Incertezze scientifiche e scetticismo climatico - Prima parte

Premessa
Torno a scrivere dopo una lunga assenza dovuta soprattutto all’essere un po’ stufo di predicare ai convertiti, a mancanza di stimoli o idee e, perché no, anche al gran caldo. Ma è proprio quest’ultimo e le reazioni osservate a commento di contenuti social di varia natura, che mi porta, ancora una volta, a riprendere l’argomento, pur perfettamente conscio che tanto, il crawler Google continua ad ignorare impunemente i contenuti delle mie pagine.

Anche se da un diverso punto di vista si parlerà quindi ancora di cambiamento climatico, così come definito dal punto 2 dell’Art. 1 della costituzione della UNFCCC (United Nations Framework Convention on Climate Change). Faccio però notare che, in linea di principio, molte delle considerazioni si applicano anche alla maggior parte delle discipline scientifiche, considerando la crescente sfiducia che è diffusa nei loro confronti, che si tratti di vaccini o di ingegneria i meccanismi della negazione sono i medesimi.

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Il cambiamento climatico non è una questione di opinioni contrapposte, ma un campo scientifico complesso in cui l’incertezza non significa ignoranza. Proprio perché il sistema climatico è difficile da descrivere in ogni dettaglio, la prudenza della scienza viene spesso trasformata in dubbio artificiale da chi preferisce rinviare le decisioni. Eppure le evidenze sono solide: l’aumento dei gas serra di origine umana sta modificando atmosfera, oceani, ghiacci ed ecosistemi. Questo articolo prova a distinguere il vero dibattito scientifico dalla negazione organizzata, mostrando perché aspettare una certezza assoluta significhi, di fatto, scegliere l’inazione. Perché il clima riguarda tutti, e capire come funziona è il primo passo per pretendere scelte più responsabili.

Sulle pagine di questo blog si è discusso innumerevoli volte che quello del cambiamento climatico sia un fenomeno complesso e ricco di sfaccettature e di come tutto ciò alimenti incertezze. Un’accusa questa, mossa spesso sia ai dati che arrivano che agli enti che, da decenni, forniscono le prove del cambiamento climatico in atto e della sua origine pressoché esclusivamente antropica. In un articolo su «Scientific American» qualche anno fa si evidenziava infatti come i climatologi tendano a sottovalutare l’emergenza climatica per evitare di sbagliare ed essere messi alla berlina dai negazionisti, tendendo a sottovalutare i potenziali pericoli climatici: è eccesso di prudenza forse, ma resta comunque uno dei pilastri del metodo scientifico, non sinonimo di ignoranza. Ma poiché l'incertezza è solitamente equiparata all'ignoranza, questo fatto alimenta lo scetticismo sugli impatti indotti dall'uomo sul clima globale e collega il cambiamento climatico solo alle cause naturali.

Lo si è visto anche durante questa torrida estate caratterizzata, soprattutto nell’emisfero settentrionale, in Europa e nel bacino del Mediterraneo in particolar modo: nonostante le fortissime anomalie termiche, le ondate di calore, l’anticiclone africano che ha soppiantato l’ormai mitologico anticiclone delle Azzorre, la voce del negazionismo è rimasta forte e rilanciata dalla cassa di risonanza dei social. Non sono nemmeno particolarmente d’accordo con coloro i quali sostengono che, stante l’impossibilità di negare i dati, adesso i negazionisti hanno virato sul tema a loro molto caro: quello che è troppo tardi per fare qualsiasi cosa sia tesa a mitigare. I climascettici continuano imperterriti a chiamare in causa il Sole, i cicli naturali e quelli orbitali, ma soprattutto, come un disco rotto, le parole di quattro gatti da Nobel, ormai famosi più per il loro negazionismo e le fesserie climatologiche, che per il soggetto che consentì loro di ottenere l’ambito premio.

 

Introduzione

Anche se quella della “serra” è una metafora ben riuscita (in realtà nelle serre il riscaldamento è dovuto a fenomeni fisici diversi) esiste la vita sulla Terra (anche) grazie all'effetto serra naturale dell'atmosfera, che mantiene la temperatura media superficiale intorno a 33 °C più alta rispetto a quanto sarebbe altrimenti: senza questo effetto la temperatura sarebbe –18 °C invece degli attuali +15 °C. L'effetto serra funziona perché i gas serra (GHG, greenhouse gas) come il vapore acqueo, il biossido di carbonio (CO₂), il metano (CH₄) e il protossido di azoto (N₂O) agiscono come una coperta attorno alla Terra, permettendo ai raggi solari di raggiungere la superficie terrestre, e trattenendo l’energia che si irradia da essa, impedendo così al calore che generano di fuoriuscire nello spazio - repetita iuvant qui. La capacità delle emissioni, sia quelle naturali che le antropogeniche, di intrappolare il calore in questo modo è considerata un dato di fatto, scientificamente consolidato oltre ogni ragionevole dubbio.

 

Gli scienziati che si sono impegnati a comprendere il clima terrestre sanno che il clima è in continuo cambiamento e che molti fattori lo influenzano (si veda il post citato in precedenza e questo). I loro studi sui climi passati hanno mostrato che i cambiamenti nell'orbita terrestre, le eruzioni vulcaniche e le variazioni solari erano cause principali di una qualche forma di cambiamento climatico. Da molti decenni ormai, a questa lista si aggiungono gli impatti indotti dall'uomo sulla composizione atmosferica dei gas serra che derivano dall’uso di combustibili fossili e dalla deforestazione: fattori importanti e fondamentali per giustificare l’impennata nel tenore di gas serra a partire dall’avvio dell’era industriale, e la grande accelerazione degli ultimi 50-60 anni. Per la maggior parte, causa unica del cambiamento climatico recente e sostenuta da argomenti che godono di un consenso scientifico pressoché totale. 

 

Il cambiamento climatico, o meglio la crisi climatica, giacché il cambiamento è ormai un fatto consolidato, è un fenomeno estremamente complesso, con molte implicazioni politiche altrettanto complesse, talmente articolate che, come ho avuto modo di scrivere diverse volte, la gestione di questa crisi, unico argomento globale degno di importanza assoluta, è stata pressoché fallimentare.

 

Fondato su un vasto insieme di scienze interdisciplinari, oggi il sistema climatico è complessivamente ben conosciuto. Eppure rimangono molte incertezze, che tante volte su queste pagine abbiamo detto essere il motore stesso del progresso scientifico. Queste stesse incertezze però, agli occhi del profano, dello scettico e del negazionista, alimentano il dubbio sugli impatti umani sul clima globale, oltre che diffidenza e negazione. Una concezione più ampia del cambiamento climatico, con questioni scientifiche e tecniche intrecciate con quelle sociali e umane, introduce tipi di incertezza molto diversi da quelli che gli scienziati solitamente incontrano nella formulazione di valutazioni quantitative delle prove. Poiché l'incertezza è solitamente equiparata all'ignoranza, i media e i non scienziati in generale tendono a dedurre che gli scienziati non sappiano nulla su un argomento solo perché non ne sanno tutto: ed è questo un famoso luogo comune, un pregiudizio, che i non addetti hanno della scienza e del suo metodo. Pur sembrando paradossale, tornando a quell’eccesso di prudenza di cui s’è detto all’inizio, una credenza diffusa tra gli scienziati è che comunicare in libertà al pubblico sia difficile, perché l'incertezza verrebbe interpretata come un'ammissione che la loro comprensione di un argomento non è completa. Non è facile trasmettere il messaggio che un socratico e determinato “non lo so” è proprio il carburante del progresso scientifico.

Purtroppo gli argomenti legati a quel dubbio sono proprio gli argomenti in malafede usati dai soliti noti per alimentare il dubbio, l’ignoranza cattiva, quella vera: «la vera ignoranza non è l’assenza di conoscenza, ma il rifiuto di acquisirla», come diceva Karl Popper, e come molto bene ci hanno raccontato Naomi Oreskes ed Erik Conway nel loro bel libro “Mercanti di dubbi”. Ne ho scritto approfonditamente qui e qui.

 

Nonostante abbia trattato in passato questo e molti argomenti ad esso correlati questo post è dunque un ulteriore tentativo di riassumere la comprensione attuale del cambiamento climatico, concentrandosi sulle fondamenta scientifiche passate e presenti degli impatti naturali e antropici su di esso, nonché su alcuni tipi specifici di incertezza scientifica, diversi dalle comuni incertezze che gli scienziati incontrano nella formulazione di valutazioni quantitative delle loro evidenze, che siano di laboratorio o dal campo. Si cercherà inoltre di dare spazio ad una panoramica dei rischi quantitativi del cambiamento climatico riportata da IPCC, e destinata ai decisori politici, confrontandola con opinioni scettiche espresse da alcuni scienziati che hanno accusato IPCC di allarmismo e conclusioni false sugli impatti umani sul cambiamento climatico.

Per quanto possibile cercherò di essere sintetico per quanto riguarda gli aspetti scientifici, avendone trattato in diversi post sul mio blog, concentrandomi di più su quelli che inducono a confondere l’incertezza con la crassa ignoranza.

Non climatologia, ma scienza del cambiamento climatico

La scienza del cambiamento climatico si è progressivamente distinta dalla climatologia tradizionale praticata per decenni dagli specialisti della materia, di estrazione per lo più fisica e matematica. Gli studiosi di questo ambito, oggi relativamente nuovo, provengono da discipline diverse (per citarne alcune discipline come geologia, geofisica, paleontologia, geografia, biologia, oceanografia, astronomia, matematica, fisica, chimica e ingegneria) e sono in grado di gestire grandi quantità di dati riferiti a periodi molto estesi. Grazie alla raccolta e all’analisi di questi dati con metodi sviluppati nel tempo, possono individuare tendenze significative, tra cui l’andamento delle temperature, le variazioni del livello del mare, la riduzione del volume dei ghiacciai, i cambiamenti nella circolazione atmosferica e oceanica e le variazioni dell’energia ricevuta e redistribuita dai processi terrestri. La conoscenza dei cambiamenti climatici del passato consente inoltre di comprendere meglio il clima futuro e di valutare come l’umanità possa mitigare alcuni dei problemi più probabili nei diversi scenari climatici possibili.

Il clima sulla Terra è solitamente considerato come una media delle fluttuazioni meteorologiche, anche se il tempo è solo la condizione atmosferica come la temperatura dell'aria, la pressione, l'umidità, le nuvole, le precipitazioni, la visibilità, il vento, misurata in un momento e luogo specifici. Le statistiche climatiche si ottengono facendo la media delle condizioni meteorologiche su un periodo lungo rispetto al limite deterministico di prevedibilità per il moto atmosferico, che è di circa due settimane. Poiché il cambiamento climatico interessa un periodo che va da decenni a secoli, deve essere distinto dalla variabilità climatica, che si riferisce a fluttuazioni climatiche a breve termine (anni o decenni), misurate da variazioni in tutte le caratteristiche associate al clima, come temperatura, schemi di vento, precipitazioni e tempeste.

Insomma, così come speranza e aspettativa anche meteo e clima sono due cose completamente diverse, e lo si è ribadito spesso. Il famoso matematico e meteorologo Edward Lorenz diceva che “Il clima è ciò che ti aspetti, il meteo è ciò che ottieni”

La scienza del cambiamento climatico è un esempio emblematico di approccio interdisciplinare: per spiegare processi così complessi è necessario integrare molte discipline scientifiche. Il clima terrestre nasce da un equilibrio delicato tra apporti energetici, processi chimici e fenomeni fisici; anche una lieve perturbazione, amplificata da diversi meccanismi di retroazione, può produrre cambiamenti non lineari nel sistema climatico globale. Tuttavia, il sistema Terra-oceano-atmosfera possiede capacità di riequilibrio che rendono poco probabili scenari estremi come un effetto serra fuori controllo o una glaciazione incontrollata.

 

Ovviamente, nessuno scienziato ha mai messo in dubbio che esistono fenomeni naturali, sorti con la formazione stessa della Terra e della sua atmosfera, che influenzano il clima in modi innumerevoli. Tant’è che sono proprio questi fenomeni naturali intrinseci che vengono richiamati di continuo per giustificare anche quanto è ormai invece attribuito all’influenza antropica.

Prendendo come riferimento per approfondire questo mio vecchio post, possiamo annoverare i cambiamenti nell’orbita terrestre rispetto al Sole, modificando la distribuzione latitudinale e stagionale della radiazione solare in arrivo nella sommità dell'atmosfera, le eruzioni vulcaniche, soprattutto se relative a Large Igneous Province (LIP, si veda questo post dell’amico Aldo Piombino) e le variazioni dell'energia emessa dal Sole: tutti hanno un effetto sul cambiamento climatico. Il clima è inoltre influenzato dai cambiamenti nella composizione dell'atmosfera, in particolare da quelli della concentrazione atmosferica di gas serra e dalla nuvolosità, così come dall'albedo terrestre e dall'interazione del sistema atmosfera-terra-oceano. Il vapore acqueo si verifica naturalmente tramite l'evaporazione dell'acqua proveniente da oceani, terre e fiumi, e può causare raffreddamento o riscaldamento a seconda della forma in cui si manifesta il vapore, come ad esempio diversi tipi di nuvole o un aumento dell'umidità.

I cambiamenti nel movimento orbitale della Terra attorno al Sole hanno un impatto a lungo termine sul clima, con cicli di migliaia di anni. Le grandi eruzioni vulcaniche producono un effetto di raffreddamento dovuto alla cenere ed altri aerosol, laddove persistano per alcuni anni riducendo la quantità di energia del Sole che raggiunge la superficie terrestre: possono abbassare la temperatura dell'aria superficiale di circa 0,2 °C per alcuni anni dopo perché, durante le eruzioni vulcaniche, particelle fini di cenere e polvere (così come gas) possono essere espulse nella stratosfera. Certo, così come quelli vulcanici anche gli aerosol industriali, (in una parola, l’inquinamento) hanno un effetto raffrescante che contribuisce in parte a compensare il riscaldamento da emissioni di CO₂, tuttavia, le misure rigorose adottate per ridurre l'inquinamento (qui la storia recente di un apparente paradosso) hanno fatto sì che gli aerosol industriali iniziassero a fornire una compensazione minore per il crescente riscaldamento causato dal noto gas serra. Tornando in tema gli effetti delle eruzioni vulcaniche sul clima passato sono difficili da valutare a causa di interpretazioni alternative in contrasto tra loro, ma chi sostiene che l’aumento di CO₂ in atmosfera degli ultimi 250 anni sia dovuto al vulcanismo della Terra è in errore: a conti fatti le emissioni vulcaniche rappresentano meno dell'1% delle emissioni antropogeniche! E in questo vulcanismo comprendiamo quello meno noto che avviene sul fondo degli oceani nelle cosiddette dorsali medio-oceaniche.

Senza entrare qui nel dettaglio dei diversi ruoli e impatti dei vari gas serra, o del vapore acqueo, la nostra atmosfera stabile per millenni ha iniziato quindi, dalla nascita dell’era industriale con l’invenzione del motore termico alimentato a carbone, ad accumulare gas serra, soprattutto CO₂, senza possibilità di riciclo né nel grande ciclo del carbonio che da miliardi di anni opera sulla Terra né in quello minore e più rapido dovuto alla presenza di organismi fotosintetici. Prima dell'industrializzazione il CO₂ componeva solo circa lo 0,03% dell'atmosfera (circa 280 ppm), ma oggi, principalmente a causa dell'influenza umana, abbiamo recentemente toccato le 430 ppm! E almeno il 30 percento di questo incremento è avvenuto negli ultimi decenni, in meno di un secolo.

 

I processi che avvengono sulla superficie terrestre regolano gli scambi di calore, umidità e quantità di moto tra suolo e atmosfera. Numerosi fenomeni naturali influenzano sia la circolazione atmosferica sia il clima superficiale. L’interazione tra atmosfera e superfici sottostanti dipende da proprietà come il trasferimento radiativo, l’umidità del suolo - che determina flussi di calore sensibile e latente e deflussi energetici - e persino la rugosità della superficie. Anche le variazioni dell’albedo, cioè della quota di radiazione riflessa rispetto a quella ricevuta, insieme alla copertura nuvolosa e all’interazione atmosfera-Terra-oceano, possono incidere in modo significativo sul clima. La Terra e la sua atmosfera hanno un’albedo complessiva di circa il 30%, valore che può cambiare per effetto delle modifiche della superficie terrestre, come deforestazione e desertificazione, e della nuvolosità. Le nubi riflettono parte della radiazione solare verso lo spazio, producendo un effetto di raffreddamento, ma assorbono anche la radiazione infrarossa emessa dalla Terra, contribuendo al riscaldamento. L’effetto dipende dal tipo di nube e dalle sue proprietà fisiche: i cirri d’alta quota tendono a rafforzare l’effetto serra, mentre le nubi stratificate basse riflettono molta energia solare in arrivo e hanno quindi un effetto raffreddante. Nel complesso, le nubi esercitano un effetto netto di raffreddamento.

Gli oceani, grazie alla loro grande capacità di immagazzinare energia, svolgono un ruolo centrale nel definire i modelli meteorologici, moderare le oscillazioni climatiche e influenzare l’andamento globale e la velocità del cambiamento climatico. Funzionano inoltre come enormi serbatoi di CO₂: il loro contenuto totale di anidride carbonica è circa 50 volte superiore a quello atmosferico, rendendoli una componente essenziale del sistema climatico. L’assorbimento del carbonio di origine antropica modifica però l’equilibrio chimico dell’oceano, perché il CO₂ disciolto forma un acido debole: all’aumentare del CO₂, il pH diminuisce e l’oceano diventa più acido. Inoltre, le acque oceaniche sono in continuo movimento e scambiano costantemente calore con l’atmosfera e questo argomento, con i suoi fenomeni, è stato utilizzato da alcuni scienziati che sostengono che la maggior parte del riscaldamento possa essere il risultato di un ciclo naturale di copertura nuvolosa dovuto ai cambiamenti nella circolazione oceanica: peccato che le supposte variazioni storiche non abbiano poi riscontro con i dati provenienti da altre discipline come la paleontologia, la dendrocronologia (anelli degli alberi), l’analisi degli isotopi dell’aria fossile contenuta nei ghiacci formatisi in passato, ed altro ancora.

Insomma, ancora una volta e su questo blog materiale per approfondire ce n’è parecchio, i dati diretti ed indiretti provenienti da numerose discipline mostrano che sì, il clima terrestre è cambiato notevolmente nel passato geologico, con periodi anche molto più caldi di oggi ma anche con diverse glaciazioni. Ma il cambiamento climatico che si osserva oggi non ha precedenti per ritmo che per ampiezza. La rincorsa al record dell’anno più caldo di sempre è partita da un pezzo.

A questo punto ci starebbe bene uno spiegone sul contesto scientifico del cambiamento climatico, la legge di Arrhenius e il lavoro di Keeling, Milankovic…ma non voglio ripetermi, basterà usare i tag di questo blog.  E quindi salto rimandando a quanto ho già scritto, come qui, ad esempio.

Modelli climatici, computer e imperfezioni

Sui modelli in generale ho scritto tempo fa…«sia data una mucca...» disse il professore tracciando un cerchio alla lavagna...    

Oggi gli scienziati studiano il cambiamento climatico con tecniche e strumenti di calcolo sempre più avanzati. Per stimare l’evoluzione del clima in risposta all’aumento dell’effetto serra utilizzano soprattutto due approcci: i modelli climatici computerizzati e il confronto con registri storici e paleoclimatici. Con le dovute cautele, anche l’intelligenza artificiale sta iniziando ad avere un ruolo in questo ambito. I modelli numerici del clima globale sono strumenti essenziali per comprendere e prevedere il cambiamento climatico: consistono in programmi informatici che risolvono equazioni fisiche ben note, descrivendo processi come la formazione dei venti, l’assorbimento dell’energia, le variazioni di temperatura, l’evaporazione dell’umidità dalla superficie e la formazione delle precipitazioni.

I modelli climatici moderni sono sempre più affidabili grazie a una migliore comprensione dei principi scientifici e a osservazioni più accurate del sistema climatico. Trattandosi di “sistemi complessi” l’ausilio dei computer è diventato insostituibile. Simulando al computer le interazioni tra le sue componenti, gli scienziati hanno ricostruito l’andamento generale del clima passato e possono elaborare proiezioni future basate su diverse ipotesi relative a fenomeni naturali e attività umane.

Dipendendo da variabili ancora incerte si ha che i modelli non possono prevedere il futuro con esattezza. Per questo gli scienziati costruiscono scenari diversi, considerando fattori come crescita demografica, politiche climatiche ed emissioni future di CO₂ e altri gas serra. Le proiezioni indicano intervalli di possibile variazione della temperatura: pur riproducendo abbastanza bene i cambiamenti globali passati e presenti, i modelli restano meno precisi su scala regionale o locale. Rimangono comunque strumenti essenziali per valutare direzione e intensità del cambiamento climatico futuro, con un’affidabilità in continuo miglioramento.

I modelli climatici attuali prevedono che la temperatura media terrestre continui ad aumentare nel prossimo secolo, pur con possibili anni di stabilità o lieve calo. La tendenza generale resta però al rialzo, con effetti comunque negativi. Il riscaldamento varierà per regione: sarà più marcato sulle terre emerse che sugli oceani in inverno, più intenso alle alte latitudini settentrionali nella stagione fredda e limitato sull’Artico in estate. Si prevede inoltre un ciclo idrologico globale più intenso, con maggiori precipitazioni e umidità del suolo alle alte latitudini in inverno. Questi cambiamenti potranno aggravare siccità o inondazioni in alcune aree e attenuarle in altre, oltre a innalzare il livello del mare di diverse decine di centimetri entro la fine del secolo, soprattutto per l’espansione termica degli oceani e lo scioglimento di ghiacciai e calotte glaciali. Nel complesso, il cambiamento climatico modificherà le condizioni medie e la frequenza degli eventi estremi, con impatti rilevanti su terre, oceani, risorse, economia e qualità della vita delle generazioni presenti e future.

«E’ difficile fare delle previsioni, soprattutto sul futuro». Questa ironica affermazione, quasi paradossale, che l’abbia o meno davvero pronunciata Niels Bohr, uno dei padri fondatori della moderna fisica atomica (pare sia apocrifa), apre comunque a degli scenari da non sottovalutare affatto, anche se forse sarebbe opportuno fare previsioni solo su quel che accadrà tra dozzine di miliardi di anni, quando il cosmo sarà buio e freddo, e soprattutto senza nessuno a controllare la qualità della previsione.

Indipendentemente dalla validità granitica dei cosiddetti “punti di non ritorno” l'incertezza degli esiti di un modello, nota anche come errore di previsione (la differenza tra il valore reale osservato e quello stimato da un modello statistico o matematico), nasce dalla propagazione delle incertezze attraverso la simulazione del modello ed è evidenziata dagli esiti simulati. L'errore di previsione del modello può essere valutato rispetto a soluzioni analitiche note, confronti con altre simulazioni e/o confronti con osservazioni. Un aiuto nel ridurre questa incertezza e trasformarla in fiducia ci viene ancora una volta dagli scienziati dell’IPCC, che hanno descritto tre approcci per indicare la fiducia in un determinato risultato e/o la probabilità che una determinata conclusione sia corretta:

1. una scala di comprensione qualitativa descrive il livello di comprensione scientifica in termini di quantità di prove disponibili e grado di accordo tra gli esperti. Possono esserci prove limitate, medie o numerose, e l'accordo può essere basso, medio o alto;
2. una scala di fiducia quantitativa stima il livello di fiducia per un risultato scientifico e varia da “molto alta” (probabilità 9 su 10) a “molto bassa” (meno di 1 probabilità su 10);
3. una scala di verosimiglianza quantitativa rappresenta "una valutazione probabilistica di un risultato ben definito che si è verificato o si verifica in futuro". La scala varia da "praticamente certo" (probabilità superiore al 99%) a "eccezionalmente improbabile" (probabilità inferiore all'1%); 

L'incertezza va distinta dal rischio perché il rischio coinvolge una probabilità nota, mentre un'incertezza sorge quando tali probabilità non sono disponibili. Questa distinzione è utile perché l'IPCC assegna esplicitamente probabilità alle sue principali previsioni climatiche, rendendo la situazione più di rischio che incertezza.

Sembrano chiacchiere accademiche, è solo una teoria direbbe il negazionista al bar, ma non direi affatto. I modelli di 30 o persino 50 anni fa erano decisamente meno sofisticati e prodotti con meno potenza di calcolo degli attuali, eppure allora fecero delle previsioni sui fenomeni che sarebbero avvenuti – probabilmente, in senso matematico, e non ce ne sono altri.

La realtà delle previsioni è ormai evidente, e le probabilità indicate sono rilevanti. Poiché molti effetti considerati altamente probabili comportano costi significativi, alcune forme di intervento appaiono giustificate. Chi nega l’origine antropica del cambiamento climatico sostiene che le stime probabilistiche dell’IPCC non siano affidabili e vadano quindi ignorate. Tuttavia, non agire in nome dell’incertezza significa o rifiutare il problema del riscaldamento globale per ciò che è, oppure assumere che “non fare nulla” sia la risposta corretta all’incertezza.

Il successo del cosiddetto hindcasting è palese. Ne ho già scritto, qui e, a seguire, lo ripeto.

I modelli climatici sono inaffidabili - Confutazione

Abbiamo visto che i modelli climatici, per loro natura, non sono perfetti: riflettono la capacità ancora limitata di simulare il clima e presentano sia inadeguatezze sia incertezze. Le prime dipendono da una comprensione incompleta del sistema climatico, dai limiti delle soluzioni numeriche usate nei modelli informatici e dal fatto che nessun modello può riprodurre esattamente il sistema reale. La struttura dei modelli - equazioni dinamiche, condizioni iniziali e al contorno, sottosistemi inclusi come chimica stratosferica o dinamica delle calotte glaciali - richiede inoltre scelte e semplificazioni. Queste introducono ulteriori incertezze, frutto del compromesso tra stabilità numerica, fedeltà alle teorie, credibilità dei risultati e risorse computazionali disponibili.

I modelli climatici sono dunque sofisticati strumenti computazionali costruiti su leggi fondamentali valide in ambito multidisciplinare (dalla fisica alla biologia, dalla chimica alla paleobotanica) ma non sono sfere di cristallo perfette: tuttavia sono incredibilmente potenti per comprendere sistemi complessi e ormai corredati da una solida esperienza:

• Successo dell'hindcasting: hanno "retroceduto" con successo i cambiamenti climatici del passato, riproducendo l'andamento storico della temperatura osservati, la fusione dei ghiacci e l'innalzamento del livello del mare. Anche i modelli delle previsioni meteorologiche funzionano così: elaborare un modello e applicarlo ad una serie di fatti accaduti nel passato per vedere se i dati previsti dal modello coincidono con le misure. Se così, da quel momento in poi quel modello sarà applicato ogni qual volta i dati derivanti dalle misurazioni assumono quella determinata condizione, prevedendo quanto accadrà.
• Accuratezza predittiva: molte delle prime previsioni dei modelli climatici, fatte decenni fa, sono state in gran parte confermate da osservazioni successive, tra cui l'andamento generale della temperatura globale. Così procede la scienza, che si nutre inoltre dei suoi stessi errori.
• Miglioramento continuo: i modelli vengono continuamente perfezionati con più dati, una maggiore potenza di calcolo e una comprensione più profonda dei sistemi terrestri. Mentre i singoli modelli possono avere lievi variazioni, il consenso su un insieme di modelli indipendenti prevede costantemente un riscaldamento significativo in presenza di continue emissioni di gas serra. Questi modelli non si limitano a prevedere la temperatura ma proiettano inoltre cambiamenti nei modelli di precipitazione, eventi meteorologici estremi, acidificazione degli oceani e altro ancora.

Pur restando incertezze significative sia nelle prove empiriche dirette del riscaldamento sia nella comprensione teorica del sistema climatico nel suo complesso, incertezze che si influenzano a vicenda, non si può escludere che il riscaldamento globale risulti più grave di quanto previsto finora. Il punto decisivo, tuttavia, non è l’esistenza dell’incertezza scientifica, ma il modo in cui l’umanità sceglierà di agire di fronte a essa.

Comprendere il ruolo e l'importanza dei modelli climatici consente infine di rifiutare e replicare le ipotesi di complotto che stanno caratterizzando una parte del negazionismo più becero. Uno dei temi a cui si appellano per spiegare come sia possibile fare previsioni con i modelli, non potendo più negare l'evidenza dei dati, si appella al complotto: «hanno programmato per...» è la nuova litania ricorrente.

Il seguito nella seconda parte...

Sperimentazione, pubblicazione, peer review, patologie e cantonate

 

Sperimentazione
C’è un imperativo, direi un dogma (lo so, suona male parlando di scienza), che guida ogni ricercatore che sa fare il suo mestiere: la riproducibilità dei risultati sperimentali.

Chiunque annunci di aver fatto una «scoperta», non solo si deve aspettare che altri colleghi ripetano l'esperimento nei loro laboratori, cercando di ottenere gli stessi risultati, ma anzi deve auspicare che ciò accada. Ogni articolo scientifico descrive nella sezione «Materiali e metodi» le procedure sperimentali o teoriche usate, inclusi preparazione dei campioni, apparecchiature, protocolli, agenti chimici, metodi statistici, software e autorizzazioni etiche, se richieste. Provare per credere dunque! Se in questa sezione sono presenti evidenti lacune, il lavoro non viene pubblicato e agli autori viene fornito un elenco di modifiche da apportare, a volte accompagnato da commenti anche molto critici. Se ciò che si dichiara non può essere verificato nonostante protocolli formalmente corretti, allora probabilmente da qualche parte c’è un errore, almeno. La riproducibilità dei risultati è un vaglio cieco e spietato, che protegge la scienza dagli errori, a volte vere e proprie ca…ntonate e, soprattutto, aiuta a distinguere, nel marasma delle cose che capitano, quello che scienza non è. Ad esempio, le truffe - tra cui includiamo le fake news - oppure, emotivamente parlando, la suggestione collettiva e la manipolazione inconscia.

E ciò accade perché gli scienziati, prima di esser tali, sono persone, soggette alle stesse distorsioni cognitive degli altri e alle prese con la quotidianità della vita di chiunque, fissazioni da cui faticano a liberarsi e tante belle speranze comprese: la speranza prima è effettuare per primi una scoperta, magari eclatante! Ecco spiegato anche perché studiosi con fior di competenze trascorrano le giornate chiusi in laboratori dentro a una montagna, in un osservatorio in pieno deserto o chiusi in un batiscafo a 2500 metri di profondità negli abissi oceanici; e qui da noi, in cambio di una borsa di studio a quarant'anni con cui a malapena ci si autosostenta e senza nemmeno la possibilità di scaricare le spese mediche. Appare quindi comprensibile che questa ambizione possa intaccare quel sano scetticismo di fondo che è uno dei dispositivi di protezione individuale più importanti per ogni scienziato. Capita cioè che uno scienziato, anche di prim'ordine, si convinca erroneamente di aver osservato un nuovo fenomeno, e a furia di arrovellarsi sulla questione arrivi ad affezionarsi ai «suoi» dati sperimentali, addirittura anche se inconsistenti e ben poco riproducibili, nonché alle argomentazioni imbastite strada facendo per inquadrare di tutto un po’ in una cornice pseudorazionale. E se quelle teorie ad hoc vanno contro a saperi consolidati, dimostrati e funzionanti non c’è problema: ci si appella alla rivoluzionarietà dell’idea. Pur di salvare il proprio lavoro, questi scienziati butteranno nel cestino, più o meno inconsciamente, i dati che contraddicono le attese accogliendo solo quelli graditi, attribuiranno effetti del tutto accidentali a cause che non c'entrano niente, vedranno un segno certo in uno spettro fatto solo da rumore di fondo. Infine, per un insieme di motivi, riusciranno a convincere un certo numero di colleghi della bontà delle proprie convinzioni, alimentando così un micidiale autoinganno collettivo. Quella dei “Raggi N” è una storia esemplare davvero notevole.

Scienza patologica…e sovietica

La costruzione di una simile architettura priva di fondamenta ed eretta in totale buona fede, ha un che di patologico: non a caso il premio Nobel per la chimica Irving Langmuir la definì proprio così, scienza patologica, dedicandosi con passione a fare quel che oggi chiamiamo debunking, smascherare le bufale, le false scoperte.

La mente del ricercatore «contagiato», pur accettando a priori le regole fondamentali del metodo scientifico sperimentale, inconsapevolmente se ne allontana e comincia a interpretare i dati in base ai propri desideri. Il bello è che, a prima vista, l'indagine condotta ha una parvenza di ordinaria credibilità - cosa che di solito fa presa non solo sul grande pubblico complottaro, ma anche su vari addetti ai lavori che cadono vittime dell’esaltazione per, ciò che ritengono essere, una grande scoperta. Ma un’indagine obiettiva mostra subito che il fenomeno accade solo in una regione piuttosto limitata dello spaziotempo, cioè sotto gli occhi di chi brama vederlo. Nonostante ci siano prove più che sufficienti a dimostrare l'inconsistenza del tutto i ricercatori colpiti dal male si ostineranno a difendere le proprie teorie iperboliche, controbattendo alle critiche con congetture buttate lì seduta stante. Dopo un po’, nella scienza sana prevale lo scoramento e si riprende il largo abbandonando la fantasiosa scoperta al proprio destino. Ci penserà il tempo a sommergerla nell'oblio o farle toccare terra in altre epoche, regalando eventualmente alle teorie alla deriva una seconda opportunità. Personalmente, ne ho conosciuto uno…

Insomma sembra un po’ il contrappasso del debunking che, stando ad analisi recenti e affidabili, pare non serva a nulla. Il tentativo di smontare le bufale nella speranza che si arresti la diffusione di informazioni false online non funziona insomma. Ci sono evidenze scientifiche che hanno dimostrato chiaramente che questa pratica è utile soltanto per chi già è predisposto a cercare la versione smentita. Si predica ai convertiti.

Ma non attecchisce laddove dovrebbe farlo, e a peggiorare le cose causa un effetto di maggiore polarizzazione dovuto al fatto che chi si vede arrivare delle informazioni a smentita della sua tesi si arrocca sempre più su posizioni difensive reagendo con veemenza.

C’è poi anche ciò che amo definire scienza sovietica. Quanto accadeva nell'URSS decenni fa o dando ascolto a scienziati di comprovata fede politica, tipo Lysenko (si veda qui per la vicenda e la tragica fine di Vavilov), che prese una cantonata genetica clamorosa; o, al contrario, non ascoltando scienziati e teorie valide perché non in linea con la linea del partito.  Un po’ come la cosiddetta identity politics condiziona il pensiero politico qui potremmo parlare di identity science se non fosse che parlarne in tal senso sia un evidente paradosso.

Ciò nonostante, ci sono ancora dozzine di casi di false scoperte e pseudoscienza che continuano a riaffiorare.

Il blog Retraction Watch contiene un database di oltre 40.000 articoli scientifici caduti in disgrazia e ritirati e ritrattati per i più svariati motivi.

C'è inoltre una vergognosa top ten dei 10 articoli ritrattati, sbagliati, più citati. Articoli che dopo essere stati ritrattati e ritirati hanno ricevuto ancora più like, persino dalla comunità scientifica internazionale.

Ancora in lista all’ottavo posto, c'è il famigerato articolo di Andrew Wakefield che suggeriva un legame tra vaccino trivalente e autismo. Quel lavoro venne pubblicato nel 1998 e fu ritirato nel 2010. Le sue conclusioni sono state più volte smentite, la condotta di Wakefield giudicata scorretta e l'intera storia è stata raccontata allo sfinimento. Ciò nonostante, l'articolo continua a galleggiare sull'oblio, anche grazie ad alcuni scienziati forse superficiali, fosse distratti, forse chissà. Ma se loro per primi non si chinano a seppellire i cadaveri, né li riconoscono, non si capisce bene chi dovrebbe farlo.

Di clamorose cantonate prese da fior di scienziati ne è piena la storia, tra le più famose quella della «memoria dell’acqua» (si veda il paragrafo dedicato all’omeopatia in questo mio post) e quella della «fusione fredda» (qui).

Publish or perish

Ma non tutti gli abbagli sono spiegabili in termini di scienza patologica. Fatte salve le ipotesi di frode, si verificano talvolta errori significativi da parte degli scienziati, spesso attribuibili alla pressione di tempi ristretti in un contesto che normalmente richiederebbe pazienza, chiarezza mentale e una riflessione approfondita. Contrariamente a tutto questo, ci si trova immersi in un ambiente frenetico a causa della competitività sfrenata ed esasperata dell'ambiente accademico, con implicazioni anche internazionali, con la penuria di fondi puntata alla tempia e le incerte prospettive di carriera strette al collo. Per non parlare degli interessi industriali legati a molti programmi di ricerca che hanno resto il mondo accademico molto più restio alla condivisione di quanto fosse un tempo. Gli avanzamenti sono inoltre legati al numero di pubblicazioni scientifiche e al loro impatto, misurato in termini di numero di citazioni, ovvero quanto i colleghi hanno preso i tuoi lavori come riferimento, e col famigerato impact factor, un altro numerino aggiornato di anno in anno che quantifica il prestigio di ogni rivista. È chiaro che, se il motivo conduttore diventa publish or perish, «pubblica o muori», le debolezze umane possono saltar fuori, zone d'ombra incluse. Nella migliore delle ipotesi il ricercatore in ansia da prestazione (o da precariato) può essere spinto a pubblicare troppo e troppo presto i propri lavori, trascurando di svolgere i dovuti controlli. Così, succede di sorvolare su quel che appare un’inezia, un miserabile dato che non torna, senza coglierne tutto l'aspetto inquisitorio e approfondire. Altrove, in particolare in ambito medico biologico, la cantonata può arrivare da una inadeguata analisi statistica dei dati, che conduce a conclusioni gravemente errate.

Durante la pandemia da Covid-19 ad esempio, la tendenza a pubblicare rapidamente i risultati delle ricerche sul tema è aumentata parecchio e non sono mancate le ritrattazioni eccellenti, con annesse polemiche, critiche anche feroci da parte di improvvisati tuttologi e cali generalizzati della fiducia da parte dell’opinione pubblica, già soggetta ad un bombardamento continuo di fake news costruite a tavolino.

La ritrattazione avviene quando un articolo viene rimosso dall'archivio della rivista su cui è stato pubblicato, e sostituito con una nota editoriale in cui si spiegano le ragioni del dietro-front.

In genere si tratta di ricerche viziate da gravi errori plagio e frodi accertate o sospette. Il ritiro dell'articolo può essere richiesto dall'autore stesso o da altri ricercatori perché non riescono a riprodurre i risultati del lavoro incriminato seguendone i protocolli. Occorre innanzitutto evitare che un articolo sbagliato funga da base per ulteriori studi, inquinando la letteratura di riferimento; questi dolorosi mea culpa sottolineano la natura auto correttiva e la vocazione alla trasparenza della scienza, i cui risultati ricadono idealmente sulle vite di tutti e ne diventano patrimonio ed eredità.

Peer review
La scienza è, soprattutto oggi, una grande impresa collettiva, e da ciò derivano la sua forza e la capacità di isolare gli errori: lo strumento collettivo utilizzato, in cui ogni ricercatore diventa giudice dei colleghi e da essi viene giudicato si chiama peer review, revisione tra pari. È Il sistema di controllo adottato dalla maggior parte delle riviste scientifiche ed elimina la spazzatura macroscopica. La pratica della peer review venne introdotta nel 1665 col numero inaugurale della rivista «Phylosophical Transactions» della «Royal Society for Improving Natural Knowledge», la prima istituzione scientifica della storia degna di questo nome, citata brevemente come Royal Society.

Una procedura ben consolidata quindi, ma è davvero efficace?

Ovviamente ci sono storie davvero tristi. Un biologo e giornalista scientifico nel 2013 inventò di sana pianta un articolo sulle proprietà antitumorali di una sostanza estratta dai licheni. Infarcì l’articolo di errori così grossolani che anche uno studente delle superiori se ne sarebbe accorto, spedì l’articolo a 304 riviste open-access (ad accesso gratuito, ci sono poi quelle in abbonamento), inventandosi uno pseudonimo davvero improbabile e il nome dell’istituto di ricerca, localizzandolo, a caso, in Eritrea.

Ben 157 riviste pubblicarono quella spazzatura. I valutatori o avevano lavorato coi piedi, meglio dire non lavorato, o proprio non esistevano. Più della metà delle decisioni finali non avevano rapporti di approvazione.

In un altro caso la allora direttrice del British Medical Journal nel 1998 inviò a duecento revisori (referee) un articolo contenente, apposta, ben otto errori di vario tipo. In media gli esperti ne trovarono due, nessuno li scovò tutti, e per qualcuno l’articolo era perfetto.

Tornando alla domanda a monte va detto che l'obiettivo di fondo della procedura di peer review non è garantire la correttezza dei dati riportati facendo così emergere truffe e manipolazioni ma, piuttosto, assicurare la correttezza formale e metodologica del lavoro. Se un revisore ha dubbi sui risultati, può richiedere altri esperimenti. Tuttavia, spesso non è facile valutare la validità delle misure, quindi di solito i risultati vengono accettati.

La procedura pur avendo numerosi limiti tecnici riesce comunque abbastanza bene nel controllo della forma e del metodo del lavoro e nel caso sbagli, il punto di forza della peer review e ancora una volta la capacità di autocorreggersi. Può accadere che un articolo di buona qualità, rifiutato da una rivista prestigiosa, venga poi accettato altrove e venga ampiamente citato, riconoscendone l'effettivo valore. Inoltre, la peer review è solo il punto di partenza di un percorso in cui il tempo giocherà un ruolo fondamentale. Se in un certo lavoro c'è davvero del buono, altri verranno a replicarne i risultati, a costruire sulle conclusioni della scoperta, ritagliandole il posto che merita.

Nota: quanto guadagnano i revisori dalla loro attività? Zero. Operano a titolo gratuito; e ancora, riviste prestigiose in abbonamento, non sono per questo più autorevoli di quelle gratuite.

Concludo citando un caso recente, nato sull’onda del progresso e della potenza elaborativa, inarrestabile ed a crescita esponenziale, dei cosiddetti Large Language Models (LLM), strumenti di AI.

La possibilità offerta da questi di realizzare in modalità pressoché automatica lavori da sottoporre a pubblicazione e peer review è stata, già da qualche anno, oggetto di una levata di scudi da parte della comunità scientifica; ciò nonostante, non sono mancati episodi più o meno eclatanti di ricercatori rivelatisi alla fine non meno peggio di tanti ciarlatani. Ma qui le cose si invertono.

Ci sono ormai evidenze che l’AI sia utilizzata dai revisori, per automatizzare il loro lavoro, generando spesso risultati completamente errati. Ricordo che un LLM segue sempre la stessa metodologia, sia che fornisca risposte corrette che sbagliate (sulla pagina Facebook di Walter Quattrociocchi ci sono numerose informazioni utili).

Ed ecco che non è l'autore della pubblicazione da sottoporre a review che sta barando, ma chi dovrebbe leggerlo, allora il primo non fa che difendersi: questa scelta è stata difesa, con razionalità, sostenendo che i prompt nascosti rappresentano una contromisura contro i revisori pigri che usano l’AI. Secondo il professore, in assenza di regole univoche sull’integrazione dell’AI nel processo di peer review, e sapendo che molte riviste vietano esplicitamente l’uso dell’intelligenza artificiale per valutare i lavori, l’aver inserito dei prompt leggibili solo dalle AI rappresenta un modo per poter controllare questa pratica e smascherarla dove presente.

Ad ogni modo, e lo affermo in maniera asettica, appare probabile che in un futuro non proprio lontano, il ruolo dell’AI nella revisione delle pubblicazioni scientifiche sarà preponderante. La capacità di assorbimento della necessaria letteratura che qualsiasi LLM potrà offrire, e spesso già offre, supera di diversi ordini di grandezza le potenzialità di chiunque, con buona pace di Borges e della sua biblioteca.

Spiccioli di matematica

[NdA] In questo paragrafo non sono stato preciso, me lo hanno fatto notare e ho corretto qui] 

Fin dalle scuola media abbiamo imparato che un teorema matematico va dimostrato. Insomma non può arrivare un Pitagora qualunque e affermare che «In ogni triangolo rettangolo, l’area del quadrato costruito sull’ipotenusa è uguale alla somma delle aree dei quadrati costruiti sui cateti». Tutti i triangoli rettangoli? Pitagora non avrebbe mai averli potuti disegnare e misurare tutti visto che sono infiniti. Ma veniamo al punto, dando per assodato che ci sono diverse dimostrazioni del famoso teorema.

In ambito scientifico, la dimostrazione matematica è lo strumento più infallibile e potente che si ha per produrre conoscenza. È Verità con la V. Un enunciato di cui viene data dimostrazione matematica vale in qualunque tempo e in qualunque angolo dell’Universo. Un teorema dimostrato è per sempre, altro che diamanti (che tra l’altro non lo sono trattandosi della fase instabile del carbonio…ma non divaghiamo).

Una dimostrazione inizia da una serie di assiomi, asserzioni vere perché evidenti a chiunque (tipo quelle di Euclide e dei suoi fondamenti). Si prosegue poi con logica inoppugnabile passo dopo passo alla necessaria validità della conclusione, che è poi l’enunciato stesso del teorema. Solidità dei blocchi di partenza e correttezza formale del ragionamento. Criteri così scrupolosi e condivisi non esistono in nessun altro campo di indagine.

Quando i matematici dimostrano usano uno strumento molto più affidabile di qualsiasi altra prova scientifica usata da chimici, fisici e via discorrendo, men che mai da medici o psicologi. Nel loro procedere questi ultimi non usano strumenti logici impeccabili ma si affidano ad osservazioni ed esperimenti, che è comunque la base del metodo scientifico fin dal suo ideatore, Galileo Galilei. Studiano un fenomeno, formulano una certa ipotesi e la vagliano alla luce di un esperimento che ne esamina l’efficacia, sia nello spiegare il fenomeno sia nel suo saper predire l’esito di altri fenomeni. Esperimenti non necessariamente fisici, ma anche esclusivamente mentali, come quelli di Einstein. Quelli raccolti man mano sono solo indizi, mai certezze, che costituiranno le fondamenta di una teoria al massimo altamente probabile. Nonostante le tante e solide prove scientifiche a disposizione, concettualmente almeno, nulla che derivi da osservazione e percezione è mai inconfutabile né univoco. Ogni esperimento, per quanto condotto a regola d’arte, è comunque fallibile, parziale e diversamente interpretabile. E tutto ciò nonostante la rivoluzione della Meccanica Quantistica, che ci ha insegnato ad accettare ad esempio fenomeni assolutamente controintuitivi e al limite del paradosso, sui quali però, innegabilmente si basa il funzionamento di tantissima tecnologia.

L’intrinseca debolezza della prova scientifica è comunque il nutriente del progresso scientifico, dei cambiamenti di paradigma; ogni qual volta una teoria, fino ad allora ritenuta valida, per lo meno la più corretta, è stata sostituita da un’altra, con la consapevolezza che qualsiasi spiegazione o modello, anche se decisamente migliore del precedente, rimarranno comunque viziati da qualche elemento di incertezza.

La conoscenza che deriva dalla logica matematica, invece, è ben più assoluta e definitiva di quella di ogni altra disciplina. Perderemo le nostre città, l'ultima delle piramidi d'Egitto si sgretolerà a terra come accadde alle altre meraviglie del mondo antico, dimenticheremo storie, poemi e le opere d'arte verranno inghiottite nella marea dei secoli, ma le intuizioni di Euclide, l'algebra o il calcolo infinitesimale no, quelli ci accompagneranno anche su un altro pianeta.

Per evitare comunque interpretazioni scorrette sulla apparente mancanza di validità (fino a prova contraria) di una teoria scientifica, suggerisco di approfondire tra i miei post ogni qualvolta ho fatto, da profano, un po’ di filosofia della scienza, o quando ho citato e spiegato il falsificazionismo di Popper.

Conclusioni

Sulla base di una sorta di generico principio democratico si assiste spesso a dibattiti dove vengono messi a confronto scienziati con sedicenti esperti o comunque personaggi influenti. Ma dare a tutti lo stesso tempo per esporre opinioni diverse è una cosa che ha senso in un sistema politico bipartitico, ma non funziona nel caso della scienza, perché la scienza non è un’opinione: non è, appunto, democratica. Si basa invece sulle evidenze, e progredisce attraverso affermazioni che possono e debbono essere verificate sperimentalmente, mettendole a confronto con le osservazioni. Le ricerche sono poi, come abbiamo visto, soggette a una revisione critica da parte di una giuria di esperti scientifici. Le affermazioni che non vengono vagliate con questa procedura – o che sono state esaminate e sono state respinte – non possono dirsi scientifiche, e pertanto non meritano lo stesso tempo in un dibattito scientifico.

Un’ipotesi scientifica è come l’accusa di un pubblico ministero: è l’inizio di un processo che può essere molto lungo. La giuria deve decidere non sull’eleganza dell’accusa, ma sull’entità, la forza e la coerenza delle prove che la supportano. Giustamente si chiede che il pubblico ministero fornisca le prove – numerose, solide e coerenti – e che le prove resistano all’esame della giuria, che può prendersi tutto il tempo necessario per portarlo a termine.

Nella scienza avviene all’incirca la stessa cosa. Un’affermazione non viene accettata solo perché proviene da una persona intelligente, o perché un gruppo di persone ne discute, ma quando una giuria di revisori – in rappresentanza della comunità dei ricercatori – ha esaminato le evidenze a sostegno di quell’affermazione e ha concluso che sono sufficienti perché la si possa accettare.

Sappiamo anche che nella ricerca scientifica l'incertezza è costantemente presente, e se qualcuno ci dice che alcune cose sono incerte, tendiamo a pensare che la scienza sia incerta. È un errore. L’incertezza è sempre presente in ogni scienza, perché la scienza è un processo di continua scoperta: la scienza non si scrive, al massimo si riscrive. Gli scienziati non si fermano quando hanno trovato la spiegazione per qualcosa; cominciano subito a porsi nuove domande.

Il dubbio ha un’importanza cruciale per la scienza – quello che noi chiamiamo curiosità o scetticismo è ciò che spinge la scienza a progredire – ma nel contempo la rende vulnerabile alle rappresentazioni fuorvianti, in quanto è facile decontestualizzare le incertezze e creare l’impressione che ogni cosa sia ancora incerta. Molto negazionismo funziona così: non nega la scienza, non potrebbe perché non potrebbe dimostrarlo, ma usa la normale incertezza scientifica per minare la conoscenza scientifica.

E qui mi contraddico, senza se e senza ma!

Storie dal passato
Sperimentazione Clinica
Esemplare, in campo clinico ed epidemiologico, la storia della sperimentazione legata alla streptomicina, uno dei primi antibiotici derivati da muffe, ovvero da batteri, impiegato nel trattamento delSe qualcuno ci dice che alcune cose sono incerte, tendiamo a pensare che la scienza sia incerta. È un errore. L’incertezza è sempre presente in ogni scienza, perché la scienza è un processo di continua scoperta. Gli scienziati non si fermano quando hanno trovato la spiegazione per qualcosa; cominciano subito a porsi nuove domandela tubercolosi. Dopo averla estratta, verso la metà degli anni Quaranta del XX secolo, negli Stati Uniti si avviò la sperimentazione clinica che inizialmente sembrava fornire risultati mirabolanti. Ma la cosa non convinse l’epidemiologo inglese Bradford Hill che non accettava l’approccio americano se guariscono funziona, sennò amen, non abbiamo perso nulla. Hill voleva dei test specifici e progettò un metodo sperimentale a tavolino, inventando lo «Studio Controllato Randomizzato» (RCT). Lo studio si doveva basare quindi su due gruppi di pazienti, confrontando i risultati statistici di chi ha preso il farmaco e di chi no, un primo gruppo trattato ed un secondo, detto «di controllo» a cui veniva somministrato un placebo. La scelta dei pazienti da assegnare ai due gruppi deve essere assolutamente casuale e se è possibile né i pazienti né i medici devono sapere chi è trattato e con che cosa. Questo è il cosiddetto esperimento in «cieco», che può avere diversi livelli di mascheramento dove solo il paziente ignora o, in «doppio cieco», anche lo sperimentatore; per arrivare al «triplo cieco» dove anche chi analizza statisticamente i dati non sa da quale gruppo provengano evitando qualsiasi tipo di influenza. Gli RCT sono entrati nella ricerca clinica e vengono tutt'ora ritenuti, pur con i loro limiti, la forma più attendibile di evidenza scientifica con cui la medicina ha verificato e verifica regolarmente l’efficacia o meno di un certo farmaco. Ai tempi questo approccio suscitò varie obiezioni. Tra queste, il fatto che l’impressione soggettiva del medico, soprattutto se di lunga esperienza clinica, non fosse poi così meno affidabile della distaccata obiettività della statistica (…); che sarebbe come dire che un novello Commissario Maigret negasse le evidenze molecolari derivanti da un test del DNA che inchioda l’assassino. Inoltre, aspetto ben più importante, bisognava accettare in partenza l'ipotesi che, se alla fine dello studio il farmaco si fosse rivelato efficace, i pazienti casualmente assegnati al gruppo di controllo non ne avrebbero beneficiato, almeno non durante la sperimentazione, e magari qualcuno di loro sarebbe pure morto, mentre a posteriori lo si sarebbe potuto salvare. Ciononostante, il metodo venne accettato, forse grazie anche al fatto che, in quei tempi di magra post-bellica, non ci sarebbe stata abbastanza streptomicina per tutti gli ammalati; quindi, non darla a qualcuno era inevitabile seppur immorale. Se volete approfondire leggete questo intrigante e divertente libro.

Un Nobel sbagliato?
Si diceva all’inizio che capita che uno scienziato, anche di prim'ordine, si convinca erroneamente di aver osservato un nuovo fenomeno.

Il 10 dicembre 1938 l’Accademia delle Scienze di Stoccolma conferiva il premio Nobel a Enrico Fermi con la seguente motivazione: «Per l’identificazione di nuovi elementi radioattivi prodotti dal bombardamento di neutroni e per la scoperta, in relazione a questo studio, delle reazioni nucleari causate dai neutroni lenti». In quegli stessi giorni gli esperimenti di scienziati tedeschi di primordine capovolsero in maniera inoppugnabile le conclusioni del grande fisico italiano: «Non avete ingrossato il nucleo dell’uranio, ma l’avete spaccato in due». Addio ai fascistissimi Ausonio ed Esperio[1]!

Sbarcato sul suo americano, con le leggi razziali e il fascismo alle spalle, Fermi si affrettò a modificare la sua Nobel lecture, ammettendo l’errore e aggiungendo una nota di ritrattazione, il più grande della sua vita ebbe poi a dire, ma andò avanti, grazie comunque all’apertura, con la fissione nucleare, di nuovi campi di ricerca. Sbagliando s’impara, no?

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[1] È una lunga storia che provo a riassumere in poche righe. Fermi, all’inizio degli anni Trenta del XX secolo, nel suo lavoro pionieristico sulla radioattività indotta da neutroni, era convinto di aver scoperto nuovi elementi chimici, che furono inizialmente chiamati ausonio (con numero atomico 93) ed esperio (94), oggi noti come nettunio e plutonio, scoperti nel 1940. Sebbene non abbia scoperto la fissione in sé (questo merito va principalmente a Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann), Fermi e il suo gruppo, i "Ragazzi di via Panisperna", furono i primi a realizzare sperimentalmente la fissione nucleare artificiale di un atomo di uranio, utilizzando neutroni lenti per bombardare il materiale.

L'immagine della scienza: oltre i luoghi comuni

Premessa
Quale immagine della scienza hanno i filosofi, ammesso che sia così semplice ridurla in questo modo? E noi, che immagine ne abbiamo? Nell’elenco qui sotto riporto tra immagini comuni della scienza, ampiamente condivise da filosofi, scienziati e persone in generale:

1. Scienza = Teoria + Esperimento
2. In realtà è tutta fisica
3. La scienza è deterministica: dice che ciò che accade dopo deriva inesorabilmente da ciò che è accaduto prima

L’ultima affermazione ricorda subito quanto ho affrontato nel mio precedente post, discutendo del libero arbitrio.

La prima immagine è praticamente onnipresente: ogni volta che i giornali riportano nuovi risultati scientifici, è nei manuali di scienze in uso nelle scuole, e non solo, è presente persino negli atti amministrativi che deliberano a seguito di richieste di finanziamento per la ricerca.

La seconda è ampiamente condivisa dai filosofi ed è sostenuta anche da alcuni scienziati, e anche se non sembra far parte dell’immaginario legato alla comune idea di scienza è fuori discussione che la fisica sia ritenuta, ovviamente non solo dai fisici, una sorta di regina della Scienza, con la S.

Infine, con l’eccezione dei tentativi di farci rientrare la meccanica quantistica che dimostra l’esistenza di fenomeni del tutto imprevedibili e al massimo definibili solo in termini probabilistici, la terza faccia parte dell’immaginario popolare della scienza, e dà origine a ogni sorta di domande e dubbi comuni sulla  possibilità concreta del libero arbitrio: estremizzando, i criminali sono davvero responsabili delle loro azioni? Ma, a questo punto, lo sono davvero anche i santi?

La tanto agognata “Teoria del tutto” ci permetterà di prevedere il futuro con certezza? E tanto per iniziare è difficile capire perché si dovrebbe sostenere l’immagine 3 se non si crede nella 2, che viene generalmente considerata il fondamento logico della 3.

Esaminiamole singolarmente.

Scienza = Teoria + Esperimento
La vignetta precedente mostra l’aspetto stereotipato che potrebbero avere gli scienziati, come fossero disegnati da bambini; le rappresentazioni femminili, purtroppo, scarseggiano. L’immagine più comune è quella del tizio al microscopio, gente con provette e, ovviamente, la caricatura di Einstein, tanto che si trovano immagini somiglianti ad Einstein con…una provetta in mano! Cosa che sono sicuro non sarà mai capitata all’originale. Anzi, lui di esperimenti non ne faceva affatto, a parte i suoi famosissimi “esperimenti mentali”. L’immagine comune è quindi: Scienza = Teoria + Esperimento. Visione che è anche quella della gran parte dei filosofi e di una parte consistente di scienziati.

In realtà è tutta fisica(?)
Come abbiamo avuto modo di vedere nel mio post precedente le posizioni sul rapporto tra scienza e libero arbitrio sono tali che un numero sempre più alto di scienziati e filosofi sostiene che il libero arbitrio è un’illusione. E la cosa viene motivata affermando che sono le Leggi, con la L, della fisica, ad escludere, definitivamente e semplicemente, l’esistenza del libero arbitrio. Ne segue una visione un po’ desolante della natura e del posto che occupiamo in essa, ma è perfettamente parallela a un’immagine della scienza profondamente radicata nel pensiero filosofico e che sottende la stessa cupa visione: la piramide delle scienze. Amaramente noto, ancora una volta, l’assenza della geologia e, con buona pace di Popper, la psicologia è invece inclusa.

In questa visione, indipendentemente dal tipo, tutte le scienze usano gli stessi mattoni della fisica, così come tutte ricadono sotto la fisica. Quest’ultima, si usa dire che sia la regina delle scienze. Una volta compresi l’oggetto di studio e il metodo della fisica, diventa immediato (…) capire i complicatissimi moti dei pianeti, la curvatura dello spaziotempo e anche tutto ciò che le altre scienze hanno da insegnare, dalla chimica alla biologia, dalla psicologia alla medicina; ammesso di essere abbastanza intelligenti. Questa è l’immagine che è stata promossa tanto dalla filosofia quanto dal pensiero di molti scienziati. Ernest Rutherford, il grande scienziato sperimentale vissuto a cavallo tra il XIX e il XX secolo, spesso considerato il padre[1] della fisica nucleare; è famoso per aver osservato che «tutta la scienza o è fisica o è collezionismo di francobolli».

Nel 1908, gli fu assegnato il Nobel…per la chimica! L’avrà preso come una punizione…

Questa storia secondo cui tutto è costruito a partire dai mattoncini della fisica è spesso venduta sotto l’etichetta di “unità della scienza”, tanto che una monografia pubblicata dalla Cambridge University Press intitolata, appunto, The Unity of Science, recita:

«La nozione di unità della scienza è sistematicamente legata alla nozione di riduzione. […] Secondo questa concezione, unità della scienza significa semplicemente che tutto si basa sulla fisica; le altre scienze sono in qualche modo sue derivate.»

Secondo questa concezione, unità della scienza significa semplicemente che tutto si basa sulla fisica; le altre scienze sono in qualche modo sue derivate. Mi viene subito in mente il grande biologo evoluzionista Ernst Mayr e il suo libro, in cui con rigore e logiche inattaccabili, ci parla de L’unicità della biologia!

Determinismo radicale

Le leggi della fisica fissano gli accadimenti in modo deterministico. Quello che succede dopo deriva inesorabilmente da quello che è successo prima, o almeno così si suppone. La fisica governa tutto e le sue leggi sono deterministiche: per ogni input, le leggi della fisica ammettono uno e un solo output. Gli input descrivono ciò che è accaduto nel passato, dunque è ammesso un solo futuro. E dato che “in realtà è tutta fisica”, questo principio si applica a ogni evento che si verifichi in natura. Le proprietà chimiche, il ripiegamento delle proteine, l’aspetto e la consistenza delle cose, persino gli stati psicologici: il loro futuro è fissato una volta per tutte, poiché in ultima analisi è regolato dalle leggi della fisica. Vivremmo quindi in un mondo totalmente governato da leggi, un mondo in cui le cose accadono in maniera meccanica e persino prevedibile, conoscendo e comprendendo queste leggi. È così che funziona il mondo, ed è per questo che i filosofi e gli scienziati giungono alla conclusione che, per quanto si possa pensare il contrario, il libero arbitrio è un’illusione.

Ovviamente, e spero sia noto anche a chi legge, probabilmente sapete già che questa storia del determinismo e della fisica non è del tutto corretta. Prendiamo ad esempio il fenomeno del decadimento radioattivo. Il fatto che un atomo radioattivo decada o meno nell’ora successiva non è scontato: può accadere o meno, non è stabilito dal passato. Tuttavia, non ci sono molte possibilità: si suppone che la probabilità che decadrà sia interamente determinata dagli stati passati, e né noi né nessun altro possiamo influenzare il modo in cui decadrà. Come la vecchia canzone…Que sera, sera (Whatever Will Be, Will Be), volenti o nolenti. Un fatalismo che può fornire il conforto della certezza, ma al prezzo dell’impotenza, fino a mettere in crisi (logica) le fondamenta di molte religioni in cui dio è onnipotente e onnisciente.

Immagini sbagliate
Cosa c’è di sbagliato in queste tre immagini? L’idea di un mondo governato dalle leggi della fisica è ormai talmente radicata che è difficile fare un passo indietro e chiedersi come mai non coincida con il mondo per come lo vediamo e lo viviamo. Naturalmente le cose non sono sempre come sembrano, ma tra il mondo come lo conosciamo – un mondo in cui tutte le scienze che non sono la fisica fanno grandi scoperte e danno vita a straordinarie tecnologie, in cui riusciamo a far accadere le cose e in cui a volte le cose vanno come previsto, ma molto più spesso no – e un mondo perfettamente regolato, dal Big Bang in poi, dalle indiscutibili leggi della fisica e quindi al di fuori del nostro controllo, c’è una bella differenza.

Pensiamo adesso al modo di operare degli scienziati nella realtà: rispetto al canonico processo strutturato teoria > esperimento > conferma (o smentita) è semplicemente molto più disordinato ed eterogeneo. Tale processo consiste nello scoprire le leggi preesistenti, ma non ancora identificate, che governano l’universo. Concepire la scienza in questo modo richiede un’immaginazione inventiva che va ben al di là di ciò che vediamo nella quotidianità, visibile a noi come agli scienziati mentre cercano di capire come funziona il mondo. Se guardiamo a quello che fanno gli scienziati per produrre quei loro meravigliosi prodotti della scienza che tanto ammiriamo (laser, GPS, vaccini, e chi più ne ha…) non sembra che stiano scoprendo delle leggi per poi ricavarne dei risultati. Quello che fanno è molto più simile a quello che si fa quando si gioca con il Meccano: si impara come mettere insieme i pezzi e si costruisce, facendo un sacco di tentativi ed errori. Ma ciò che la scienza produce, e soprattutto perché lo produce, che siano vaccini o stazioni orbitanti, ha poco a che fare con quello che le immagini di cui sopra suggeriscono. L’eterogeneità di punti di vista è grandissimo persino tra i filosofi e tra gli scienziati, gruppi formati da persone diversissime tra loro. Quello che personalmente si può vedere guardando alla scienza non è quello che vedono i filosofi, né forse quello che vede la maggior parte dei filosofi, ma è quello che vedono molti di noi che osservano i dettagli della scienza per come viene praticata.

Non c’è nulla di controverso nelle caratteristiche e nelle pratiche: nessuno nega il loro ruolo nella prassi scientifica. Queste tre immagini così popolari astraggono da questi dettagli e, naturalmente, qualsiasi immagine della scienza che non sia un esatto duplicato deve farlo. Lo scopo di astrazioni come queste non è quello di fornire un riassunto accurato dei dettagli, ma di sostituire queste immagini perché queste fanno l’opposto, ovvero nascondono ciò che rende la scienza così efficace.

Se si osserva la scienza e il suo modo di procedere, si possono vedere gli apporti di tantissime discipline, sotto-discipline e sotto-sotto-discipline, un miscuglio di pezzi finemente lavorati e brillantemente assemblati in modi diversi per produrre la miriade di risultati meravigliosi che essa ci offre, dalla comprensione alla tecnologia, e che proietta dietro di sé un mondo ricco di diversità, di sfumature e in cui molto è ancora possibile. Un’immagine della natura in cui c’è spazio per la realtà della contingenza e per il nostro potere di cambiamento.

1. Teoria + Esperimento non fanno una scienza - Non si tratta solo di teoria ed esperimenti. Tutti i prodotti della scienza giocano un ruolo fondamentale nel conseguimento dei suoi successi: modelli, misure, procedure e strumenti; sviluppo e convalida dei concetti; raccolta, analisi e cura dei dati; studi non sperimentali; tecniche statistiche; metodi di approssimazione; casi di studio; narrazioni e così via. E il loro complesso intreccio è altrettanto importante.

2. La regina giù dal trono - Sappiamo tutti, tranne forse i fisici, che in realtà è tutto fisica non è assolutamente vero. Tra l’altro, l’idea che tutto derivi dagli elementi costitutivi della regina delle scienze smentisce in linea di principio la varietà e la diversità sia della scienza sia della natura, e può portarci su strade di ricerca sbagliate. Per quanto riguarda l’unità, ci sono molti altri modi per raggiungerla che non siano quello di costruire tutto con i mattoni della fisica.

3. Una natura più negoziabile - Non è in alcun modo certo che i principi cui la scienza ricorre per produrre le sue meraviglie rappresentino delle leggi di natura che governano con mano ferrea. Spesso siamo noi a creare le circostanze giuste dove nulla interviene a sconvolgere le condizioni iniziali, così che ciò che accade al loro interno sia fisso e prevedibile, mi riferisco per esempio ai modelli, di cui ho scritto tempo fa: «sia data una mucca...» disse il professore tracciando un cerchio alla lavagna...Come ebbe a dire lo statistico George Box «tutti i modelli sono sbagliati, ma alcuni sono utili». A volte tali circostanze si verificano anche in natura, e allora quello che accade è davvero fisso e prevedibile, ma nella vita non funziona quasi mai così, ed è sbagliato pensare che la realtà sia come uno strano e gigantesco orologio, che sia tale (c’è chi usa termini come creata, progettata, personalmente mi dissocio da immagini teleologiche) per dare un senso a quegli insiemi così precisi e rigorosi che osserviamo, o per farci capire perché a volte sia possibile trovarli o costruirli. Salvo inoltre cercare applicare leggi rigorose alla più controintuitiva delle discipline scientifiche, la meccanica quantistica, o comprendere davvero la teoria darwiniana dell’evoluzione e dei suoi sviluppi, altrettanto controintuitiva nella sua essenza.

Per dirla con le parole di Nancy Cartwright, a cui di recente ho dedicato la recensione del suo ultimo libro, «…vedo una scienza che naviga, con sforzo e dedizione, tra la Cariddi di un’arroganza che presuppone che i nostri successi scientifici siano dovuti al fatto di aver strappato eroicamente alla natura i suoi segreti, e la Scilla della diffidenza, che ci spinge a dire che non sappiamo nulla e che dovremmo procedere sempre e solo con estrema cautela.»

Ciò non significa affatto che la scienza non sia un’impresa razionale, non più di quanto la filosofia non sia un’impresa razionale.  Ciò che comporta, tuttavia, è che il confine tra scienza e filosofia è molto meno netto di quanto comunemente si supponga. Gran parte di ciò che oggi si presume sia scientifico – il rifiuto di approvare spiegazioni irriducibilmente teleologiche, la distinzione di qualità primaria/secondaria, e così via – sono in realtà solo ipotesi filosofiche controverse mascherate da risultati empirici.  E non è possibile fare scienza senza fare ipotesi filosofiche di qualche tipo, che sono destinate ad essere controverse.

Nel film “L’esercito delle 12 scimmie” si dice «la scienza non è una scienza esatta» e, se dovessimo limitarci al modo di procedere del metodo scientifico, di dubbio in dubbio, potremmo anche concordare.  Ma a dire il vero, c’è un’esattezza nei suoi aspetti puramente matematici, ma questo è dato dal fatto che le rappresentazioni matematiche semplicemente lasciano fuori tutti gli aspetti della realtà che non si adattano a quella esatta modalità di rappresentazione – e non è poca roba.  «Ci son più cose in cielo e in terra, Orazio, di quante ne sogni la tua filosofia» fa dire Shakespeare ad Amleto, ma non è solo quel che gli scienziati sognano, ma ci sono anche più cose nella scienza stessa di quanto essi sognino, fino a quelle cose note incognite, quelle che non sappiamo di non sapere. Argomento questo, parzialmente accennato in un precedente post dedicato all’interessantissimo concetto della serendipità, stupendamente trattato da Telmo Pievani in un suo libro dal titolo omonimo, e più recentemente ripreso a proposito della comunicazione della scienza.

Molte istituzioni scientifiche potrebbero migliorare adottando un approccio più umile e impegnandosi a comprendere meglio le proprie culture, norme e pratiche. Questo include le università, i laboratori di ricerca, l'industria scientifica e gli enti finanziatori. È importante iniziare da una comunicazione della scienza più efficace.

Un’eccessiva sicurezza può bloccare la ricerca di nuovi metodi e teorie, con conseguenze potenzialmente deplorevoli. Con un’eccessiva diffidenza invece, le pratiche che hanno molto da offrire sprecheranno il loro talento; applicata ai metodi, alle pratiche e ai risultati della scienza può farci arrivare a negare verità spiacevoli ma scientificamente fondate, cosa che accade per esempio per il cambiamento climatico, negato non solo dagli scettici radicali a cui nulla serve per far cambiare loro idea, ma anche  da parte di persone che hanno gli strumenti cognitivi per accettarlo in tutta la sua evidenza comprovata da decenni di ricerca. Tutto ciò può impedirci di ricorrere alla scienza per migliorare le cose. Di pseudoscienza e antiscienza ne ho scritto qui.

L’arroganza è purtroppo alimentata da un’immagine diffusa della scienza e del suo mondo che andrebbe respinta: quella che dipinge la scienza come la scoperta dei segreti più profondi della natura, la messa in evidenza della grandezza di queste scoperte, teorie grandiose ed esperimenti brillanti, realizzati da uomini di grande genio, intuizione e finezza.

Ma la scienza opera in maniera diversa: produce risultati affidabili non scoprendo i segreti più profondi della natura, ma imparando, faticosamente, a produrre quei risultati in modo affidabile. Ogni prodotto della scienza – che si tratti di una tecnologia, di una teoria fisica, di un modello economico o di un metodo di ricerca sul campo – dipende da un enorme groviglio di attività diverse che lo comprendono e lo supportano. Non esiste una gerarchia in termini di importanza. Tutte queste attività, lavorando insieme, sono importanti. Ogni lavoro è degno del suo impiego: così come ogni pezzo del Meccano concorre all’insieme.

Laddove molti vedono, o desiderano vedere, omogeneità semplicità, andrebbe invece visto un mondo scientifico variegato, fatto di una miriade di pezzi diversi e particolari, realizzati con cura, ognuno con un ruolo da svolgere in una circostanza o nell’altra, un mondo dove nessun pezzo può funzionare senza un’abile cooperazione di una miriade di altri. A maggior ragione nell’attuale mondo iperconnesso.

Nessuna immagine, né quella di chiunque, né quelle più standard, né del mondo, e tanto meno della scienza che lo studia, è imposta dalle prove scientifiche. Forse alla fine la nostra migliore scienza sarà costituita principalmente da teoria ed esperimento, e tutto si ridurrà alla fisica e alle neuroscienze. Ma per ora quello che abbiamo per le mani in ambito scientifico, per aiutarci a capire e a cambiare il mondo, è un vasto e variegato set di Meccano. Ed è doveroso impegnarsi affinché ognuno di essi sia all’altezza del lavoro richiesto.

Nemmeno la fisica è tutta fisica
Partiamo da un altro luogo comune: quello che sostiene che la chimica è tutta fisica.

Non molto tempo dopo la nascita della meccanica quantistica, uno dei suoi padri fondatori, Paul Dirac, nel 1929 ebbe a dire qualcosa che rese legge standard il rapporto tra chimica e fisica:

«Le leggi fisiche di base necessarie per la teoria matematica di gran parte della fisica e di tutta la chimica sono completamente note. La difficoltà risiede nel fatto che l’applicazione esatta di queste leggi porta a equazioni troppo complicate per essere risolvibili.»

A parte la presunzione insita in quel completamente Dirac sosteneva l’affermazione, divenuta di uso comune, secondo cui la chimica può essere ridotta alla fisica, nonostante sia priva di buoni argomenti. Affermazione che è stata ancora recentemente contestata dai filosofi della chimica.

In tempi recenti si sono avute persino posizioni estremamente radicali che affermano che la vita stessa sia tutta fisica, con l’evoluzione vista come un processo fisico fondamentale, posizione sostenuta persino da un biologo di fama internazionale come Carl Woese, colui che definì l’esistenza del dominio degli Archaea e la teoria del “mondo a RNA” che ho trattato qui.

E che dire dei riduzionisti estremi di estrazione chimica? Questi pongono la loro disciplina al centro delle altre proprio perché in grado di connettere le scienze “fisiche”, che si occupano della materia non vivente, alle scienze “della vita”, a quelle farmaceutiche, mediche e via discorrendo.

Ho trovato un post molto interessante che approfondisce la cosa con argomentazioni condivisibili.

Nella figura a lato l’ordinamento delle scienze secondo Balaban & Klein

In generale esistono due approcci antiriduzionistici alla chimica. Il primo approccio nega del tutto che la chimica possa essere ridotta alla meccanica quantistica o a qualsiasi altra branca della fisica. Questo perché la chimica è una scienza che studia la trasformazione della materia, ha quindi le proprie caratteristiche classificatorie e metodologiche che la rendono irriducibile alla fisica. Il secondo approccio non nega del tutto la riduzione; al contrario, considera la questione della riduzione della chimica alla fisica come una questione empirica che non dev’essere né affermata né negata dogmaticamente, bensì determinata nella pratica. Riguardo questo secondo approccio, molti filosofi della chimica sostengono, contrariamente alla credenza popolare, che il successo della fisica quantistica nello spiegare certi fenomeni chimici non offra validi motivi per la riduzione della chimica alla fisica.

Se è vera l’affermazione riduzionista secondo cui l’intera chimica è riducibile alla fisica, allora questo presuppone che esistano confini netti tra le due discipline. Non è un dettaglio perché, se stiamo sostenendo che un certo fenomeno che appartiene propriamente alla chimica è spiegato dalla fisica, e quindi, in quanto, tale è riducibile alla fisica, allora dobbiamo essere sicuri che tale fenomeno appartenga inizialmente alla chimica e non alla fisica. Ma una rapida occhiata alla storia della scienza rivela che i confini tra queste due discipline sono sempre stati molto sfumati.

Quando pensiamo alla riduzione della chimica alla fisica, sembriamo erroneamente assumere che la fisica stessa sia una scienza al suo interno organica e unita. Ma non è così. Pochi rami della fisica si riducono alla fisica fondamentale, e se la fisica non è riuscita a raggiungere il primato all’interno del suo stesso dominio, perché dovremmo pensare che potrebbe raggiungerlo in altri ambiti?

Persino in chimica quantistica, che può essere descritta a grandi linee come la branca della scienza che utilizza la meccanica quantistica per rispondere a domande di tipo chimico, la riduzione della chimica alla meccanica quantistica si compie attraverso l’uso che fa la meccanica quantistica dell’equazione di Schrödinger per descrivere le proprietà chimiche di atomi e molecole. Affinché la riduzione abbia luogo, dovremmo riuscire a ricavare le proprietà di atomi e molecole dall’equazione di Schrödinger che ne descrive le proprietà. Insomma, le approssimazioni che contribuiscono alla riduzione violano la stessa teoria a cui la chimica dovrebbe essere ridotta e, non ultimo, le equazioni non spiegano ad esempio il comportamento metallico o quello gassoso di atomi o molecole.

Ma torniamo adesso al titolo del paragrafo. In primo luogo, la fisica stessa è un miscuglio di teorie e pratiche diverse, e le sue numerose branche non si riducono alla fisica fondamentale. In secondo luogo, nemmeno quelle che sono considerate le teorie fondamentali della fisica sono unificate tra
loro. In terzo luogo, per produrre tecnologia, spiegazioni o previsioni su aspetti concreti del mondo reale che siano basate sulle sue leggi, la fisica deve collaborare con molte altre fonti di conoscenza. La fisica della materia condensata ad esempio, la branca della fisica che studia le proprietà microscopiche della materia, occupandosi in particolare delle fasi condensate, caratterizzate da un gran numero di costituenti del sistema e dalle loro interazioni - condensato, solido, liquido, superfluido, superconduttori ecc. – si svolge in un ambito si sovrappone alla chimica, alla scienza dei materiali, alla mineralogia, alla biologia molecolare e via dicendo è chiaro se ci sarà mai un corpus fondamentale di leggi in grado di catturare tutta la fisica della materia condensata. 

Se si pensa ad esempio a due delle più importanti teorie fisiche fondamentali, di grande successo, la meccanica quantistica e la relatività generale, esse sono incompatibili. L’incompatibilità deriva dal fatto che nella relatività generale la massa e l’energia sono trattate secondo le leggi della fisica classica, nel senso che quantità fisiche come le forze e le direzioni dei vari campi e le posizioni e le velocità delle particelle hanno un valore definito. Si dà il caso però che le nostre teorie fondamentali della materia e dell’energia siano tutte teorie quantistiche che includono il principio di indeterminazione di Heisenberg, che nega che tali grandezze abbiano valori definiti e che quindi rifiuta del tutto il quadro teorico classico offerto da molte teorie fisiche che usiamo ogni giorno con ottimi risultati, tra cui la teoria della relatività generale.

Se pur vero che i fisici da lungo tempo stanno cercando di risolvere questa incompatibilità con una teoria della gravità quantistica è altrettanto vero che si tratta ancora di un cantiere aperto; ne esiste più di una versione e tutte sono ben lungi dall’avere prove empiriche convincenti. Ciò ovviamente non significa che l’unificazione non sia possibile, ma anche se alla fine sarà raggiunto un risultato, positivo in tal senso, o negativo che sia allo stato attuale non ha senso affermare che la fisica sia un tutt’uno omogeneo. 

Fortunatamente la fisica non ha bisogno di questa fantomatica unità per mostrare di cosa è capace. A titolo di esempio si pensi al GPS, utilizzabile oggigiorno con qualsiasi smartphone: un’invenzione emersa da teorie diverse e a tratti incompatibili tra loro, come la meccanica newtoniana (per i satelliti), la meccanica quantistica (per l’orologio atomico) e le teorie della relatività speciale e generale (per correggere gli orologi atomici). Un risultato grandioso, ottenuto grazie, e non malgrado, alla disomogeneità di queste teorie. 

Infine, nella scienza reale, che studia sistemi reali nel mondo reale, la fisica deve collaborare con un insieme eterogeneo di altri ambiti del sapere (dalle altre discipline scientifiche all’ingegneria, dall’economia alla normalissima vita pratica) per produrre previsioni e spiegazioni anche dei suoi aspetti più puri. In altre parole le rigorose leggi della fisica, o di qualsiasi altro ambito, persino quello socioeconomico, non descrivono la «piena realtà empirica», il mondo in cui viviamo e che è, alla fine, l’unica realtà esistente. Piuttosto, ciò che descrivono sono relazioni esatte esistenti in una sorta di paradiso platonico – ricordate la metafora della caverna di Platone? – tra tipi chiari e ben definiti.

Non solo in fisica, non solo fisica
E la realtà modifica le condizioni dovendo venire a patti con molti altri aspetti anche nelle scienze economiche. Nell’economia classica la figura idealizzata dell’essere perfettamente razionale, o almeno capace di comportarsi in modo totalmente razionale, è stata presa a modello del comportamento umano relativamente alle scelte economiche. Lo chiamarono Homo oeconomicus, che prende le decisioni facendo un’analisi completa della situazione, di tutte le possibili alternative e delle loro conseguenze. Figura inesistente nella pratica ma nella quale ancora oggi molti economisti credono. Per fortuna, contrariamente ai primi, si è andato creando un gruppo di economisti che, a partire dagli anni Settanta del XX secolo, hanno iniziato a prendere nota di comportamenti, quasi generalizzati, diversi da quelli previsti dalla teoria economica classica: comportamenti anomali, non spiegabili fino a quando psicologi sperimentali ed economisti non si incontrarono facendo nascere la cosiddetta Economia Comportamentale. Che conta già qualche Nobel.

Divenne così sempre più evidente l’importanza degli aspetti psicologici nella previsione dei comportamenti economici delle persone nella vita reale. Per fare una analogia tra la teoria economica neoclassica e la fisica (…), si può affermare che per iniziare a capire i fenomeni fisici va bene immaginare che i movimenti avvengano nel vuoto e senza attriti, ma se si vuole mandare in orbita un razzo è bene tener conto dell’esistenza dell’atmosfera. Fuor di metafora si può studiare l’economia con il modello dell’homo oeconomicus per capirne alcune regole fondamentali, ma se si vogliono fare previsioni realistiche è bene tener conto dei comportamenti umani reali, laddove vivono scelte empiriche e molto meno teoriche, da considerare caso per caso.

In pratica
Sarebbe interessante approfondire la cosa parlando dell’esperimento “Gravity Probe B (GP-B)”, quarantaquattro anni di lavoro in cui, nonostante si sia affermato che tutto è fisica, sono stati coinvolti dozzine di altri elementi dalle discipline scientifiche e tecnologiche più disparate: rimando al video per chi volesse avere maggiori informazioni.

L’affermazione fatta dal team, che cioè sarebbero stati in grado di garantire che nulla di quello che non può essere modellato in un’equazione della fisica possa agire sullo spin del giroscopio, come poteva essere sostenuta e difesa senza coinvolgere vari altri modelli che impiegano molte caratteristiche non studiate dalla fisica? Per esempio: modelli di come i giroscopi sono stati perfezionati in modo da poter essere rappresentati adeguatamente in altri modelli come quasi perfettamente omogenei, e modelli
per dimostrare che la misurazione stessa non crea un momento meccanico in grado di influire sulla rotazione del giroscopio. Ma ingegneria, chimica e fisica non bastano. Anche l’economia e la psicologia sociale giocano un ruolo essenziale, e senza di esse non si possono fare previsioni. Lo stesso vale per la scienza manageriale: come realizzare, soprattutto oggi, qualsiasi percorso di ricerca, che preveda attrezzature e sperimentazione, senza una qualche forma di program management? Spesso si tende a ignorare l’importanza di queste discipline nella previsione dei risultati della fisica.

L’atteggiamento è quello che pur ammettendo che ciò che accade dipende da cose che vengono studiate dalle scienze economiche e gestionali, ma dopo tutto si tratta soltanto di dettagli pratici. Se solo si potessero togliere di mezzo, tutto ciò che conterebbe davvero in linea di principio sarebbe solo Fisica, con la F. Progettare un esperimento con una tale precisione da poter supporre che ogni fattore che può influenzare il risultato, ma che non può essere rappresentato nelle equazioni della fisica è stato eliminato è quanto meno inusuale ma tutti i fattori secondari che fanno scomparire quelle fastidiose possibili cause di interferenza sono essenziali. Come essenziale è la scienza secondaria, che ci aiuta a dare la giusta collocazione a queste cause. È evidente che, se si ha di fronte uno di quei rari e astratti sistemi ingegnerizzati con estrema precisione, di cui sia possibile creare un modello perfetto con equazioni della fisica, allora la previsione dei risultati è in realtà tutta fisica. Ma questa ovvietà non porta certo a concludere che “in realtà è tutta fisica”.

All’interno della complessità ciascuna scienza è fondamentale per tutte quelle a lei correlate, e non può essere altrimenti. Tuttalpiù possono esserci scienziati centrali, quelli che con le loro scoperte riescono a stimolare benefici anche per le discipline adiacenti. 

Volendo quantificare quel che accade ormai in qualsiasi ambito di ricerca, prendiamo ad esempio ancora l’esperimento GP-B. I volumi che descrivevano il progetto dell’esperimento occupavano sugli scaffali circa quaranta metri, e solo una piccola parte delle conoscenze che racchiudevano era fisica vera e propria. 

Cercare la riduzione, che sia radicale o più morbida, indipendentemente dai principi filosofici che la negano, indipendentemente dalle proprietà emergenti, non porta da nessuna parte e, come si è scritto, isolarsi nelle proprie aree in competizione, non favorisce il progresso scientifico. Si perde la necessaria visione d’insieme. Così come quando sentiamo dire di tizio o caio che sono i padri di questa o quella disciplina si scopre sempre che magari a due passi il padre di quella stessa materia è un altro. Persino nei casi in cui va riconosciuta l’unicità o la genialità (che so, Galileo, Einstein…) c’era dibattito, condivisione, confronto, e qualcuno che stava per concludere le stesse cose su qualcosa.

I vari padri da soli difficilmente possono partorire alcunché. E giocando con la metafora delle madri, le uniche che partoriscono davvero, nella scienza nessuno ne ha mai parlato, nemmeno quando sarebbe stato facile.

Ogni singola scienza è un delicato e prezioso ingranaggio al servizio dell’uomo e della sua evoluzione culturale, e la condivisione delle informazioni dovrebbe essere la vera energia che genera progresso, ma anche un potente talismano che serve a mantenere la cattiva scienza (mi viene subito in mente la vicenda Lysenko e la fine tragica di Vavilov) confinata nel rango che le spetta, cioè quell’esclusivo appannaggio di irriducibili masse di stolti e ingenui.

Ovviamente senza dimenticare che i fisici, per loro natura, possono essere «talvolta in errore ma mai nel dubbio»! 

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Nota: nel luglio 2024 ho pubblicato tre post dedicati alla descrizione ed alla confutazione di altrettanti luoghi comuni sulla scienza.
Liberamente ispirato al libro di Nancy Cartwright, “La scienza vista da una filosofa”, Codice Edizioni, 2025

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[1] Su questo concetto di paternità (ma mai maternità!) è interessante leggere sia la recensione che, ovviamente, il bel libro di Silvia Bencivelli “Eroica, folle e visionaria. Storie di medicina spericolata”