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La seconda rivoluzione scientifica
Introduzione
La crisi dei fondamenti, che interessa fisica, matematica e logica si innesta in una crisi più
generale della crisi della cultura europea che si sviluppa a cavallo tra i due secoli. Tale crisi,
che getta la sua ombra ben oltre gli anni della prima guerra mondiale, ha un carattere
generale. Incide sul modo di pensare del mondo occidentale, sull'immagine che l'uomo si è
costruito di sé stesso, sulla prospettiva che l'uomo europeo ha elaborato circa il suo futuro.
Nietzsche funziona da spia, da vedetta, perché evidenzia questo stato di cose. I capisaldi
della cultura occidentale, come il razionalismo, la fiducia nel successo economico e sociale,
nelle conquiste della scienza e dalla tecnica vengono scosse da un terremoto costituito
dall'esplodere di drammatiche contraddizioni. Le profonde ingiustizie sociali, le conquiste
della tecnologia spesso trasformate in strumenti di morte e di dominio, il contrasto tra la
crescita del benessere materiale e la caduta verticale della spiritualità, della mortale,
l'emergere di comportamenti irrazionalistici nelle masse e negli individui sono elementi che
stimolano la riflessione degli intellettuali sullo stato di crisi della cultura europea. Se alcuni
intellettuali ricavano dalla coscienza motivi addirittura per dubitare sulla sopravvivenza
della civiltà occidentale, molti invece colgono la denuncia del disagio con la ricerca di
alternative. In molti casi la crisi coinciderà con vere e proprie rivoluzioni culturali di grande
profondità, come nell'arte (espressionismo).
Vengono messi in discussione i risultati della scienza di derivazione galileiana-newtoniana.
Galileo aveva espresso il modello meccanicistico nel 1638 nell’opera “Discorsi e
dimostrazioni sopra due nuove scienze”. Newton lo delinea maggiormente all'interno dei
“Principia matematica”, dove però dichiara di essere stato un nano salito sulle spalle dei
giganti, indicando tutti gli autori che hanno contribuito alla prima rivoluzione scientifica. Il
modello meccanicistico era basato sul postulato per cui la realtà fosse costituita da
movimento. Siccome il movimento è riconducibile a precise leggi, non c'è fenomeno della
realtà che non sia conoscibile alla luce delle equazioni della meccanica. Viceversa, questo
quadro così rassicurante, che aveva funzionato per il Settecento e per una parte
dell'Ottocento, entra in crisi, sia alla luce di riscontri sperimentali, sia per alcune scoperte
teoriche. É una crisi che coinvolge sia scienze esatte sia le altre scienze.
La crisi dei fondamenti
La geometria
Tra la metà del XIX secolo e i primi decenni del XX gli sviluppi delle matematiche mettono in
crisi i principi fondamentali della scienza moderna. Questa crisi investe per prima la
geometria, la scienza dello spazio. Fino a Kant la geometria euclidea continua a presentarsi
come il modello di rigore scientifico. La sua struttura sembra rispecchiare a pieno
l'architettura stessa della realtà. A causa di cambiamenti rivoluzionari si inizia a parlare di
nascita di geometrie alternative, non-euclidee. Bisogna riconoscere il fallimento della
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ragione scientifica, incapace di individuare la vera struttura della realtà? O bisogna pensare
che la geometria precedente è solo una rappresentazione particolare della realtà valida in
un determinato ambito ma non in tutti?
La matematica e la logica
Al dibattito della geometria si collega il dibattito sul fondamento della matematica. Ci sono
elementi difficilmente inquadrabili sul modello classico, fondato sull'intuizione e su una
forma logica imprecisa in quanto fondata sul linguaggio comune. La crisi prende il nome di
“crisi dei fondamenti”. Ci si chiede se riconoscere i limiti del modello classico per
approfondirne i concetti e i metodi. Questa strada sarà intrapresa da matematici e logici di
questo periodo.
La logica si emancipa del linguaggio comune e raggiunge un rigore formale che prima non
aveva, fornendo alla matematica nuovi e stimolanti problemi. La logica apre la discussione
sugli stessi fondamenti della matematica con l'obbiettivo di darle una dimensione
formalmente rigorosa. Fino ad allora la matematica, a cui appartengono immense
applicazioni pratiche, era basata su criteri puramente intuitivi. La prima regola del metodo
cartesiano era l'evidenza. Quando affermiamo l'evidenza di una cosa non superiamo però il
soggettivismo dell'affermazione, per cui il criterio di evidenza non garantisce il massimo
della certezza.
1.Boole
La storia della moderna logica matematica prende avvio con il contribuito di Boole, il quale,
applicando l'analisi matematica allo studio delle operazioni del pensiero, è il primo ad avere
piena consapevolezza dell'applicabilità dell'algebra negli oggetti descritti nel linguaggio
comune. Il linguaggio simbolico dell'algebra viene esteso alle preposizioni del linguaggio
comune.
2. Cantor
Nella seconda metà dello stesso Ottocento ci sarà un matematico tedesco, Cantor, che si
dedica all'elaborazione di una teoria rivoluzionaria: la teoria degli insiemi. Essa prevede che
gli elementi numerici sono racchiusi in insiemi che possono essere finiti o infiniti, una volta
stabilite le relazioni tra gli insiemi attraverso assiomi.
3.Frege
Frege tenta di pervenire alla fondazione della matematica sulla logica. Il suo logicismo si
propone di fondare la matematica sulle verità apodittiche della logica, quindi di tipo
dimostrativo. Per realizzare il programma logicista, è necessario condurre dimostrazioni
rigorose, che siano esplicite in ogni passo. A questo scopo non ci si può servire del
linguaggio ordinario, gravato da troppe ambiguità. Per questo egli costruisce un linguaggio
simbolico, con cui riscrivere al netto di ogni ambiguità tutta la logica e matematica. Esso ha
importanti continuatori nel Novecento come Russell. Anche il programma logicista è però
vittima di aspetti critici: esso viene messo in crisi dalla scoperta di paradossi (contro
l'opinione = dal greco) e anche antinomie (contraddizioni). Paradossi e antinomie sono
ricavabili direttamente dai principi su cui Cantor e Freghe si erano basati.
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4.Russell
I principi del programma logicista erano sembrati loro assolutamente semplici e naturali a
Cantor e Frege, ma ai primi del novecento arriva un matematico e filosofo inglese, Bertrand
Russell, che individua una fila consistente di paradossi. Si è soliti associare la crisi dei
fondamenti proprio al 1902 e agli interventi di Russell, grazie all'evidenziazione dei
paradossi. Russell riesce, attraverso la scoperta del principio di astrazione, a scoprire
un'antinomia. Individua la causa nell'autoriferimento, ovvero nella possibilità di definire le
classi che includano sé stesse come propri elementi (esempio = una classe è un insieme
ma è anche un elemento).
Intuizionismo e formalismo
La matematica utilizzava troppe approssimazioni e non usava formalismi precisi. Si parla di
logicizzazione matematica, di un linguaggio simbolico soggetto a precise regole logiche. I
risultati estremi di questa impostazione si tradurranno nel cosiddetto intuizionismo e nel
formalismo.
1.Intuizionismo
L'intuizionismo in qualche modo precisa i diversi ambiti di matematica e logica, intendendo
la matematica come una abilità costruttiva, mentre la logica è più legata alle esigenze di
comunicazione. É l'intuizione a garantire lo scorrere continuo del tempo, rendendo possibile
l'elaborazione degli enti matematici. Gli enti matematici non hanno realtà esterna ma sono
solo costruzioni mentali.
2.Formalismo
Nella sponda opposta dell'intuizionismo vi è il formalismo di Hilbert. Le diverse teorie
matematiche e insiemistiche sono considerate strutture assiomatico-deduttive, ciascuna
fondata fintanto che non emergano aspetti contraddittori. Quello che garantisce
l'autenticità è la coerenza formale. Hilbert sarà il caposcuola del formalismo che porta in
primo piano la cosiddetta meta-logica, ovvero la logica di un sistema formale. Il formalismo
a un certo punto si macchia di eccessi ed entra in crisi quando, all'inizio degli anni 30 del
Novecento, Gӧdel dimostra i due teoremi di incompletezza. “Un enunciato è indicibile
quando appartiene ad un sistema formale, e non si può decidere né la verità né la falsità”.
Gӧdel dimostra che non è possibile fondare sul più semplice il più complesso, anche se
questo non esclude la possibilità di altre forme di giustificazione, che saranno messe a
punto dopo Gӧdel, e quindi dopo la seconda guerra mondiale.
La fisica
Se la crisi dei fondamenti sui quali si era basata la scienza moderna investe in primis la
matematica, fondamento della scienza moderna, che è quantitativa, anche la fisica entra in
crisi. La fisica fino a Newton era qualitativa, mentre dopo diventa quantitativa. Aristotele
aveva elaborato la dottrina della potenza e dell'atto, per cui ciascuna cosa ha in sé la
possibilità del proprio movimento e della propria evoluzione, delle proprie trasformazioni. La
fisica aristotelica giustificava il motore immobile, qualcosa che muoveva senza essere
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mosso. La risoluzione alle troppe perplessità imputabili alla fisica aristotelica era venuta
nella prima rivoluzione scientifica. Non si può più avere scienza di ciò che è all'interno delle
cose, ma si possono solo misurare gli effetti. Quindi si hanno relazioni di tipo quantitativo.
Fisica galileiana-newtoniana
Si arriva poi alla fisica in termine di meccanica razionale. Il successo della fisica di
derivazione Galileiana-newtoniana era strepitoso, e i fisici erano convinti che non ci fossero
aspetti della realtà che non trovassero la loro spiegazione. Il modello meccanicistico era
stato poi esteso a qualsiasi ambito, e agli inizi dell'Ottocento il meccanicismo dominava le
scienze fisiche. I vari ambiti della fisica, dal movimento al calore, dall'acustica al
magnetismo e all'elettricità dovevano essere ricondotti ad un unico modello newtoniano. Il
modello di Newton era fondato su particelle di materia capaci di esercitare reciprocamente
forze attrattive e repulsive a distanza. Venivano poi pensati dei fluidi imponderabili (privi di
peso) costituiti di particelle che interagiscono a distanza le une con le altre e anche con
particelle ponderabili. La teoria che regolava il comportamento di questo modello è appunto
la meccanica. La spiegazione di qualsiasi fenomeno consisteva nel modello meccanico che
dà una visione razionale della realtà esterna. Il fenomeno del suono veniva spiegato con i
moti ondulatori delle particelle del mezzo in cui si propaga, per esempio l'aria o il calore di
un corpo veniva spiegato con l'agitazione delle sue particelle.
Scetticismo sul modello
Da parte di tanti studiosi c'è molta prudenza nell'andare a valutare il significato da attribuire
a tali modelli meccanici: piuttosto che intenderli come rappresentazione di realtà
effettivamente esistenti, alcuni affermavano che la funzione di questi modelli meccanici era
quella di unificare, di dare unitarietà dei fenomeni fisici, riconducendoli ad un unico modello.
Tuttavia i modelli convincono tanti scienziati, superando le perplessità. I modelli meccanici
secondo alcuni avevano una portata ontologica, in grado di fotografare l'essere della realtà.
Inoltre una spiegazione che utilizzava i modelli meccanici poteva essere una spiegazione
ultima, non passibile di ulteriori perfezionamenti. Anche se negli anni 20-30 dell'Ottocento i
modelli della fisica iniziano ad incontrare alcuni ostacoli, il meccanicismo continua ad
essere il paradigma dominante delle scienze fisiche fino alla fine del secolo. Solo con il
nuovo secolo, il Novecento, si assiste ad un vero e proprio crollo dell'immagine
meccanicista del mondo.
I primi problemi
I primi problemi si apprezzano in relazione ai fenomeni termici. Negli anni 20 dell'Ottocento
un fisico francese Fourier presenta una teoria del calore di grande rilevanza, che lascia
cadere ogni tentativo di dare l'interpretazione meccanicista dei fenomeni termici, rifiutando
ogni ipotesi sulla struttura ultima del reale, rifiutando il metodo meccanicistico. Parte dalla
convinzione che esista una incompatibilità tra la meccanica e le caratteristiche del calore.
Quindi la termodinamica doveva, secondo Fourier, fondarsi su principi indipendenti da quelli
della meccanica. Questo è quello che succede in giro di un ventennio, diventando una
disciplina autonoma dotata di principi che sembrano aprire una profonda frattura rispetto al
modello meccanico.
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Fino a questo momento c'erano stati vari tentativi, sia in ambito scientifico sia in ambito
filosofico di ricondurre la molteplicità dei fenomeni ad un nucleo unitario per mezzo
dell'individuazione di qualcosa che rimanga costante pur nel continuo cambiamento. Nel
meccanicismo questa questione si era manifestata nella conservazione di una quantità
meccanica nel corso del movimento del cosmo. C'era stata una disputa, nel settecento, tra i
cartesiani – secondo cui si conserva la quantità di moto - e i leibniziani – secondo i quali
quello che si conserva è la forza viva: il prodotto della massa per la velocità elevata al
quadrato. In questo testa a testa hanno vinto i secondi, con una fisica più moderna e con
meno contraddizioni. Il principio di conservazione della forza viva si attesta come principio
fondamentale della meccanica.
Principio di conservazione dell’energia
Il problema della fisica diventa più urgente negli anni 30 con la scoperta di connessioni, di
trasformazioni reciproche tra settori apparentemente lontani, distanti e distinti,
dell'esperienza. Si rilevano nuovi fenomeni di conversione, come la produzione di calore da
parte della luce e di movimento, come la produzione di luce da parte dell'elettricità, come
quella del movimento indotto da campi magnetici. Se all'inizio dell'Ottocento Alessandro
Volta aveva rivelato come si potevano ottenere effetti elettrici da azioni chimiche, dopo gli
anni 20 le scoperte di Oersted e Faraday e le loro scoperte sui campi elettrici e magnetici
rivelano collegamenti inaspettati tra elettricità, magnetismo e movimento. Lo stesso
Faraday con le ricerche sull'elettrolisi mette in rilievo gli effetti chimici della corrente
elettrica. Si creano connessioni tra parti apparentemente distinte della scienza. Si pensa di
poter trovare un unico principio unificatore. Molti studiosi, in modo indipendente, arrivano al
principio di conservazione dell'energia. Prima viene enunciato solo riferito al nesso calorelavoro nel 1841 e poi da Joule in forma completa nel 1943. Il principio affermava che:
il rapporto tra calore e lavoro rimane costante nel tempo
una data quantità di lavoro si trasforma sempre in una uguale quantità di calore, e
quindi si parla di reversibilità
nella trasformazione non si perde mai nulla.
Calore e lavoro sono quindi due aspetti di un’unica entità, l'energia, che si conserva sempre
nel tempo. Il principio convince talmente che viene generalizzato a tutti i tipi di energia. Sarà
Helmholtz che produce la generalizzazione alla fine degli anni 40. Egli inquadra questa sua
conclusione entro una concezione essenzialmente meccanicistica secondo la quale il
principio si può esprimere sotto forma del principio meccanico di conservazione, che
scaturisce dalla somma dell'energia cinetica, dovuta al movimento dei corpi, e l'energia
potenziale dovuta alla posizione dei corpi.
I principi della termodinamica
Il rapporto tra calore e lavoro meccanico viene ripreso alla luce di un impiego sempre più
ampio del motore a vapore. Mentre le macchine utilizzanti il vapore come forza motrice
erano impiegate già da tempo e avevano svolto un impiego importante nella rivoluzione
industriale, la loro comprensione teorica era rimasta a livello rudimentale. Lo stesso Watt
non aveva creato questo strumento ex-novo, ma lo aveva semplicemente elaborato da uno
strumento messo a punto in modo ascientifico nel 1712. Non vi era un sostegno teorico al
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suo lavoro. Il primo lavoro teorico di importanza nel funzionamento delle macchine
termiche sarà di quello di Sadi Carnot. Nel 24 scrive un libro intitolato “riflessioni sulla
potenza motrice del fuoco”. Basandosi sull'impossibilità del moto perpetuo dimostra che la
produzione del lavoro meccanico può avvenire attraverso il passaggio da un corpo più caldo
ad un corpo più freddo. Se non ci fossero corpi a diverse temperature non sarebbe possibile
ottenere lavoro dal calore. Il saggio di Carnot non lascia traccia, e nessuno lo nota per circa
un decennio, fino a quando Clapeyron non lo riprende e ne comprende la portata
rivoluzionaria. Viene poi ancora ripreso dal tedesco Clausius e Thomson (lord Kelvin). Alla
fine degli anni 40, primi anni 50, giungono alla formulazione dei due principi base della
termodinamica, riprendendo i principi basi di Carnot e della conservazione dell'energia
meccanica. Dicono:
1. «L’Energia di un sistema termodinamico isolato non si crea né si distrugge, ma si
trasforma, passando da una forma a un'altra.»
2. «È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la
trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea»
(formulazione di Kelvin)
Il secondo principio pone in evidenza che il passaggio di calore da un corpo all'altro non può
avvenire indifferentemente in entrambi i sensi, ma solo dal più caldo al più freddo. Viene
quindi scosso il principio di reversibilità della meccanica classica. Esistono fenomeni
irreversibili, che non possono più procedere a ritroso. L'irreversibilità non era contemplata
da Newton, per cui non esiste alcun principio che consenta di invertire la variabile tempo. Il
mondo, non può svilupparsi tanto verso il futuro quanto tornare al passato, come diceva
Newton. La realtà è differente.
Irreversibilità
I dati sperimentali confermano la presenza di fenomeni irreversibili. L'irreversibilità non è
contemplata da Newton. Qualsiasi situazione deve consentire il ritorno alla posizione di
partenza. I fenomeni termici, come nelle esperienze di Carnot poi spiegati nei principi della
termodinamica, viceversa dicono il contrario. I fenomeni del calore sembrano negare e
contraddire il postulato newtoniano della reversibilità. Ovvio che si apra un dibattito
accesissimo che diventerà ancora più violento quando la termodinamica verrà utilizzata
nella trattazione dei fenomeni chimici, risolvendo un problema chiave che era sempre stato
una barriera rispetto a tutti i tentativi meccanicistici, ovvero quello della dinamica chimica,
che regola le direzione delle reazioni chimiche. La termodinamica, nel fervore di studi tipico
dell'età del positivismo, verrà estesa anche all'elettricità, al magnetismo, a particolari
fenomeni meccanici come la viscosità, diventando la scienza regina in quanto sembrava
dotata della capacità di unificare una pluralità di settori della fisica, che la meccanica – che
prima assolveva questo compito – sembrava perdere progressivamente. La termodinamica
fruiva di un metodo diverso rispetto a quello del meccanicismo, siccome, anziché cercare
l'elaborazione di fenomeni attraverso modelli raffiguranti la realtà come faceva la
meccanica, la termodinamica si accontenta di descrivere matematicamente la realtà
attraverso formalismi e equazioni matematiche. Si stabiliscono connessioni tra concetti. Si
arriva così ad una contrapposizione tra una scienza del perchè, che vedeva nella meccanica
una disciplina che ha un potere unificante, e una scienza del come fondata sulla
termodinamica. Per i sostenitori del meccanicismo la questione più ardua da risolvere era
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rappresentata dall'apparente contraddizione tra la reversibilità e l'irreversibilità evidenziata
dalla termodinamica. Una prima soluzione viene prodotta da Maxwell e Bolzman, i quali
individuano la soluzione all'interno della Teoria cinetica dei Gas, la quale interpreta i
fenomeni nei fluidi come interazione tra molecole. Il gas è rappresentato da un grandissimo
numero di molecole non osservabile ad occhio nudo, che non si possono osservare ad
occhio nudo. Spiega il comportamento delle grandezze macroscopiche per mezzo delle
grandezze che caratterizzano lo stato delle ipotetiche particelle microscopiche, come
l'Energia cinetica e la velocità delle stesse. Siccome è impossibile osservare o compiere
rilevazioni sulla singola molecola, la teoria cinetica dei gas si configura come teoria di tipo
statistico. Non determina se a è b, ma solo la probabilità che a possa essere b. Teoria
statistica svolge cioè solo considerazioni probabilistiche su un grandissimo numero di
oggetti. La conciliazione tra la meccanica e il secondo principio della termodinamica viene
cercata in una interpretazione probabilistica dell'irreversibilità. Per la teoria cinetica non è
vero che i fenomeni debbano avere un unico senso di marcia ma possono ricostituire uno
stato già scomparso come vuole la meccanica. Tuttavia la probabilità di tale ritorno nei
fenomeni naturali sono molto più scarse che andare in direzione opposta.
Non esistono, ci dicono Maxwell e Boltzman, fenomeni assolutamente irreversibili ma solo
processi che hanno poche probabilità di ritornare alla situazione di partenza. Si può dire che
la reversibilità non è impossibile ma solo improbabile. L'universo evolve verso stati più
probabili ma non è esclusa una possibilità di un evoluzione diversa anche se è altamente
improbabile. La soluzione proposta dalla teoria genetica è un primo passo nella
conciliazione tra termodinamica e meccanica. Alla fine del secolo Boltzman rimane quasi
isolato nel suo tentativo di proseguire su questa via. Solo con il Novecento, con la
formulazione della meccanica statistica di Gibbs e le sue applicazioni a opera di Albert
Einstein. Einstein applica la meccanica statistica al metodo browniano.
Il moto browniano è il movimento caotico, incessante manifestato dalle piccole particelle
sospese in un fluido.
Quando Einstein applica la meccanica statistica a questo movimento il programma cinetico
riacquista forza.
Elettromagnetismo
Nel frattempo il meccanicismo aveva dovuto affrontare una nuova sfida, ovvero la teoria
elettromagnetica di Maxwell del 1873 che trova il suo sofisticato formalismo nel 79. I
fenomeni elettrici dunque erano diventati nell'Ottocento un campo di indagine privilegiato
per la fisica grazie alle scoperte del primo Ottocento. Per esempio la scoperta della pila da
parte dell'italiano volta che permette di ottenere un flusso costante di elettricità, avviando
quindi una sperimentazione completamente nuova rispetto ai lavori portati avanti nel
Settecento. Nell'arco di pochi decenni si mettono insieme tante conoscenze sperimentali
innovative come Oersted, Faraday. Gli esperimenti di Oersted e di Faraday mettono in
evidenza i molteplici legami che collegano i fenomeni elettrici con quelli magnetici, che
prima si consideravano ambiti assolutamente differenziati. In particolare Faraday introduce
un concetto che comporta una rottura decisa e decisiva rispetto al meccanicismo, ovvero il
concetto di Campo. Mentre il meccanicismo si basa su particelle che agiscono a distanza
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su uno spazio vuoto il mondo immaginato da Faraday è uno spazio continuo, pieno di entità
fisiche che si traducono in forze elettriche e magnetiche, le quali formano dei campi di
forze. Questa impostazione basata sulla continuità della natura viene tradotta
matematicamente da Maxwell, il quale dimostra come fosse plausibile identificare la luce
con l'insieme delle azioni elettromagnetiche. Maxwell era nato nel 1831 e aveva una
formazione meccanicista critica,
che superava la classica posizione newtoniana
dell'assolutezza dello spazio e del tempo, che servivano per garantire la misurabilità degli
spazi e dei tempi relativi.
Maxwell ha ovviamente un atteggiamento molto ma molto più critico, ritenendo che la
migliore spiegazione possibile di qualunque fenomeno fosse quella meccanica, tentando di
fornire una modellizzazione di tipo meccanico anche in campo elettromagnetico,
allontanandosi così però dal meccanicismo. Per il meccanicismo i modelli dovevano
assolvere ad una funzione unificante dei vari aspetti della fisica siccome la natura è
semplice. Non tutto si può però unificare. Nell'opera di Maxwell sono presenti molti modelli
meccanici del campo elettromagnetico molto differenti tra loro a seconda della specificità
del modello indagato. Questo non piace ai sostenitori del meccanicismo ortodosse.
Maxwell è cosciente di operare al di fuori del binario meccanicistico, ritenendo che il
modello meccanico non dovesse avere una funzione unificante. I modelli servono solo per
la ricerca teorica, aiutando l'immaginazione scientifica a prefigurare le situazioni.
L'importanza del modello meccanicista risultava alterata. Le equazioni di Maxwell hanno
portato ad un pericolo ancora maggiore per il meccanicismo aprendo così la strada per la
teoria einsteiniana della relatività.
Relatività
Relatività Galileiana
La fisica è poi investita da due cambiamenti enormi: la relatività e la fisica quantistica.
La relatività galileiana affermava che il comportamento dei corpi era identico nei sistemi
inerziali, e nessuno degli osservatori può stabilire con esperienze meccaniche se il sistema
è in moto o in quiete rispetto allo spazio assoluto. Applicando il principio di relatività al
sistema copernicano, Galileo affermò che non si poteva stabilire che la terra sia ferma. Dal
punto di vista matematico, il fatto che due osservatori vedano gli stessi fenomeni
meccanici si esprime attraverso una particolare proprietà di cui godono le equazioni, ovvero
il fatto che sono invarianti: attraverso le trasformazioni galileiane si può descrivere un
qualsiasi sistema di riferimento inerziale. Le equazioni utilizzate dal secondo osservatore
sono assolutamente identiche rispetto a quelle utilizzate dal primo osservatore. I fenomeni
sono assolutamente identici.
Il problema dell’etere
L'assolutezza dello spazio e del tempo per Newton risponde ad un’esigenza interna rispetto
al sistema newtoniano, ma non era stata dimostrata. A molti era parso, già nel seicento, che
fosse inutile parlare di movimento rispetto ad uno spazio assoluto se poi era assente la
possibilità di riscontrarlo attraverso l’esperienza. Lo spazio come assoluto viene dato per
scontato, fino ad essere considerato con l'etere. L'etere era stato posto alla base delle teorie
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elettromagnetiche alla fine dell'ottocento per cercare di spiegare i fenomeni e i problemi
relativi. Il campo elettromagnetico di Maxwell è pensato come una serie di perturbazioni
nell'etere, che si estende occupando tutto lo spazio. Per i fisici dell'epoca è impensabile che
un onda elettromagnetica potesse propagarsi senza un mezzo che avesse la funzione di
trasmettere le vibrazioni. Lo spazio identificato nell'etere era uno spazio assoluto. Tuttavia
c'era un problema, ovvero che le equazioni di Maxwell non sono invarianti rispetto al
sistema galileiano. Cambiano se si passa da un osservatore in stato di quiete rispetto ad un
sistema in moto rettilineo uniforme. Questo significa che gli osservatori non vedono i
fenomeni in modo identico. Un osservatore assiste a fenomeni diversi rispetto a quelli
dell'altro osservatore. Il principio di relatività galileiana dunque vale, ma non universalmente,
non potendo essere utilizzato nei fenomeni elettromagnetici. Questa conclusione consente
di mettere in piedi un'altra ipotesi. Doveva essere possibile rilevare, con esperienze di tipo
elettromagnetico, il movimento della terra rispetto all'etere, rispetto allo spazio assoluto.
Tentativi di compiere tale misurazione e quindi di misurare il vento d'etere sono molti, ma
tutti falliscono in quanto constatano che la velocità della luce, che doveva diffondersi
nell'etere, è costante e quindi non c'è il vento d'etere. Gli esperimenti più famosi sono quelli
di Michelson e Mosley.
Lorentz e Relatività Speciale
Dal punto di vista matematico le equazioni di Maxwell avrebbero dovuto essere invarianti
passando da un osservatore all'altro. Poiché non sono invarianti per le trasformazioni
galileiane, occorreva trovare nuove trasformazioni, che applicate all'elettromagnetismo le
rendessero invarianti. Queste formule alternative vengono trovate da Lorentz. Le propone
come uno strumento matematico che giustifica il perché del fallimento del tentativo di
Michelson e Mosley. Dal punto di vista matematico e formale le cose vanno bene.
L'aggiustamento prodotto da Lorentz è perfetto sul piano formale, ma sul piano fisico le
cose rappresentano un vero e proprio scandalo, visto che essere indicano che un
osservatore, collocato in un sistema di riferimento in movimento, quindi con una velocità v,
compiendo delle misure, vedrà le lunghezze dei corpi contrarsi lungo la direzione del moto e
intervalli temporali allargarsi e dilatarsi. Lunghezze e tempi non sembrano più proprietà
assolute del mondo materiale, ma relative alla velocità del sistema di riferimento
dell'osservatore. Questa situazione imbarazzante generata, lesiva del rigore scientifico viene
risolta da Einstein, attraverso tre fondamentali articoli comparsi nel 1905 nella rivista "Der
Physik". Attraverso questi tre articoli comparsi nel Novecento nella rivista "La fisica" Einstein
fonda la relatività speciale o ristretta. Einstein fornisce una spiegazione teorica efficace
delle formule di Lorentz. Partendo dai dati sperimentali si afferma che la velocità della luce
è una costante, e non dipende dalla velocità dell’osservatore come in Galileo. Einstein
sostiene che proprio questa tesi apparentemente paradossale serviva come punto di
partenza per una teoria rivoluzionaria. Einstein dimostra che, se si ammette come postulato
la costanza della velocità della luce e si esaminano le procedure con le quali due osservatori
in moto relativo, ciò che appare simultaneo all'osservatore a può non apparire simultaneo
all'osservatore b. La simultaneità di due eventi non è un carattere assoluto della natura ma
è relativo al moto dell'osservatore. Non si ferma qua Einstein, mostrando anche che la
relatività del concetto di simultaneità implica la relatività dei concetto di lunghezza e di
intervallo temporale. In questo modo, le strane proprietà matematiche di Lorentz non sono
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che conseguenze di procedure e misure date dalla costanza della velocità della luce.
Siccome le nozioni di tempo e spazio sono fondamentali per qualsiasi fenomeno naturale la
teoria einsteiniana comporta una radicale modificazione dell'intera fisica dando avvio ad
una fisica post newtoniana, relativistica. Accantonati finalmente i concetti assoluti di spazio
e di tempo considera gli eventi fisici rispetto ai tempi e agli spazi relativi all'osservatore. Con
l'abbandono del tempo e dello spazio newtoniano assoluti, imprescindibili, veniva a crollare
anche il quadro concettuale in cui era inscritto il grande universo macchina pensato da
Newton.
Relatività generale
La teoria della relatività formulata nel 1905 è detta speciale perché è solo limitata ai sistemi
inerziali. Einstein successivamente estende la propria teoria ai sistemi non inerziali. Nel
1916 si arriva alla pubblicazione della relatività generale. Questa porta ad una applicazione
di geometrie non euclidee nella descrizione dello spaziotempo, implicando la possibilità che
lo spazio sia curvo. La formulazione delle geometrie non euclidee degli anni 30-40 si erano
fermate solo allo stadio teorico, valide solo a livello matematico. Proprio l'impiego in Fisica
di parti della matematica prima ritenute difficilmente suscettibili di interpretazioni fisiche,
che sembravano descrivere irreali mondi curvi, suscita l'opposizione di molti scienziati,
portando ad una reazione di stupore da parte di Einstein. Quando era passata la relatività
speciale tutti erano d'accordo, ma quando si presenta la relatività generale la situazione è
diversa. Se la prima superava problemi della fisica in quel momento, la seconda, che per
Einstein era una banale estensione della prima, non viene compresa e accettata da tutti.
La teoria della relatività è assolutamente innovativa ma rimane comunque all'interno della
concezione meccanicista, conservando quel carattere che da Galileo era l'essenza stessa
della scienza, ovvero si fondava sul fatto che la natura fosse regolamentata da leggi di
portata universale. La scienza doveva tradursi nella ricerca, nella individuazione di un
determinismo negli eventi naturali. Fino ad Einstein, pur con tutta la valanga di innovazioni
ci muoviamo in questa direttiva. "Dio non gioca a dadi" dice Einstein. E se niente è casuale,
tutto è spiegabile in modo deterministico. Adesso anche questa visione deterministica che,
pur portando con sé innovazioni macroscopiche, preservava la sostanziale identità della
scienza subisce una rivoluzione.
La meccanica quantistica
All'inizio del Novecento una nuova proposta metterà in discussione anche quel pilastro
rimasto saldamente in piedi per millenni, proponendo una scienza che si occupa di corpi
che non sembrano essere soggetti al determinismo, e quindi non sembrano obbedire a
leggi rigorose e sempre uguali a sé stesse. Nasce la meccanica quantistica. L'elaborazione
di questa nuova teoria appare ai più una inaccettabile rottura con la fisica tradizionale,
molto più grave che quella prodotta dalla relatività einsteiniana. Anche Einstein sarà un
nemico e critico della meccanica quantistica, che nasce in stretta connessione con una
sorprendente serie di scoperte fondamentali, dischiudendo alla ricerca fisica il mondo degli
oggetti atomici e subatomici.
Il determinismo era diventato un assioma nel tempo, e la meccanica quantistica lo mette in
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discussione. Sembra rovesciare l'immagine stessa della scienza. Si occupa di corpi che
sfuggono al determinismo, non obbedendo a leggi rigorose. Fondata da Max Planck,
sembra a molti una frantumazione di tutto quanto la scienza aveva proposto. La relatività
speciale aveva assestato una sberla ma preservando il determinismo era stata accettata
anche in virtù degli effetti che aveva prodotto. La relatività generale, con l'applicazione del
mondo fisico delle geometrie non euclidee, aveva in qualche modo suscitato maggiori
perplessità, ma anche con questa Einstein non si era discostato dall'idea che l'universo
rispondesse a leggi deterministiche. La fisica quantistica, che afferma che le particelle si
comportano a volte come onda e a volte come corpuscolo, fa saltare le convinzioni. Il
terreno sul quale nasce la meccanica quantistica è composto di eccezionali scoperte
sperimentali che superano in via definitiva la concezione newtoniana di una fisica del
macroscopico, la cui osservazione dei fenomeni è possibile a occhio nudo. La fisica
quantistica racchiude la prospettiva di una fisica nuova, del microscopico, degli oggetti
atomici e subatomici.
Fisica Quantistica
Atomismo e le sue origini
La concezione atomistica del mondo risale ai primordi della riflessione filosofico-scientifica.
Il primo a parlare di atomi è Democrito di Abdera, e sembra che anche qualcuno prima di lui,
come Leucippo sia estensore della teoria , anche se non abbiamo testi a confermarlo. Dai
frammenti di Democrito, dell'opera "Piccolo sistema dell'universo", veniamo a sapere che la
realtà è costituita da atomi, particelle infinitesimali, che dotate di caratteristiche quantitative
– un peso – e dotate di movimento, si aggregano e disgregano in uno spazio vuoto
necessario per tale fenomeno. Si giustificano la nascita e la morte delle cose. Democrito
afferma però che gli atomi si vedono con gli occhi della mente, sono un ipotesi mentale
costruita per giustificare la realtà fisica. Quindi tutti sanno cosa è stato l'atomismo. Sono
stati perfino trovati recentemente – negli anni 80 del Novecento – i verbali delle sedute del
processo a Galileo in cui risulta che il papa Bonifacio VIII non fosse scandalizzato
dall'eliocentrismo, ma fosse preoccupato dell'atomismo di Galileo. La scienza per Galileo si
fa con gli aspetti quantitativi, come Democrito. Però tutta la tradizione atomistica arriva fino
all'Ottocento riciclando l'assunto democriteo per cui gli atomi sono delle ipotesi mentali e
nessuno, tra gli scienziati dell'Ottocento, pur preparatissimi, era disposto ad ammettere che
al concetto di atomo corrispondesse una realtà oggettiva, ed esistessero particelle
piccolissime oltre le quali non è possibile procedere con ulteriori divisioni.
Verifiche sperimentali
Le eccezionali scoperte sperimentali dell'ultimissima parte dell'Ottocento, nella seconda
metà degli anni 90 viceversa mettono di fronte ad un dato sbalorditivo: la materia ha
effettivamente una struttura discreta, una struttura atomica. E queste particelle costitutive
della materia non sono per niente le ultime e indivisibili, ma sono sicuramente divisibili al
loro interno. Le ricerche sugli spettri degli elementi evidenziano che ad alta temperatura vi
sono particolari emissioni per ogni elemento. Le ricerche sui raggi catodici vengono fatte
nei primi anni del Novecento e permettono di individuare elettroni e protoni. Nel 1895
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vengono scoperti i raggi X, radiazioni capaci di attraversare la materia. Viene scoperta la
radioattività naturale, la capacità di certe sostanze come il Radio di emettere radiazioni
simili a quelle create artificialmente. Viene inoltre spiegato l'effetto fotoelettrico, studiato da
Einstein. Tutte queste scoperte sperimentali e teoriche costringono a modificare il concetto
di materia. L'atomo deve essere pensato come una struttura complessa, composta di
particelle, di componenti ancora più piccole. Si parla non a caso di elettroni e protoni e poi
neutroni, procedendo successivamente (molto dopo) con ulteriori divisioni.
Modelli atomici e “quanti”
Attraverso questa divisione della materia bisogna approntare un modello di atomo,
andandone a ricercare le regole di comportamento. I primi 20 anni del Novecento ci fanno
assistere ad una vera e propria proliferazione di modelli atomici, nel tentativo di applicare al
microcosmo le leggi della fisica che si erano dimostrate valide nel macrocosmo.
Certamente la pluralità di modelli presenta al suo interno incongruenze più o meno rilevanti.
Nel 1913 viene prodotto il modello di Bohr, il quale supera un certo numero di incongruenze,
andando oltre una serie di ostacoli, pagando pegno del fatto che è necessario ipotizzare che
gli elettroni avessero comportamenti anomali, cioè non obbedissero alle leggi tipiche della
fisica classica. Secondo il modello di Bohr gli elettroni non possono muoversi attorno il
nucleo dell'atomo seguendo tutte le orbite possibili, ma alcune di queste orbite sono
interdette mentre altre sono consentite. In più, quando un elettrone si muove su un’orbita
consentita non emette radiazione elettromagnetica. L'elettrone può emettere o assorbire
radiazione elettromagnetica solo quando passa da un’orbita stazionaria ad un’altra. Il
passaggio è caratterizzato da salti, da una sostanziale discontinuità. Scompare da un'orbita
per apparire in un'altra essendo proibita l'esistenza negli stati intermedi. Nel modello di
Bohr, l'energia degli elettroni non varia con continuità, ma solo per salti, per "pacchetti"
indivisibili di energia che Planck chiama "quanti". L'idea della quantizzazione dell'energia
degli elettroni è introdotta nel 1916 dal fisico e filosofo Planck. Einstein, nello studio
dell'effetto fotoelettrico aveva presentato già nel 1905 un’idea di una fisica discreta, ma solo
con Planck prende forma una visione della fisica quantistica. Il modello di Bohr diviene
contemporaneamente il perno della fisica atomistica.
Si tratta di una rottura con la millenaria convinzione circa la sostanziale continuità dei
processi naturali. L'antica massima ribadita a spada tratta da Newton, " natura non fecit
saltus", risulta assolutamente negata dal comportamento dell'elettrone, che secondo il
modello di Bohr cambia il proprio stato proprio per salti, con repentine discontinuità. Pur
problematico dal punto di vista della rappresentazione concettuale, il modello di Bohr
rimane una pietra miliare, il punto di riferimento fondamentale per lo studio dei modelli
atomici fino alla metà circa degli anni 20, dando origine a quella che gli storici della scienza
del Novecento chiamano la vecchia meccanica quantistica.
La nuova fisica quantistica
Tra il 1924 e 1927 ha inizio invece la nuova fisica quantistica, sfruttando le ricerche e le
eccezionali intuizioni teoriche dei più grandi scienziati del tempo. Sono scienziati che
partono da prospettive lontanissime tra di loro. I fondamenti teorici elaborati in questi anni
rappresentano sicuramente la base sulla quale è costruita la fisica Novecento, suscitando
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anche un dibattito fisico e filosofico e sradicando concezioni scientifiche e convincimenti
del senso comune consolidati da secoli. Due in particolare sono gli aspetti su cui si
focalizza la discussione:
1. La natura statistica e probabilistica della nuova scienza fisica.
2. Il fondamentale dualismo tra onda e corpuscoli che scaturisce dalla concezione della
meccanica quantistica.
La fisica quantistica fa saltare la determinazione dei fenomeni fisici, solo che risulta
evidente che la determinazione possa avvenire però su base probabilistica. Per cui, non si è
più in grado come nell'orizzonte meccanicistico-deterministico di Newton dire che A è B, ma
solo stabilire che probabilità ci sia in cui A sia B. Questa conclusione, ricavabile dalle
scoperte della fisica quantistica, con la sostanziale distinzione tra fenomeni macroscopici e
microscopici porta Heisenberg, fisico tedesco, nobel per la fisica nel 32, all'enunciato del
principio di indeterminazione, da cui risulta evidente la natura probabilistica, la natura
statistica della nuova teoria. Se non si è in grado di avere informazioni precise sulla
condizione dell'oggetto del fenomeno considerato non sarebbe possibile nemmeno fare
previsione sul suo comportamento futuro. La meccanica classica newtoniana compiva
previsioni deterministiche avendo a disposizione informazioni sui valori delle coordinate
canoniche dell'oggetto in esame in un dato istante. Il principio di indeterminazione assesta
un colpo basso a questa felice illusione. Il principio di indeterminazione esclude che si
possa prevedere con assoluta precisione il futuro di un oggetto.
Questo significa che ci è negata in assoluto la possibilità di prevedere il comportamento
futuro di un fenomeno? No, la prospettiva probabilistica si traduce non in una negazione
della possibilità della scienza, ma semplicemente quello che si può prevedere coincide con
il calcolo delle probabilità per cui un oggetto si comporterà in un modo o in un altro. Dove
troviamo mirabilmente applicata la prospettiva del principio di indeterminazione è nel
dualismo onda corpuscolo. Onde e corpuscoli sono differenti, radicalmente differenti e
quindi è bene che i concetti fondati sulla nozione di corpuscoli siano assolutamente
separati dai concetti fondati sulle onde. Il primo a mettere in discussione questa
contrapposizione assoluta è Einstein quando espone la sua teoria della luce per spiegare
l'effetto fotoelettrico. Tale teoria afferma che un raggio luminoso è un "treno di particelle di
luce chiamate fotoni", proponendo che per il caso dell'effetto fotoelettrico la luce non
venisse considerata come un fenomeno ondulatorio, come aveva affermato Maxwell, bensì
come corpuscoli. Tale anomalia non è destinata a risolversi bensì ad ingigantirsi quando,
nel 1924, il fisico francese Broglie cerca di estendere alla traiettoria dell’elettrone un
andamento ondulatorio. Attraverso l'uso di sofisticati formalismi matematici Schrödinger
svilupperà meglio l'ipotesi di Broglie, e dopo alcuni tentativi di intendere l'elettrone come un
fenomeno puramente ondulatorio diventa scontato che il concetto di onda non può
sostituire in tutto quello di corpuscolo che, viceversa, l'elettrone come la luce richiede per la
comprensione non una ma due concezioni. Per cui, in determinate circostanze si comporta
come corpuscolo, in altre come onda. Questo duplice comportamento diventerà evidente
sul piano sperimentale. Se la collochiamo in un particolare apparato una fonte di elettroni fa
registrare fenomeni, immagini corpuscolari, se in un altro non possiamo che constatare
fenomeni di tipo ondulatorio.
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Bohr nel 27, proprio per giustificare sul piano teorico, elabora il principio di
complementarietà, il quale indica che il duplice aspetto di alcune rappresentazioni fisiche di
fenomeni non può essere osservato contemporaneamente nello stesso esperimento.
Successivamente fa un ulteriore passo teorico, sostenendo che in ogni esperienza sugli
oggetti atomici è rilevabile un’interazione tra oggetto e strumento di misura. Lo strumento
di misura altera lo stato di quanto si va ad osservare. Per questo si trova una diversità di
comportamento riconducibile alle diverse sperimentazioni. La meccanica quantistica
convincerà una parte piccola degli addetti ai lavori, mentre lascerà vere e proprie voragini di
dubbio in quanti temevano che una prospettiva probabilistica si traducesse in una
sostanziale indeterminazione, quindi nel fallimento della scienza fisica. D'altra parte, va da
sé che questa di rivoluzioni che interessano sia aspetti sperimentali ma anche aspetti
teorici comportano una vera e propria rivoluzione all'interno del modo di considerare la
scienza. Questa rivoluzione nel modo di considerare la scienza si traduce in un
accantonamento, non in un rifiuto, della scienza Newtoniana. Viene così a cadere l'aggettivo
"universale" della teoria gravitazionale newtoniana.
La serie di rivolgimenti prodotti sia in ambito sperimentale e in ambito teorico comportano
la messa in discussione della fisica newtoniana fino a relativizzarne gli assunti, che quindi
non sono più universali. Si realizza però anche un attacco mortale nei confronti della fisica
ottocentesca e del positivismo, della pia illusione in virtù della quale la fisica era una
scienza che poteva spiegare i fatti con i fatti. Allora, con la seconda rivoluzione scientifica,
cambia l'idea della scienza
L'idea della scienza
L'idea della scienza cambia avendo come polo polemico il positivismo. I contributi alla
nuova immagine della scienza e della riflessione sulla scienza sono dati dalla
epistemologia. I contributi alle trasformazioni epistemologiche che si realizzano tra la fine
dell'Ottocento e i primi del Novecento, di pari passo alla rivoluzione scientifica sono molti. I
tre filosofi della scienza più importanti sono Mach, Poincaré, Diurem(?).
Ernst Mach
Mach è il primo a portare una critica radicale al positivismo, tentando di dimostrare
l'infondatezza della posizione positivista di ammettere, ai fini delle costruzioni scientifiche,
solo quelle conoscenze saldamente fondate sull'esperienza, sui "fatti". A parere di Mach,
l'elemento qualificante della conoscenza non è la realtà colta dall'esperienza, ma bensì
l'elemento qualificante della conoscenza è il pensiero. Se il positivismo concentrava la sua
attenzione sull'oggetto, la critica lo faceva sul soggetto. Cambia radicalmente il significato
di scienza. La scienza non è più, come si illudeva il positivismo, registrazione o fotografia
della realtà ma convenzione attraverso la quale il soggetto opera alla luce di rendere la
realtà funzionale ai suoi bisogni. La scienza non è una fotografia, registrazione pedissequa
della realtà: è ordinamento della realtà ai fini utilitaristici dei dati dell'esperienza. Di per sé
nulla impongono al soggetto conoscente. Io sono catapultata nella realtà, sono costretta a
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viverci, di dare un senso, di calcolare cause ed effetti di quello che mi circonda in funzione
della mia esistenza come soggetto. Per cui, se io per spiegare questo elaboro una legge non
è scritto da nessuna parte che tale legge risponda a quello che l'oggetto è, ma la legge
consente di rapportarmi a tale oggetto come ad un termine noto che posso manovrare e
utilizzare a mio vantaggio, evitando quello ciò mi può essere dannoso, che mi può
complicare l'esistenza. Alla luce della rivoluzione, del modo diverso di considerare la scienza
che cronologicamente si colloca in contemporanea con la seconda rivoluzione scientifica,
la scienza non fotografa la realtà ma ne costituisce un ordinamento convenzionale dei dati
empirici che in sé per sé non dicono niente, ma ordinati rispondono alle esigenze del
soggetto. Mach rifiuterà di elaborare un sistema filosofico, rifiuta per sé la definizione di
filosofo. Le sue concezioni avranno un influenza vastissima sull'intero pensiero del
novecento. Mach pretende di essere un critico, di far scaturire le proprie considerazioni
dall'analisi puntualissima delle discipline scientifiche.
Considerazioni sulla fisica
Mach studia la fisica, scienza regina dell'Ottocento e novecento. Alla luce di quello che va
succedendo nel suo tempo, quindi gli sviluppi dell'elettromagnetismo e della
termodinamica, tutti i risultati che convincono Mach della sostanziale inadeguatezza per
dare effettiva spiegazione dei fenomeni fisici. Mach ritiene che la termodinamica sia capace
di fornire un modello alternativo rispetto alla meccanica. Questo perché Mach rivede,
pesantemente, il significato di sensazione e conseguentemente i pilastri della tradizione
empiristica. In accordo con la tradizione empirista (Locke- Hume – Newton), visti i successi
della meccanica, per buona parte dell'Ottocento la tradizione empirista viene mantenuta
sostenendo che la conoscenza scaturisse esclusivamente dalla sensazione. Mach si
impegna in un indagine a tappeto dell'attività sensoriale, condotta sia dal punto di vista
fisico che dal punto di vista psicologico. Per cui, questa serie di ricerche convincono Mach
dell'impossibilità di dar vita ad una scienza unificata sulla base della meccanica come
aveva preteso il positivismo.
Attività conoscitiva
Mach non è che metta in discussione lo scientismo che contraddistingue l'ottocento. È
infatti d'accordo con l'evoluzionismo darwiniano e altre attività scientifiche. L'attività
conoscitiva deve essere vista come una forma di adattamento, una serie di risposte a quelle
che sono le sollecitazioni dell'ambiente esterno. La realtà quindi non è qualche cosa da
contemplare passivamente, ma è qualcosa da conoscere, con l'obbiettivo di modificarla,
ricostruirla, di viverla. La conoscenza, per carità, può partire dalle sensazioni, ma non è
come volevano gli empiristi come Locke e Hume, manifestazione della sostanziale passività
umana.
La sensazione
La sensazione è il primo atto di un meccanismo di difesa. In questo c'è una continuità tra
uomo e animali. L'uomo, attraverso le sensazioni prende le misure a ciò che c'è fuori di lui in
modo di sapersi rapportare a ciò che lo circonda. A questa concezione non può sottrarsi
neppure la scienza, come forma più alta di conoscenza. La scienza ha un fine pratico, un
fine utilitaristico, un fine (darwinianamente) indirizzato alla conservazione della specie. Ciò è
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possibile quando la scienza ci mette a disposizione una ricostruzione dei fenomeni facile
,semplice, accessibile. Per questo la filosofia di Mach può essere definita empirista con però
delle modificazioni rispetto all'empirismo ingenuo di Locke e Hume. Oltre che empirista può
essere definita convenzionalista, perché a costruire la scienza non è l'esperienza ma il
modo in cui noi interpretiamo i dati empirici. E poi, la filosofia di Mach può essere definita
monistica, quindi una filosofia che riunifica, che raccoglie e che richiede l'eliminazione di
tutti i tipici dualismi e contrapposizioni che scaturiscono dalla distinzione tra soggetto e
oggetto. Mah ritiene che il mondo sia costituito da un unico tipo di elementi: non esiste un
soggetto che percepisce e degli oggetti che viceversa vengono percepiti. Esistono solo
entità che abitualmente chiamiamo sensazioni e che lui decide di chiamare con un termine
più neutro "elementi". Il concetto di soggetto, oggetto, di "io" proprie delle teorie dualistiche
sono elementi che rappresentano né più e né meno i mezzi che ci costruiamo per dare un
ordine ad un mondo disordinato. Perché dobbiamo dare un ordine a tutto? Solo per poter
vivere in questo mondo. Ordinare il mondo significa operare attraverso l'intelletto il
passaggio dal caos al cosmos, far diventare quelle incognite, quelle colossali "x"
rappresentate dalle cose prima di definirle dei termini noti. Il soggetto umano si sottopone a
questa fatica per vivere nel mondo. Quindi gli elementi sono solo gli strumenti di cui
faticosamente ci dotiamo per trasformare una realtà costituita di incognite in una realtà
costituita da termini noti in cui sappiamo muoverci. LA distinzione tra soggetto e oggetto
ha solo finalità pratiche ma nulla di metafisico. La scienza è tale se studia le connessioni
esistenti tra elementi. Ogni distinzione all'interno di essa, la distinzione per esempio tra
fisica e psicologia ha carattere puramente convenzionale. La fisica si occupa delle
connessioni tra quegli elementi chiamati corpi e non presta conseguentemente attenzione
a quel complesso di elementi che solitamente chiamiamo "io", "psiche" o "mente".
1. astrazione
Il riconoscimento di legami tra elementi che costituisce la scienza prende il via con un
processo di astrazione. Del complesso di elementi apparentemente presentato come un
tutt'uno, noi tendiamo ad evidenziare alcuni di questi elementi emarginandone degli altri. Da
prima questa, scelta che si traduce nell'astrazione, si può presentare come inconsapevole,
quasi senza l'intervento della nostra volontà, cogliendo quelle relazioni tra elementi
particolarmente utili a farci un idea delle cose e quindi a costruirci la nozione delle cose che
sarà utili alla nostra conoscenza. Le conoscenze così acquisite saranno il piano su cui
poggiano tutte le dimostrazioni della scienza, da quelle più semplici a quelle più sofisticate.
I fondamenti di tutti i principi scientifici, anche quelli che possono sembrare ad alto livello
teorico consistono in esperienze elementari. I principi della meccanica, ad esempio,
possono essere viste come traduzioni più eleganti e raffinate del dato primitivo. Il processo
di astrazione diviene poi assunto coscientemente come metodo di indagine della realtà, fino
a produrre astrazioni sempre più complesse che trovano il loro culmine nei concetto. Quelle
che ci siamo abituati a considerare leggi naturali non sono altro che concetti scientifici
particolarmente rilevanti. Le leggi naturali per Mach non hanno alcun valore oggettivo,
perché in natura non esistono. Va detto che l'esperienza non ci pone mai di fronte alla legge
della caduta dei gravi, ma sempre e soltanto a degli esempi, a determinati corpi (un sasso,
una penna) che cadono in determinate e continuamente diverse situazioni. Le leggi per
tanto non sono registrazioni né fotografie di quanto avviene nel mondo, ma sono regole per
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descrivere singoli fenomeni. Grazie alle leggi noi possiamo prevedere quello che accadrà in
una x circostanza anche senza sperimentarla direttamente. Le leggi, dunque, hanno proprio
una funzione, la funzione di consentire l'individuazione di una categoria, di un complesso di
fenomeni che allora si possono presentare a noi come noti e quindi ci consentono di
prevedere il darsi di fenomeni analoghi. È implicita la critica Macchiana al meccanicismo
newtoniano. Il meccanicismo infatti aveva elevato alcune leggi a livello di principi primi,
giudicandole capaci di illustrare la sostanza della realtà. Ogni legge è allo stesso livello di
tutte le altre. Quelli che vengono chiamati principi non sono altro che leggi che hanno
assunto un ruolo particolare nella costruzione di una teoria. Le teorie scientifiche non sono
che insiemi di leggi. Rispecchiano quello che la realtà effettivamente é? Rispecchiano un
ordinamento oggettivo? No, solo un ordinamento convenzionale, quello che noi diamo alle
cosi. La teoria ha il compito di ordinare le leggi in modo di consentire di ordinare i dati nel
modo più semplice e rapido. Una teoria serve ad economizzare il pensiero, far leva su
quattro punti per consentire la massima efficacia pratica. Per questo suo carattere la teoria
ha una grande libertà. Può liberamente porre a proprio fondamento, chiamandole principi,
quelle leggi che risultino più utili ai fini della ricostruzione della totalità dei fatti. Solo per
questa loro funzione convenzionale, di punto di partenza per l'organizzazione del numero
più alto possibile di leggi i principi acquistano un rilievo particolare. Niente, se non questioni
di utilità, vieta di modificare l'ordine di una teoria facendone saltare anche i principi,
cambiando i principi che ne costituiscono il fondamento. Di fronte all'esperienza l'uomo
sceglie l'ordine del mondo più adeguato ai suoi obbiettivi, i quali obbiettivi coincidono con il
vivere nell'ambiente in cui ci si trova evitando di soccombere e realizzando al massimo sé
stessi.
Rispetto alla legge darwiniana vince chi si riesce ad adattare meglio, eliminando l'attrito con
l'ambiente. Alla luce di questo fortissimo pragmatismo Mach ritiene vana la pretesa di fare
della scienza un'impresa che colga qualche verità metafisica. Il valore della scienza è, se
vogliamo, circoscritto all'ambito dell'utile. L'ordine scientifico è un ordine convenzionale
costruito dall'uomo per rapportarci in modo vincente alla realtà.
Poincaré
La strada aperta da Mach trova altri fautori, altri sostenitori, che magari provengono da
formazioni diverse. Poincaré è un ingegnere, studia nel Politecnico. Quando arriviamo nel
secondo ottocento il politecnico si specializza in modo tecnico. Egli si dedica alla ricerca
matematica, ottenendo risultati importati quando è poco più che ventenne, e dalla metà
degli anni ottanta insegna meccanica, fisica e matematica e il calcolo della probabilità
presso l'università di Parigi. Dalla fine degli anni novanta avrà anche la cattedra di
astronomia matematica e di meccanica celeste. In qualsiasi ambito si applichi produce dei
lavori di grande valore che contribuiscono a farne uno dei maggiori scienziati dell'epoca.
Prova a cimentarsi anche con dei problemi filosofici scaturiti dalla ricerca scientifica
pubblicando alcuni saggi che costituiscono tra i contributi più significativi sul dibattito dei
fondamenti della scienza tra ottocento e novecento. Scrisse un saggio di carattere generale
molto attuale che si intitola "il valore della scienza". Scrisse anche "la scienza e le ipotesi" o
"scienza e metodo". Nel 1911 muore.
Da contributi importantissimi contrassegnati da un rigore notevole senza arrivare mai ad
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elaborare una sia filosofia definita. Preferisce dedicarsi a studi specifici, sia pure di altissimo
spessore teorico. Preferisce trattare questioni poste dagli sviluppi della scienza senza
utilizzare i risultati, pur importanti, ricavati, per costruire una concezione generale della
scienza o del metodo scientifico. In virtù delle sue indagini la filosofia sarà meglio in grado
di rapportarsi alla scienza, di individuare quelle che sono le procedure sotterranee, non
sempre esplicite che stanno sotto la ricerca scientifica. Questa compenetrazione è alla
base della modernità degli scritti di Poincaré. In tempi nei quali vengono continuamente
bruciate le tappe e quello che sembrava una scoperta ieri già oggi inizia ad essere
considerata obsoleta, ancora oggi ha grande rilevanza.
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