Lo sforzo umano della scienza è la ricerca ultima della verità. Facendo domande al mondo naturale e all’Universo su se stesso, cerchiamo di comprendere com’è l’Universo, quali sono le regole che lo governano e come le cose sono diventate come sono oggi. La scienza è la suite completa di conoscenze che otteniamo osservando, misurando ed effettuando esperimenti che mettono alla prova l’Universo, ma è anche il processo attraverso il quale eseguiamo quelle indagini.
Potrebbe essere facile vedere come otteniamo conoscenza da questo sforzo, ma come fanno gli scienziati ad arrivare all’idea di una verità scientifica? E quando ci arriviamo, quanto strettamente legate alle nostre nozioni di “verità assoluta” sono queste verità scientifiche? Quali sono le basi su cui noi, scientificamente, determiniamo che qualcosa è vero o falso?
Quando parliamo scientificamente, la nozione di “verità” è qualcosa di molto diverso da come la usiamo colloquialmente nel nostro discorso e nella nostra esperienza quotidiana. Ecco come comprendere gli usi scientifici della parola verità, compreso quello che fa e non significa per la nostra realtà.
Consideriamo la seguente affermazione: “la Terra è rotonda“. Se non sei uno scienziato (e nemmeno un terrapiattista), potresti pensare che questa affermazione sia irreprensibile. Potresti pensare che questo sia scientificamente vero. In effetti, affermare che la Terra è rotonda è una conclusione scientifica valida e un fatto scientifico, almeno se si confronta una Terra rotonda con una Terra piatta.
Ma c’è sempre un’ulteriore sfumatura e avvertimento in gioco. Se dovessi misurare il diametro della Terra attraverso il nostro equatore, otterresti un valore: 12.756 km. Se misurassi il diametro dal polo nord al polo sud, otterresti un valore leggermente diverso: 12.712 km. La Terra non è una sfera perfetta, ma piuttosto una forma quasi sferica che si gonfia all’equatore ed è compressa ai poli.
Per uno scienziato, questo illustra estremamente bene le avvertenze associate a un termine come verità scientifica. Certo, è più vero che la Terra è una sfera che che la Terra sia un disco o un cerchio. Ma non è una verità assoluta che la Terra sia una sfera, perché è più corretto chiamarla “sferoide oblato” che “sfera”. E anche se lo fai, chiamarlo sferoide oblato non è nemmeno la verità assoluta.
Ci sono caratteristiche della superficie sulla Terra che dimostrano deviazioni significative da una forma liscia come una sfera o uno sferoide oblato. Ci sono catene montuose, fiumi, valli, altipiani, oceani profondi, trincee, creste, vulcani e altro ancora. Ci sono luoghi in cui la terra si estende per più di quasi 9.000 metri sul livello del mare e luoghi in cui non toccherai la superficie terrestre fino a quando non sarai a 11.000 metri sotto la superficie dell’oceano.
Questo esempio mette in evidenza alcuni modi importanti di pensare scientificamente che differiscono da come pensiamo colloquialmente.
- Non ci sono verità assolute nella scienza; ci sono solo verità approssimative.
- Se un’affermazione, una teoria o una struttura è vera o meno dipende da fattori quantitativi e da quanto attentamente esamini o misuri i risultati.
- Ogni teoria scientifica ha un campo di validità finito: all’interno di quel campo la teoria è indistinguibile dal vero, al di fuori di quel campo la teoria non è più vera.
Ciò rappresenta un’enorme differenza dal modo in cui comunemente pensiamo a realtà contro finzione, verità contro falsità, o anche giusto contro sbagliato.
Ad esempio, se lasci cadere una palla sulla Terra, puoi porre la domanda scientifica e quantitativa su come si comporterà. Come ogni cosa sulla superficie terrestre, accelererà verso il basso a 9,8 m/s². E questa è un’ottima risposta, perché è approssimativamente vera.
Nella scienza, tuttavia, puoi iniziare a guardare più in profondità e vedere dove questa approssimazione non è più vera. Se esegui questo esperimento al livello del mare, a una varietà di latitudini, scoprirai che questa risposta varia in realtà: da 9,79 m/s² all’equatore a 9,83 m/s² ai poli. Se vai ad altitudini più elevate, scoprirai che l’accelerazione inizia a diminuire lentamente. E se esci dall’attrazione gravitazionale terrestre, scoprirai che questa regola non è affatto universale, ma è piuttosto sostituita da una regola più generale: la legge di gravitazione universale.
Per quanto riguarda le leggi scientifiche, questa è ancora più generalmente vera. La legge di gravitazione universale di Newton può spiegare tutti i successi della modellazione dell’accelerazione terrestre come costante, ma può anche fare molto di più. Può descrivere il movimento orbitale di lune, pianeti, asteroidi e comete del sistema solare, nonché quanto peseresti su uno qualsiasi dei pianeti. Descrive come le stelle si muovono all’interno delle galassie e ci ha persino permesso di prevedere come inviare un razzo per far atterrare gli esseri umani sulla Luna, con traiettorie straordinariamente accurate.
Ma anche la legge di Newton ha i suoi limiti. Quando ti avvicini alla velocità della luce, o ti avvicini molto a una massa estremamente grande, o vuoi sapere cosa sta succedendo su scale cosmiche (come nel caso dell’Universo in espansione), Newton non ti aiuterà. Per questo, devi sostituire Newton e passare alla relatività generale di Einstein.
Per le traiettorie di particelle che si muovono vicino alla velocità della luce, o per ottenere previsioni molto accurate per l’orbita di Mercurio (il pianeta più vicino e veloce del Sistema Solare), o per spiegare la curva gravitazionale della luce stellare da parte del Sole (durante un’eclissi) o da un’ampia raccolta di massa (come nel caso delle lenti gravitazionali, sopra), la teoria di Einstein riesce proprio dove fallisce quella di Newton. In effetti, ogni test osservativo o sperimentale che abbiamo effettuato sulla Relatività Generale, dalle onde gravitazionali al trascinamento della cornice dello spazio stesso, è stato passato a pieni voti.
Ciò significa che la teoria della relatività generale di Einstein può essere considerata una verità scientifica?
Quando lo applichi a questi scenari specifici, assolutamente. Ma ci sono altri scenari a cui possiamo applicarlo, che non sono ancora sufficientemente testati, in cui ci aspettiamo pienamente che non fornisca previsioni quantitativamente accurate.
Ci sono molte domande che possiamo porre sulla realtà che ci richiedono di capire cosa sta succedendo dove la gravità è importante o dove la curvatura dello spaziotempo è estremamente forte: proprio dove vorresti la teoria di Einstein. Ma quando anche le scale di distanza a cui stai pensando sono molto piccole, ti aspetti che anche gli effetti quantistici siano importanti e la relatività generale non può spiegarli. Questi includono domande come le seguenti :
- Cosa succede al campo gravitazionale di un elettrone quando passa attraverso una doppia fenditura?
- Cosa succede all’informazione delle particelle che formano un buco nero, se lo stato finale del buco nero deve decadere in radiazione termica?
- E qual è il comportamento di un campo/forza gravitazionale in corrispondenza e intorno a una singolarità?
La teoria di Einstein non solo sbaglierà queste risposte, ma non avrà risposte sensate da offrire. In questi regimi, sappiamo che abbiamo bisogno di una teoria più avanzata, come una teoria gravitazionale quantistica valida, per dirci cosa accadrà in queste circostanze.
Sì, le masse sulla superficie terrestre accelerano verso il basso a 9,8 m/s², ma se facciamo le domande giuste o eseguiamo le giuste osservazioni o esperimenti, possiamo trovare dove e come questa descrizione della realtà non è più una buona approssimazione della verità. Le leggi di Newton possono spiegare quel fenomeno e molti altri, ma possiamo trovare osservazioni ed esperimenti che ci mostrano dove anche Newton è insufficiente.
Anche la sostituzione delle leggi di Newton con la relatività generale di Einstein porta alla stessa storia: la teoria di Einstein può spiegare con successo tutto ciò che può fare quella di Newton, oltre a fenomeni aggiuntivi. Alcuni di questi fenomeni erano già noti quando Einstein stava costruendo la sua teoria; altri non erano ancora stati testati. Ma possiamo essere certi che anche il più grande successo di Einstein un giorno sarà soppiantato. Quando succedera, ci aspettiamo che accada esattamente allo stesso modo.
La scienza non consiste nel trovare la verità assoluta dell’Universo. Non importa quanto vorremmo sapere quale sia la natura fondamentale della realtà, dalle più piccole scale subatomiche a quelle cosmiche più grandi e oltre, questo non è qualcosa che la scienza può fornire. Tutte le nostre verità scientifiche sono provvisorie e dobbiamo riconoscere che sono solo modelli o approssimazioni della realtà.
Anche le teorie scientifiche immaginabili di maggior successo, per loro stessa natura, avranno un campo di validità limitato. Ma possiamo teorizzare quello che vogliamo, e quando una nuova teoria soddisfa i seguenti tre criteri:
- ottiene tutti i successi della teoria prevalente e preesistente,
- riesce dove è noto che la teoria attuale fallisce,
- e fa nuove previsioni per fenomeni non misurati fino a quel momento, distinti dalla teoria precedente, che finiscono per superare i test critici osservazionali o sperimentali,
sostituirà quella attuale come la nostra migliore approssimazione di una verità scientifica.
Tutte le nostre verità scientifiche attualmente detenute, dal Modello Standard delle particelle elementari al Big Bang, alla materia oscura e all’energia oscura, all’inflazione cosmica e oltre, sono solo provvisorie. Descrivono l’Universo in modo estremamente accurato, riuscendo in regimi in cui tutte le strutture precedenti hanno fallito. Eppure hanno tutte limiti a quanto possiamo spingerci oltre le loro implicazioni prima di arrivare a un punto in cui le loro previsioni non sono più sensate, o finiranno per non descrivere più la realtà. Non sono verità assolute, ma approssimative, provvisorie.
Nessun esperimento potrà mai provare che una teoria scientifica sia vera; possiamo solo dimostrare che la sua validità si estende o non si estende a qualunque regime in cui la testiamo. Il fallimento di una teoria è in realtà il massimo successo scientifico: un’opportunità per trovare una verità scientifica ancora migliore per approssimare la realtà. Ogni volta che scopriamo che la nostra attuale comprensione è insufficiente per spiegare tutto ciò che c’è là fuori, sì, è sbagliato: sbagliato nel miglior modo immaginabile.
