Vegetale. A chi? - Seconda parte

Modulare vs Unitario
Nel post precedente ci si era lasciati ragionando intorno al concetto di esperienza, se fosse più o meno attribuibile al mondo vegetale e perché. Le piante hanno sicuramente sensibilità e rispondono, segnalano attivamente, ma ciò non è sufficiente per parlare di esperienza sentita nemmeno nelle sue forme più semplici. E tutto questo in parte è dovuto al fatto che una pianta È un tipo di creatura particolare.

Esiste un modo di essere animale diverso rispetto a quello di altri tipi di forme di vita. Questo modo comparve grazie allo sviluppo del corpo e dell’azione, insieme a nuovi tipi di sensibilità che accompagnano quelle azioni e sono da esse alimentati. Attenzione a non semplificare troppo: ci sono state anche altre strade evolutive esplorate da altri tipi di animali così come dalle piante.

Se un aumento di dimensioni può dare maggior beneficio evolutivo, un piccolo animale ha due modi per ottenerlo. Il primo, ovviamente, è cercare di costruire quello stesso corpo su scala maggiore, conservando la stessa forma: e questo comporta nuove esigenze per la circolazione dei materiali e per la coordinazione delle parti. L’altro modo è invece dato al limitarsi a replicare la forma esistente, aggiungendo al proprio corpo una sorta di gemello che resti attaccato, e poi un altro, e ancora, finché possibile. Una colonia insomma. I biologi lo chiamano «piano corporeo modulare», mentre l’altro è detto «unitario».

La modularità ricorda il processo con cui le cellule si dividono ripetutamente per generare un organismo complesso come il nostro; tuttavia, in questo contesto, le unità che si ripetono sono animali interi oppure altri elementi analoghi. I coralli funzionano così, e in larga misura, anche le piante. Durante l'analisi di un organismo modulare, risulta spesso complesso determinare se debba essere considerato come singolo individuo il corallo ramificato nel suo insieme oppure i singoli polipi che lo costituiscono; analogamente, tale ambiguità si presenta per una pianta fiorita. Le unità costitutive più piccole presentano frequentemente un elevato grado di autonomia: sono in grado di riprodursi autonomamente, pur continuando a dipendere, per la loro sopravvivenza, dall'organismo aggregato.

Gli organismi modulari spesso producono strutture ramificate, arboriformi. Una volta intrapresa questa strada, lo stile di vita, per quanto riguarda il comportamento, tende a rimanere semplice o addirittura a semplificarsi ulteriormente. I coralli, pur sviluppandosi verso l’esterno e dotati di motilità, restano comunque fermi e saldamente ancorati al substrato. Ci sono poi casi più estremi, come quello dei briozoi (significa «animali muschio» e sono sulla Terra da mezzo miliardo di anni!). Questi organismi presentano un piano corporeo che consente di distinguere i lati destro e sinistro e possiedono un sistema nervoso. Si sono adattati a uno stile di vita collaborativo, spesso formando colonie che assumono strutture complesse simili a cespugli o muschi. La morfologia di tali animali risulta altamente variabile e non segue un numero prestabilito di appendici, analogamente alle piante come la quercia, riconoscibile per la sua forma complessiva ma priva di una disposizione fissa dei rami, cosa comune nei vegetali, salvo rarissime eccezioni.

Non a caso gli esseri umani, un gambero, un polpo o un pesce sono invece organismi unitari. Abbiamo forma definita, ripetuta da una generazione all’altra, e non siamo costituiti da unità in parte autosufficienti. La forma del corpo unitario è importante per l’evolvere dell’azione: con una forma corporea di base, si sviluppano schemi d’azione, dato un corpo quel che può fare dipende dalla sua forma.

Gli organismi modulari, essendo generalmente sessili, non sono in grado di compiere azioni complesse; questa caratteristica li rende simili alle piante che, pur essendo sensibili e capaci di rispondere agli stimoli, sfruttano queste abilità in maniera diversa rispetto agli animali. Le piante utilizzano le loro capacità per modellare il proprio corpo, la cui struttura riflette la storia degli stimoli percepiti: dove hanno trovato luce, gli ostacoli incontrati e altro ancora. Possedendo un corpo meno integrato, la forma può essere modificata in modo più vario e adattarsi liberamente alle condizioni ambientali.

Comunità

Le piante quindi, i funghi e anche alcuni animali, hanno percorso la via del disegno modulare. Un organismo di questo tipo ha un’individualità meno chiara; più che un organismo individuale, in una certa misura è una comunità o una colonia.

In un albero o in qualcosa di simile l’unità fondamentale è, per certi versi, un modulo costituito da un singolo segmento di ramo, una foglia e una gemma: l’albero è una colonia organizzata formata da tali unità. Questo lo sapevano un altro Darwin, Erasmus, il nonno di Charles, e Wolfgang Goethe che è stato, tra le tante cose, un grande ed eccellente naturalista. E lo sa anche chiunque si sia soffermato ad osservare le singole foglioline di faggio che crescono alla base dei loro simili, o abbia avuto a che fare con le talee e la rigenerazione.

Un dato interessante: le radici non sono modulari nel modo in cui lo sono le parti che si trovano sopra il terreno.

Per certi aspetti, più che un singolo individuo, una pianta è una comunità, al cui interno c’è segnalazione e coordinazione, più o meno come restano distinti due o più esseri umani nonostante tra loro ci sia una fitta comunicazione: interagire socialmente non fonde le singole soggettività. Ma attenzione! Il fatto che ci sia segnalazione non implica che ciò formi un sé integrato, fuso: i singoli individui di una colonia di briozoi hanno ciascuno il loro sistema nervoso e comunicano elettrochimicamente, ma ciò non li unifica, proprio come la fitta comunicazione tra umani non crea entità diverse.

Pur essendo per certi versi comunità, a differenza di altri organismi modulari, nelle piante resta difficile separare le unità. Una pianta ha meno aspetti di un sé osservato negli animali. Essere coinvolti nel mondo come un sé e ricevere particolari impressioni dalle cose, creano la soggettività. Ognuno con la propria, io con la mia e tu con la tua. Le piante non sembra abbiano un tu, piuttosto un loro fatto di fusti e germogli, con segnali tra le parti. Ma anche questa è una semplificazione: le piante in realtà sono in parte comunità e in parte individuo.

Barbalbero (Tolkien)

Alternativa alla soggettività animale
Le piante non sono «animali molto lenti» come ha detto un biologo, o «animali verdi» come intitola Marco Ferrari il suo interessante libro. Non sono tenute insieme come gli animali, che sono i nostri consueti modelli quando pensiamo a interi organismi. Lavorando in giardino o potando un albero si è liberi di pensare che si sta separando un’unità vivente da un insieme di altre, o anche visualizzare l’intero come un singolo organismo, ma non è questa la prospettiva giusta.

Tuttavia, le parti delle piante sono più legate di quanto lo sia una colonia di esseri viventi distinti. Lungo il suo cammino affiancato a quello degli animali, la vita vegetale ha sviluppato un tipo di organizzazione diverso. Poiché una pianta non è compiutamente un sé, per quanto riguarda l’esperienza vegetale il problema non è limitato alla mancanza di un sistema nervoso, ma al fatto che una pianta è un tipo di essere diverso. Nelle piante, a livello cellulare, esiste un certo tipo di agentività, e anche a livello del fusto o del singolo modulo, nonché dell’intero arbusto o albero – e in certi casi anche a livello di clone, vale a dire un insieme di piante derivanti da un unico seme e connesse dalle radici.

Poiché le piante non hanno sistema nervoso, manco anche degli schemi elettrici su ampia scala da esso generati. Nelle piante esiste una grande abbondanza di attività elettrica, e se ne scoprono continuamente di nuove. Ma l’esistenza di qualcosa di elettrico da solo non dimostra che le piante abbiano esperienze. Gli schemi elettrici che esistono e si formano nel nostro cervello si integrano e formano uno strato di attività che viene poi modificato e perturbato dagli eventi rilevati dai sensi.

Dimostrare che le piante hanno sensazioni sarebbe davvero una grandiosa scoperta della moderna elettrobotanica.

Vedere gli alberi – enormi, fermi, silenziosi – come soggetti con esperienza che procedono al proprio passo mentre noi brulichiamo intorno ad essi, è molto evocativo. L’idea di esperienza vegetale porta con sé qualcosa di impressionante e basta poco per rianimare la questione. Osservare gli alberi di una foresta, magari plurisecolari se non millenari, e pensare che sono stati testimoni dei secoli, toglie il fiato, anche sapendo benissimo che non si sta osservando individui unificati.

Ricordando l’esperimento che dimostra che una foglia ferita segnala alle altre il suo stato, se ci atteniamo agli standard animali, il rilevamento e la segnalazione del danno sono processi semplici: tuttavia, quel che si è osservato in quella piantina era inatteso, ha aperto una porta che lascia intravedere le piante diversamente.

Per un minimo di cognizione
Ma non basta dimostrare che le piante rilevano quanto accade intorno a loro e rispondono: questo lo fanno persino i batteri. Certo che, in una pianta, con il suo enorme numero di cellule e le loro sintesi chimiche, quest’attività avviene in maggior misura rispetto a un organismo unicellulare, batterio o protozoo che sia, e in biologia, quella «maggior misura» può fare un’enorme differenza. Ma deve essere una «maggior misura» del tipo giusto, non basta scatenare una valanga di reazioni elettrochimiche.

Col progresso della ricerca sulla sensibilità e sulla segnalazione in organismi vegetali si è introdotto il termine di «cognizione minimale», terminologia molto controversa, vale la pena approfondire qui. La cognizione minimale è un pacchetto che comprende sensibilità, risposte e forse anche la capacità di far confluire passato e presente nel calcolo del da farsi (una cosa che sia i batteri che le piante possono fare), riflettendo l’importanza dell’informazione per i progetti vitali dell’organismo. A quanto pare sembra che ogni forma di vita – compresi funghi, piante e organismi unicellulari – possa utilizzare tutto ciò per farne qualcosa. Quindi la cognizione minimale è strettamente legata all’incalcolabile traffico di segnali e reazioni, un complicatissimo va-e-vieni essenziale per la vita.

Va specificato che questa idea non è un concetto astratto vuoto, non è applicabile a qualsiasi cosa. Per esempio, sia il sale in un cucchiaino che le radici di una pianta reagiscono all’acqua: le radici modificano la direzione in cui crescono, il sale si scioglie. Entrambi, in un certo senso rispondono, ma la reazione della pianta va oltre il semplice accadimento: cambia in relazione a ciò che l’acqua rappresenta per i progetti vitali della pianta, per la sopravvivenza e la riproduzione; viene cioè tracciata una via in cui sono coinvolti geni e ormoni, affinché il rilevamento dell’acqua produca un particolare effetto. Nel caso del cucchiaino di sale non c’è nessuna cognizione minimale.

Essere in possesso di cognizione minimale corrisponde ad avere un «punto di vista». Ma è questa esperienza, o esperienza esperita, che cioè induce a mettere in atto, a reagire o, in altre parole, è senzienza? Se svanisce la cognizione, viene meno anche l’esperienza?

Sono idee affascinanti, ma troppo semplicistiche. Alcuni tipi di cognizione minimale possono aver luogo anche senza che vi sia molto di riconducibile a un sé, e in quei casi non esiste la configurazione corretta per un’autentica soggettività. Una pianta potrebbe essere un’utilizzatrice di informazione sensoriale, un essere sintonizzato con gli eventi e in grado di rispondere ad essi, senza che però vi sia alcuna forma di esperienza sentita.

Tra il tutto e il niente c’è sicuramente una zona di confine, il gradualismo dell’evoluzione la implica necessariamente: esistono esseri che hanno i più vaghi accenni di qualcosa di simile all’esperienza. Ma chi troveremo laggiù? Sono in molti a dubitare che possa trattarsi di piante, e il motivo è evoluzionistico: non perché ciò che esse fanno sia semplice rispetto a ciò che fanno gli animali, ma perché hanno imboccato una via diversa.

Le piante rappresentano un modo alternativo di mettere a frutto le risorse intrinsecamente presenti nelle cellule complesse, un’alternativa che dà luogo a una certa sensibilità e intelligenza, ma non all’esperienza sentita. Ma le piante continuano a sorprenderci: in questa mia playlist su YouTube troverete dei documentari sorprendenti e affascinanti!

Parafrasando il titolo del forse più famoso libro del compianto Frans De Waal, se non siamo nemmeno così intelligenti da capire l’intelligenza di un animale, potremo mai scoprire se esista davvero un’intelligenza vegetale? Se poi definiamo l’intelligenza come la capacità di affrontare problemi ambientali e di adattare il comportamento in risposta a essi, allora ogni essere vivente può essere considerato intelligente: persino protozoi e batteri mostrano comportamenti che li aiutano a evitare aree pericolose o illuminate, e a dirigersi verso fonti di cibo, o verso la luce se sono fotosintetici.

Ma grazie a queste sorprese sono d’accordo con chi sostiene che qualcosa di lontanamente simile alle emozioni c’è. Se si pensa agli straordinari progressi compiuti nel campo della conoscenza degli insetti e della loro sensibilità possiamo dire che nel caso delle piante siamo ancora molto lontani da quel punto, ma abbiamo fatto un bel pezzo di strada in quella direzione.
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Riferimento bibliografico: "Metazoa" di Peter Godfrey-Smith

Vegetale. In che senso? - Prima parte

Premessa
L'espressione «dare del vegetale» (o dire a qualcuno «sei un vegetale») è una metafora in genere offensiva e denigratoria, utilizzata per descrivere una persona che, a causa di una malattia, un incidente o un grave deterioramento cognitivo, non è più in grado di comprendere la realtà, interagire con l'ambiente o muoversi autonomamente.

Espressione che andrebbe completamente rivista.

Paradossalmente la necessaria chiarezza è simile a quanto occorre nel mondo della cosiddetta Intelligenza Artificiale, che tutto è tranne che...intelligente!

In un post recente si è raccontato di come il passaggio dagli ambienti acquatici a quelli terrestri ha segnato svolte cruciali, aprendo la strada a nuove forme di vita e strategie evolutive.

In tutto ciò le piante furono una parte importantissima, ma che si tende sempre a mantenere sullo sfondo: quando si parla di evoluzione si pensa quasi sempre soltanto a forme animali.

L’energia che alimenta la vita e consente la produzione di materia vivente proviene quasi interamente dal sole ed è imbrigliata dalla fotosintesi. Le prime forme di vita che la adottarono furono alcuni batteri marini (cianobatteri), tuttora presenti, così come in altri tipi di microbi e più tardi nelle alghe che assorbirono al proprio interno i batteri, trasformandoli in organelli cellulari specializzati: i cloroplasti. E fin dalle elementari sappiamo che i vegetali sono alla base della catena alimentare.

Circa 450 milioni di anni fa, alla fine dell'Ordoviciano, alcune alghe verdi d'acqua dolce iniziarono il processo di colonizzazione della terraferma, evolvendosi successivamente in muschi, felci e altre forme vegetali fino a originare alberi di grandi dimensioni. Le praterie e le foreste che vediamo oggi usato, per così dire, la stessa cassetta degli attrezzi genetica, che usavano allora quelle alghe: più riciclo di così! Solo dopo l'inizio di questa colonizzazione da parte delle piante fu possibile per gli animali – inizialmente invertebrati come artropodi, millepiedi e ragni – stabilirsi sulla terraferma, evento che si verificò più tardi, verso la fine del Siluriano, circa 425 milioni di anni fa. Le piante furono fondamentali nel creare le condizioni necessarie per la vita animale terrestre: modificarono l'atmosfera incrementando il livello di ossigeno e permisero la formazione dei primi suoli.

Schema cellulare semplificato

A livello cellulare, animali e piante hanno risorse simili, salvo per quelle vestigia batteriche che consentono alle seconde di effettuare la fotosintesi (per approfondire si veda questo mio post). Ciò nonostante le piante intrapresero una via evolutiva propria, che prevedeva soprattutto immobilità, oltre che crescita: assorbire acqua (problema tutt’altro che semplice), aria e luce mentre simultaneamente si protendono verso l’alto e verso il basso, per captare contemporaneamente energia dal Sole e umidità dal terreno. 

Avrebbero potuto le cose andare diversamente? Sarebbe stato possibile avere un organismo che pur crogiolandosi al Sole avesse potuto muoversi attivamente, anche strisciando, in cerca di luce e acqua?

Alcuni organismi animali ci hanno provato, ottenendo qualcosa di simile: i coralli, ad esempio, sfruttano la fotosintesi grazie alla simbiosi che hanno stabilito con alcune alghe, altri hanno trafugato alcune componenti vegetali e, nonostante la maggioranza viva ancorata al substrato, alcuni sono dotati di movimento corporeo. Ma sono tutti animali marini per i quali la componente energetica derivata direttamente dal Sole è usata meno, accessoriamente. Gli organismi che invece hanno iniziato come vegetali non hanno mai tentato di acquisire mobilità intesa in senso animale[1]. In altre parole stili di vita che associno fotosintesi e movimento sono pressoché sconosciuti negli organismi pluricellulari. Intraprendendo la via della fotosintesi sulla terraferma le difficoltà di movimento poste dal nuovo ambiente, a cominciare dalla gravità e dall’evaporazione, hanno selezionato adattamenti a restare in un sito e a costruire strutture in grado di raccogliere la luce.

Ciò non significa che in questa loro vita più lenta e fisicamente vincolata, non abbiano però un loro versante attivo: spostando acqua e modificando la rigidità delle proprie parti queste possono essere mosse visibilmente (si pensi alle piante carnivore). Ma sono casi rari.

Tuttavia, le cellule vegetali hanno tutto ciò che occorre per essere sensibili e reattive, oltre ad avere apparati cellulari in grado di generare potenziali d’azione di natura elettrochimica. Ma nelle piante non c’è nulla di simile ai sistemi nervosi intesi nel loro senso comune.

Eppur si muove

A questo punto potreste osservare che anche la crescita conta come azione, lenta ma reale. Ma allora anche le sintesi chimiche lo sono. Questo è il punto di vista di coloro i quali attribuiscono ai vegetali qualità…animali, quando invece sono i modi in cui le piante fanno gran parte di ciò che fanno.

Se dovessimo chiedere ad un botanico quali siano le piante più intelligenti, molti di loro risponderebbero: le piante rampicanti. Soprattutto quelle dotate di viticci che vengono direzionati e mossi per agganciarsi saldamente alle strutture su cui crescono.

Che dire allora della enorme quantità di azione vegetale che ha luogo sottoterra, a causa del continuo sondaggio esplorativo che effettuano le radici? Charles Darwin, da osservatore geniale qual era, lo aveva capito e disse che il luogo dove si potrebbe trovare una sorta di «cervello» delle piante era proprio là sotto, e non in alto alla luce del Sole.

Tornando in superficie e alle rampicanti, queste devono prendere molte più decisioni delle altre piante e non a caso esistono bellissimi esperimenti corredati da filmati in time-lapse (questo qui incorporato è bellissimo, 83 giorni condensati in un paio di minuti).

Non a caso, nell’evoluzione le volubili (un tipo di rampicante, con fusti erbacei o legnosi deboli e flessibili) e le rampicanti in senso stretto, sono le ultime arrivate: sono quasi tutte angiosperme, ossia appartenenti ad un gruppo dotato di un metabolismo molto efficiente, comparso più o meno nell’era dei dinosauri (230-240 milioni di anni fa) e che, in molti ambienti, sostituì le gimnosperme, conifere ed affini, comparse molto tempo prima (360-380 milioni di anni fa). 

Insomma, tra le piante, le rampicanti sembrano particolarmente sveglie con capacità di riscoprire capacità latenti nelle loro cellule: capacità rimaste per un certo tempo come nascoste o impedite in forme ancestrali più tranquille. 

Si diceva prima del potenziale d’azione. All’interno di una pianta ha luogo anche una gran quantità di segnalazione chimica.

Sembrerà strano, ma un’anonima e pressoché onnipresente piantina, arabetta comune, è il punto di riferimento principale per ogni botanico perché rappresenta l’organismo modello per eccellenza. 

Arabetta comune

Un esperimento del 2018 ha dimostrato che se un bruco si mette a masticarne una foglia, o se un umano la strappa via, parte rapidamente un segnale alle foglie vicine, preparandole ad organizzare una difesa chimica. Con una tipica reazione a catena di eventi, molto simile a quanto avviene negli animali, una sostanza ampiamente usata nella segnalazione chimica (glutammato) viene liberata da una cellula e influenza i canali ionici delle altre, agendo come molecola segnale e neurotrasmettitore. Una foglia non danneggiata che si trovi a una certa distanza dalla lesione riceve il segnale e può prepararsi nell’arco di qualche minuto. 

È esperienza questa? Come si collocano le piante nell’evoluzione di questo attributo tipicamente animale? 

Lo sviluppo dell’attività vivente è innanzi tutto un sé con una sua prospettiva e, alla base di quel sé l’attività integrata dei sistemi nervosi. 

In molte piante permangono – nei gameti – vestigia di motilità: nelle felci e nelle cicadi ci sono gameti maschili mobili che nuotano nell’acqua per realizzare la fecondazione, rendendo mobile una piccolissima parte del ciclo vitale. Resta il fatto che nelle piante, una maggiore motilità sarebbe anche ostacolata dalle spesse pareti cellulari, un bel problema da superare durante la loro evoluzione.

Se quindi, per avere esperienza, tutto ciò è quel che conta, allora le piante difettano parecchio in tal senso: sono certamente sensibili e rispondono, segnalano attivamente, ma molto probabilmente questo non basta per avere un’esperienza sentita nemmeno nelle sue forme più semplici. E tutto questo in parte è dovuto al fatto che una pianta è un tipo di creatura particolare.

Dove si sta andando a parare lo vediamo nella prossima parte.

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[1] Da segnalare come eccezione alcune alghe verdi di acqua dolce, Volvox, che formano colonie mobili sferiche che nuotano verso la luce.

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Riferimento bibliografico: "Metazoa" di Peter Godfrey-Smith

Una parentesi...logica

In un mio recente post c’era un breve paragrafo dedicato alla matematica, ovvero alla contrapposizione tra la dimostrazione matematica e la prova scientifica in termini di validità e/o veridicità. Vi si afferma che «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». 

Insomma, sicuramente per colpa mia e delle mie scarse conoscenze, per quanto nella pratica le affermazioni siano condivisibili, ho attribuito ai teoremi dimostrati un valore di verità un tantinello eccessivo. Un mio conoscente, ottimo matematico, me lo ha fatto notare e, grazie a lui, mi accingo a modificare il tiro, parlandovi di tale Kurt Gödel, definito il più grande logico dopo Aristotele, un colosso nel suo campo.

Conclusi brillantemente gli studi nel 1929 discute la sua tesi di dottorato in logica matematica. Il suo lavoro contribuisce a una grande impresa collettiva che in quegli anni sta interessando tutta la comunità scientifica: dimostrare che la matematica poggia su basi solide. È diventato un compito urgente, perché Bertrand Russell, un altro famosissimo logico, con i suoi famosi paradossi ha iniziato a far vacillare l'edificio della logica, mettendo in allarme i matematici di tutto il mondo. Che valore ha la matematica se la logica che la sorregge conduce a paradossi? Che lo dimostro a fare un teorema se i postulati che stanno alla base di tutto portano a contraddizioni? L'edificio era insomma così pericolante che la comunità matematica non vedeva l'ora di fare una bella ristrutturazione. E fu proprio questa la sfida definitiva lanciata dal celebre matematico David Hilbert che mirava a formalizzare tutta la matematica e dimostrarne la coerenza: troviamo un bel sistema assiomatico[1] che non porti a contraddizioni, dimostriamo una volta per tutte che i nostri postulati e le leggi da cui partiamo e che assumiamo sono coerenti, troviamo il modo di mettere tutto a posto. Quando Hilbert ribadisce questa necessità siamo nel 1928, durante una conferenza a Bologna, e Gödel è tra il pubblico. La sua tesi di dottorato, un anno dopo, mette effettivamente a posto un pezzetto dell'impianto logico matematico, fornendo un risultato rassicurante, ma i suoi studi successivi non saranno affatto rassicuranti. Al Circolo di Vienna presenterà per la prima volta la scoperta per cui ancora oggi è famoso: una scoperta destinata a rovesciare la matematica, la filosofia, la nostra stessa concezione del sapere e della conoscenza. Per mezzo di due teoremi traccia i limiti del nostro accesso alla verità.

questa frase non è dimostrabile

Bastano cinque parole per far crollare le certezze di generazioni dopo generazioni di pensatori. A soli 25 anni dimostra che la matematica come la conosciamo fa acqua, e non c'è niente da fare.

Dai tempi di scuola ricordiamo tutti il paradosso del mentitore, “questa frase non è vera”. Ne cambia appena una parola e scatena tutta la differenza del mondo, spostando l'attenzione da un concetto assoluto al di fuori del nostro controllo, la verità, a uno perfettamente formalizzabile, la dimostrabilità. Le parole di “questa frase non è dimostrabile” sono il cuore di un ragionamento formale complesso, difficile da cogliere anche per i suoi colleghi più brillanti, a cui Gödel mostra come millenni di storia del pensiero poggino in realtà sull’argilla. Se la frase in questione è dimostrabile, se cioè possiamo trarla come conseguenza dagli assiomi, allora è vera, e se è vera è anche vero quel che asserisce e quindi non è dimostrabile! E allora i nostri assiomi, cioè quegli enunciati che prendiamo per buoni come regole fondanti della nostra matematica, portano a una contraddizione: il nostro sistema assiomatico è incoerente. Cosa che non piace per niente portandoci ad affrontare la cosa da un altro punto di vista. Che succede se la frase incriminata non è dimostrabile? Significa che il nostro sistema permette effettivamente enunciati indecidibili, che cioè non si possono dimostrare, ma nemmeno negare! E allora il nostro sistema è incompleto. E se aggiungessimo come assiomi gli enunciati indecidibili? Niente da fare: ne salteranno fuori altri, a loro volta indecidibili: non se ne esce. Qualsiasi sistema di assiomi che contenga le nozioni base dell'aritmetica ha questo limite: o è incoerente oppure è incompleto, o avremo contraddizioni oppure avremo enunciati indecidibili.

E non è nemmeno finita qui. A partire da qualunque sistema assiomatico, cioè  un insieme di enunciati che scegliamo di dare per buoni, non c'è modo di dimostrare, partendo da quegli stessi assiomi, che non si contraddicano. Ovvero, nessuna matematica può provare la propria stessa validità.

Queste idee sono la sintesi semplificata di molte pagine di ragionamenti formali estremamente complessi, che passeranno alla storia come «I teoremi di incompletezza di Gödel».

Inizialmente l'accoglienza degli studiosi è tiepida: qualcuno pensa che ci sia un errore, altri semplicemente non capiscono o non ci credeno. Reazioni attese, visto che i suoi teoremi andavano in direzione opposta rispetto a quella immaginata e sperata dal programma di Hilbert, che invece mirava a garantire per la matematica un impianto solido e infallibile.

Gödel però non se ne rammarica. Le critiche non le legge affatto come una cattiva notizia o come una sconfitta del pensiero, anzi. Se attorno a lui le reazioni sono quanto meno scettiche,  gli piace invece che esista una differenza tra ciò che è vero e ciò che è dimostrabile: è un matematico platonico. Per lui la matematica non si inventa ma si scopre, e l'esistenza di verità intrinsecamente inaccessibili rende ancora più salda la sua visione.

Comunque, che sia perché le sue scoperte sono un po’ impopolari, perché soffre di disturbi nervosi o per le sue frequentazioni riprovevoli per la società dell’epoca, nel 1939 Kurt Gödel, ben dieci anni dopo la pubblicazione dei suoi clamorosi teoremi di incompletezza, non ha ancora una posizione permanente all'università di Vienna e la sua carriera accademica è molto ostacolata dal clima politico che si respira. Da tempo andava spesso negli Stati Uniti, il Circolo di Vienna era inviso ai nazisti (il suo fondatore fu assassinato nel 1936), finisce anch’egli nella lista nera dei nazisti, e dopo una ridicola aggressione (sua moglie li mise in fuga ad ombrellate) da parte di studenti di estrema destra decide: complice anche il richiamo nelle liste di proscrizione per il servizio militare espatria e con la Transiberiana arriva sul Pacifico, da qui in Giappone e infine, l’Università di Princeton, Stati Uniti.

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[1] Un assioma è un enunciato che per principio è evidente di per sé, e che perciò non ha bisogno di esser dimostrato. I famosi postulati di Euclide possono essere considerati assiomi.

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”