiare la natura piuttosto che i libri. Si inizia una tradizione empirica supportata da Descartes (Regulae) e F. Bacon (Nuovo Organon).
Vi era anche prima una tradizione sperimentale. Ma spesso erano 'esperimenti pensati' (anche Galileo e Pascal descrivono esprimenti che non erano fattibili con le tecniche a loro disponibili). Tuttavia gli esperimenti avevano per obiettivo per lo più di dimostrare una conclusione già nota in anticipo.
Dopo Bacone si cominciò a sperimentare (Boyle, Hooke, Gilbert) come si comportava la natura in condizioni precedentemente non osservate. Preferenza veniva data ad esperimenti che mostrassero aggregamento e moto di corpuscoli (si sviluppa una filosofia atomica o corpuscolare). Si cercavano esperimenti in condizioni eccezionali (Bacone diceva di 'torcere la coda al leone'). Contemporaneamente si svilupparono molti nuovi strumenti. Prima di allora gli strumenti erano solo per l'astronomia.
Il movimento baconiano tuttavia non contribuì molto allo sviluppo delle scienze classiche. Invece diede luogo a nuove scienze (magnetismo, elettricità, chimica). Su queste si era già sviluppato interesse da parte di movimenti ermetici nel '500 (incluso alchimia). Per un paio di secoli lo sviluppo delle scienze empiriche accumulò esperienze ma non permise di sviluppare teorie e predizioni. Le teorie rimasero per lo più qualitative.
La separazione tra scienze classiche ed empiriche rimase fino al '800, come anche dimostrato dal fatto che illustri personaggi non vennero riconosciuti dal mondo accademico (in particolare in Francia). Lo sviluppo delle scienze empiriche ebbe più successo in Inghilterra (vedi idea del protestantesimo, del valore etico del lavoro incluso quello manuale e del prestigio per attività utilitarie). La scienza matematica si sviluppò sopratutto in Francia (Lagrange, Laplace, Eulero e Gauss). In Inghilterra l'ultimo grande fisico matematico fu Newton.
Nel '800 vi fu una rapida matematizzazione delle scienze baconiane (es.
Laplace, Fourier e Carnot per il calore). Sempre meno vale la distinzione in due
gruppi di scienze, quelle matematiche e quelle empiriche.
Tra il 1830 ed il 1850 molti scienziati (Mayer, Joule, Colding, Helmoltz ed altri), indipendentemente, arrivarono alla legge della conservazione dell'energia. Perché?
Vi furono tre fattori: disponibilità dei processi di conversione (da una forma di energia ad un'altra / interesse per i motori (elettrici oltre che termici) / filosofia della natura.
Vi è una linea di studi di storia interna alla scienza ed una esterna. La prima considera come materia della scienza la conoscenza. La seconda si preoccupa delle attività degli scienziati come gruppo sociale all'interno di una più grande cultura.
Nel primo caso la storia della scienza viene studiata solo guardando agli scritti scientifici dell'epoca.
I tentativi di includere la scienza in un contesto culturale più ampio può
portare a capire sia gli sviluppi della scienza che l'impatto prodotto sulla
società. Un tipo di domanda che questo approccio si pone è ad es.: perché nel
'700 vi fu tanto fervore e sviluppo scientifico? Merton dà due tipi di
risposta. La prima è l'impulso dato dai baconiani, gli scienziati che seguono
il 'programma' di F.Bacone e pongono come base la sperimentazione. La seconda
tesi è che il puritanesimo, con il suo interesse per l'attività produttiva e
per le applicazioni, abbia stimolato la ricerca scientifica.
Tre tipi di interazioni. Una data dall'antichità, la seconda da metà settecento e la terza solo da fine '800.
La prima è l'impatto della tecnologia preesistente sulla scienza (la vecchia statica, il magnetismo e la chimica nel '700, la termodinamica nell'800 ne sono esempi: decisione di scienziati di studiare cose che i tecnici avevano già da tempo imparato a fare). In tutti questi casi i benefici della scienza sono serviti più allo sviluppo della scienza stessa che alla tecnologia.
Il secondo tipo di interazione è l'uso crescente nelle arti pratiche di metodi presi dalle scienze e spesso attraverso l'uso degli stessi scienziati (es. Watt per lo sviluppo del condensatore). Il caso della chimica nel '700 è più dubbio. Benché Lavoisier provocò un graduale miglioramento delle tecniche, non fu responsabile di nessuna radicale innovazione nella chimica.
Il terzo modo di interazione che data da fine '800 è lo sviluppo di prodotti e processi che derivano da ricerche scientifiche precedenti e che hanno bisogno di ulteriori ricerche per svilupparsi ulteriormente (sviluppo chimica organica ed industria elettrica).
In parallelo con una maggiore influenza della scienza sulla tecnologia, la
scienza si sviluppa come una vera e propria professione (nascono le accademie,
le società scientifiche, le riviste).
Vi è una differenza tra le scoperte che sono inaspettate (es. ossigeno,
corrente elettrica, raggi X, elettroni) e scoperte attese, predette per riempire
i vuoti della teoria (es. neutrino, onde radio, elementi per riempire i vuoti
della tavola periodica).
Nel secondo tipo di scoperte è facile dire quando è stata fatta. Non invece
nel primo tipo.
Caso ossigeno: Scheele, Priestley e Lavoisier potrebbero dire di avere ugual diritto alla scoperta. Nel 1774 Bayen scopre che il precipitato di rosso di mercurio (HgO) per riscaldamento produce un gas, che lui considera come 'aria fissa' (anidride carbonica). Qualche mese dopo Priestley ripete l'esperimento (forse indipendentemente). Si accorge che il gas può sostenere combustione. Lo identifica come 'aria nitrosa' (N2O). A Parigi incontra Lavoisier e lo informa. Questi ripete l'esperimento e identifica il gas come aria normale, anzi come aria particolarmente pura. Priestley nel 1775 ripete di nuovo gli esperimenti e anche lui conclude che si tratta di aria comune.
Fino a quel momento tutti avevano cercato di identificare il gas con qualcosa di già noto. Poi capiscono che è qualcosa di nuovo. Priestley dice che si tratta di 'aria deflogistificata' (senza il 'flogisto'). Lavoisier nel 1776 arriva alla conclusione che sia un componente separato dell'aria (fino allora considerata come una sostanza omogenea). Quindi una specie a se.
Per scoprire qualcosa occorre non solo scoprirla, ma anche sapere cos'è che
si è scoperto, dargli un nome. Lavoisier tentò di dire che si trattava di un 'principio atomico di acidità' e che il gas ossigeno veniva fuori solo quando
quel principio si univa al 'calorico' (idee sbagliate ma che facevano parte
dell'armamentario di conoscenze dell'epoca).
Occorrono quindi sia un nuovo vocabolario, sia nuovi concetti per analizzare
eventi come la scoperta dell'ossigeno.
Raggi X : Nel 1895 Roentgen stava studiando raggi catodici (linea di ricerca comune in quei tempi). Su uno schermo di platino cianuro di bario scopre che vi sono delle luminescenze quando avviene la scarica elettrica nel tubo. Altri avevano visto il fenomeno. Lui tuttavia interrompe gli esperimenti sui raggi catodici per capire di cosa si tratti. Scopre che è una radiazione, che proietta delle ombre, che non può essere deflessa da campi magnetici, che è diversa dai raggi catodici.
Per una scoperta è necessario che qualcuno senta che qualcosa è andato storto, che vi è una anomalia. Occorre inoltre che vi siano strumenti adatti per accorgersene (attendere che nuovi strumenti più sensibili si siano sviluppati). Lo scienziato poi cerca prima di tutto di ridurre l'anomalia a cosa nota e per fare così raffina l'esperimento. Questo lo porta a concludere che si tratta di una vera anomalia. Occorre quindi una nuova teoria o allargare l'esistente per rendere normale l'anomalia.
La scoperta porta gli scienziati a vedere le cose in modo diverso. Causa
quindi ricerche nuove: dai raggi X si scoprono nuove radiazioni (ultravioletti,
ecc.); dall'ossigeno nasce la nuova chimica; dalla scoperta di Urano (Herschel
1895) si è portati a guardare il cielo con nuova attenzione.
La funzione della misura è vista nei libri di testo come un modo per verificare le predizioni della teoria. Oppure anche come un modo per fornire dati quantitativi da cui sviluppare teoria. C'è il problema di come devono concordare i valori numerici. Non basta parlare di 'entro i limiti degli errori sperimentali', perché anche la teoria ha dei limiti nel riprodurre le condizioni dell'esperimento (es. l'attrito non è nullo). Si parla ironicamente di quarta legge della termodinamica (la prima volta un apparato sperimentale non funziona mai) e di quinta legge (nessun esperimento dà i risultati attesi). Quello che ci si aspetta non è quindi 'accordo tra teoria ed esperimento' ma 'accordo ragionevole'.
Che cosa sia accordo ragionevole varia col tempo: quello che lo era per Tolomeo, da Copernico veniva considerato evidenza che la teoria non funzionava. Varia inoltre da un settore all'altro. In spettroscopia, accordo ragionevole è uguaglianza di sei cifre decimali. Nella teoria dei solidi bastano due cifre decimali. In astronomia. è considerato utopico un simile accordo.
Una teoria si dice 'vera analiticamente' (in contrasto con 'vera sinteticamente') quando vi è supporto numerico con sperimentazione.
La misurazione di solito viene usata per confermare la teoria (sperimentazione 'normale'). Non è tuttavia facile fare confronti diretti con la teoria. Nel caso della relatività generale a tutt'oggi vi sono solo tre evidenze sperimentali (perielio di Mercurio, deviazione luce che passa vicino al sole, spostamento del rosso per stelle lontane). Anche nel caso di Newton non è stato facile trovare misure di confronto diretto. Così, per la seconda legge si è dovuto aspettare fino a fine '700 con Cavendish. E' tuttavia possibile fare misure che vengono confrontate con derivazioni di applicazioni della legge. Ad es. lo studio del pendolo o il moto dei pianeti. Sia nel primo caso (difficoltà di definire il centro del pendolo e imperfetta elasticità del filo) che nel secondo (come calcolare la perturbazione dovuta all'attrazione degli altri pianeti) non è facile fare confronti.
Se non vi è accordo con la teoria si tende pertanto a dare poco credito all'esperimento. Ad es. è assai difficile che Galileo abbia veramente avuto conferma della legge s=1\2 a t2 sperimentando su piani inclinati (in Francia nel '700 non ci riusciranno). Ma Galileo (che non fornisce i dati degli esperimenti) è sicuro del fatto suo (della teoria). Forse ha pensato che prima o poi qualcuno riuscirà a fare un esperimento significativo.
Vi è qualche esempio di leggi trovate da sperimentazione (es. legge di Boyle su relazione tra pressione e volume gas, legge di Joule tra calore generato e resistenza e corrente elettrica, legge di Hooke). Ma sono più eccezioni che la regola.
Oltre alle sperimentazioni 'normali' vi sono quelle 'anomali'. In altre parole vi sono discrepanze tra misure e teorie che rimangono e ad un certo punto creano una crisi. Tra gli esempi, la irradiazione del corpo nero che porterà alla teoria quantistica. Vi sono altri esempi meno eclatanti, come a teoria della luce di Newton che deriva da una discrepanza tra la teoria esistente e la eccessiva dispersione dei colori dello spettro solare. Alcune crisi sono quantitative, altre qualitative. Ad es. Volta arrivò alla teoria della pila nel cercare di far rientrare nelle teorie elettriche del tempo le esperienze di Galvani sulle rane.
Per definire l'importanza delle misure sullo sviluppo della fisica, si può distinguere tra le scienze antiche (astronomia, dinamica, ottica) e quelle baconiane (calore, elettromagnetismo, chimica). Per le prime lo sviluppo dopo la rivoluzione newtoniana è largamente dovuto al miglioramento dei mezzi sperimentali (es. telescopio). Per le seconde, lo sviluppo è stato dapprima molto qualitativo con pochi strumenti grossolani a disposizione. Solo dopo (fine '700 ed '800) si sono potuti sviluppare strumenti che hanno tratto vantaggio dagli sviluppi qualitativi della comprensione dei fenomeni.
In generale quindi è la teoria che porta allo sviluppo della sperimentazione
piuttosto che viceversa.
Per la scoperta scientifica occorre sia pensiero divergente (non accettare le teorie esistenti come indiscutibile e buone), ma anche pensiero convergente (considerare la teoria come buona e il problema da risolvere come un puzzle con le regole dettate dalla teoria esistente).
Le vere scoperte scientifiche vengono più dall'atteggiamento convergente che assicura persistenza a cercare di risolvere il puzzle. Se non si riesce, alla fine si può arrivare a cambiare la teoria.
L'atteggiamento è diverso per le attività più applicative, dove l'inventiva spesso è legata ad avere poche conoscenze dettagliate della fisica e quindi meno inibizioni ad immaginare novità. Edison conosceva poco la fisica e anche non apprezzava i fisici.
La tensione essenziale è quindi tra l'approccio convergente e quello divergente.
