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Il caso e la mente: la logica della scoperta scientifica Innovazione, Opinion leader

Reggio Emilia –  Il metodo scientifico è il modo più  tipico con cui la scienza procede per raggiungere una conoscenza della realtà; questa conoscenza deve essere verificabile  intersoggettivamente, ossia condivisibile. Esso consiste, da una parte, nella formulazione di ipotesi e teorie da sottoporre al vaglio dell’esperimento, dall’altra nella raccolta di evidenze empiriche  attraverso l’osservazione sperimentale. Storicamente la paternità del metodo scientifico  è attribuita a Galileo Galilei.

Un esempio recente: i fisici teorici prevedono l’esistenza di una nuova particella e ne indicano le caratteristiche; una grande macchina (l’LHC) viene costruita (anche) per vedere se questa particella esiste davvero; i risultati degli esperimenti ne confermano l’esistenza, è il bosone di Higgs. Un grande successo della fisica delle particelle elementari e una conferma della validità del metodo scientifico.

Un esempio più antico,  la scoperta del pianeta Nettuno. La sua esistenza era stata prevista sia dall’astronomo inglese Adams che dal francese Le Verrier. Gli astronomi avevano notato che l’ultimo pianeta allora conosciuto,  Urano , non seguiva rigorosamente, nella sua orbita, le leggi della meccanica celeste di Newton. Era stata perciò ipotizzata la presenza d’un altro pianeta oltre l’orbita di Urano; Adams e Le Verrier calcolarono indipendentemente l’uno dall’altro   la posizione nella volta celeste nella quale l’oggetto perturbante avrebbe dovuto trovarsi,  e proprio lì Nettuno fu trovato,  il 23 settembre del 1846 da J. G. Galle e L. d’Arrest.  Un successo della teoria newtoniana della gravitazione.

Ma  le strade della ricerca scientifica non  sono solo queste.  Alcuni epistemologi (Paul Karl Feyerabend: Contro il metodo. Abbozzo di una teoria anarchica della conoscenza , 1975) si sono proposti di dimostrare che ogni tentativo di definire un metodo nel mondo della scienza, uno schema  rigoroso dei processi di ricerca e scoperta, non rispecchia la realtà:, il percorso delle scoperte non è  limitato dalle norme di un metodo rigido. In primo luogo una nota differenza, rispetto al metodo classico, sta nel fatto che nuove tecniche spesso portano a scoperte impreviste. Un esempio classico: le basse temperature,  la  superconduttività e la superfluidità.

Heike Kamerlingh Onnes  (Groninga  1853 – Leida 1926) fondò a Leida un laboratorio dove si ottennero temperature prossime allo zero assoluto. Era noto che la conducibilità elettrica dei metalli aumenta gradualmente al diminuire della temperatura. Nel 1911, misurando la conducibilità in un filo di mercurio, inaspettatamente osservò che essa diventava improvvisamente infinita a 4 gradi Kelvin (-260°C); così scrisse nei suoi appunti:  “Mercury has passed  into a new state, which on account of its extraordinary electrical properties may be called the superconductive state

Per questa inattesa scoperta, due anni dopo, gli fu assegnato il Premio Nobel. La teoria che spiega la superconduttività  fu sviluppata solo nel 1956!

Un discorso analogo si può fare sulla scoperta della superfluidità. Nel 1938 Kapitsa (Kronstadt, 1894 – Mosca, 1984) scoprì che, abbassando la temperatura, andando cioè a 2,17 K, l’elio cessa di comportarsi come un liquido normale e fluisce senza difficoltà anche attraverso i capillari piu sottili, come se la sua viscosità fosse nulla: esso è diventato “superfluido”. Kapitsa fu insignito del Premio Nobel nel 1978 . E’ evidente che anche questa inattesa scoperta è dovuta in buona parte ai progressi delle tecniche per ottenere temperature molto basse.

Indipendentemente dal ruolo determinante dello sviluppo delle tecniche vi sono le scoperte scientifiche che avvengono mentre si sta ricercando altro. Questi avvenimenti vanno sotto il nome di serendipity. E’ cosa sostanzialmente diversa rispetto all’ottenimento di una conferma sperimentale di un evento mai prima osservato, ma previsto  da una teoria. Si veda:   http://it.wikipedia.org/wiki/Serendipit%C3%A0#Scoperte_e_invenzioni

Un caso classico , la (ri)scoperta dell’America. E’noto che,quando finalmente Cristoforo Colombo (Genova 1451  – 1506)  riuscì a ottenere dalla regina Isabella di Castiglia i finanziamenti per la sua impresa, era convinto di  salpare verso l’Asia attraverso la nuova rotta  oceanica: Buscar el levante por el ponente!

Un secondo esempio, la scoperta di Urano, il settimo pianeta del Sistema Solare per distanza dal Sole. Esso  venne scoperto casualmente al telescopio da William Herschel, il 13 marzo 1781 durante una ricerca di stelle doppie.  Il nome  fu proposto in conformità con gli altri nomi dei pianeti,  rifacendosi alla mitologia. Dunque  un caso ben diverso da quello ricordato più sopra, la scoperta di Nettuno

Molto più recente è un  importante caso di serendipità, grazie, questa volta, alla estrema  sensibilità di un rivelatore di microonde. La radiazione cosmica di fondo ( CMBR, dall’inglese cosmic microwave background radiation), è la radiazione elettromagnetica residua, un mare di microonde che pervade l’universo,  il residuo del Big Bang, l’esplosione che diede inizio all’universo stesso.  E’ stata. prevista  nel 1948 da George Gamow, Ralph Alpher , e Robert Herman; il suo spettro presenta un  massimo nella zona delle microonde a una lunghezza d’onda di 1,9 millimetri. .Nel 1965 , Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson, ai Bell Laboratories, costruirono una antenna  estremamente sensibile  per le comunicazione via satellite. La grande antenna con la quale Penzias e Wilson scoprirono la radiazione cosmica di fondo

Tale strumento soffriva di un disturbo isotropo che non riuscivano a spiegare.  Una riunione tra i fisici di Princeton e Crawford Hill stabilì che tale disturbo dell’antenna era effettivamente dovuto alla radiazione cosmica di fondo. Penzias e Wilson, grazie ai progressi dell’elettronica, avevano casualmente osservato un fenomeno importantissimo nel campo dell’astrofisica, la principale conferma della teoria del Big Bang, mentre cercavano tutt’altro. Essi ricevettero il Premio Nobel per la fisica nel 1978 per tale scoperta.[

La  penicillina fu scoperta dal medico scozzese Alexander Fleming  (Lochfield 1881 – Londra 1955), che per essa vinse il premio Nobel per la Medicina nel 1945. Nel 1928 Fleming, mentre stava svolgendo ricerche sull’agente patogeno dell’influenza si assentò dal suo laboratorio per un breve periodo, dimenticando di distruggere alcune colture di  Staphilococcus aureus. Al suo ritorno riprese in mano le colture che aveva preparato prima di partire e  con stupore constatò che in una di esse c’era un alone chiaro inusuale: in quella zona; vicino a colonie fungine contaminanti (in seguito identificate come colonie di Penicillium notatum) le colonie di Staphilococcus aureus non erano cresciute.   Il merito di Fleming fu di riconoscere ed interpretare correttamente osservazioni frutto di circostanze fortuite, aprendo in questo modo le porte allo sviluppo della moderna terapia antibiotica. Egli fu sempre conscio del ruolo avuto dalla casualità nella sua scoperta, sostenendo che “Ci sono migliaia di muffe differenti e ci sono migliaia di batteri differenti, e che la sorte abbia messo la muffa giusta nel punto giusto è stato come vincere alla lotteria Irish Sweep“.

Molti altri casi potrebbero essere illustrati,  ad esempio la scoperta dei raggi X da parte di Wilhelm Konrad Roentgen  mentre eseguiva al buio esperimenti sulla produzione dei raggi catodici, e quella dell’efficacia dei neutroni rallentati nell’indurre reazioni nucleari da parte di Enrico Fermi; Fermi  osservò casualmente che, quando l’esperimento è condotto su un tavolo di marmo, la radioattività indotta è diversa da quella che si osserva quando si lavora su un tavolo di legno; il legno appunto rallenta i neutroni.  

Attenzione, anche questo tipo di scoperta non prescinde dal ruolo centrale dello scienziato. Se l’osservazione casuale fosse fatta da un ricercatore meno intelligente o meno preparato, quasi certamente il suo significato sfuggirebbe. In base anche alla mia esperienza posso affermare che, comunque, i ricercatori lavorano senza preoccuparsi delle elaborazioni degli epistemologi.

Foto: Arno Penzias e Robert Woodrow Wilsonwww.worldsciencefestival.com

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