l’approfondimento
Treccani Trevolumi, Istituto della Enciclopedia Italiana, Roma 2007
esperimento
Il ruolo degli esperimenti nelle scienze
Gli esperimenti sono basilari nella scienza moderna e
in particolare in fisica, dove hanno una duplice
valenza, operativa e metodologica. Nell’antichità
classica il metodo adottato nella scienza era basato sul
ragionamento deduttivo e consisteva nella definizione
di principi autoevidenti da cui ricavare poi le logiche
conseguenze: un metodo naturalmente appropriato
per le scienze matematiche, assai meno per le scienze
della natura. Infatti solo con la diffusione del metodo
sperimentale, nel Rinascimento, la scienza conobbe
uno sviluppo impetuoso, prima nella fisica e poi nelle
altre discipline. Al metodo classico della scienza,
basato sul ragionamento, e al metodo sperimentale si
è aggiunta poi una terza metodologia costituita dalla
simulazione mediante calcolatore.
Il metodo sperimentale. Il metodo sperimentale
della scienza moderna trova origine nell’opera di vari
scienziati del Rinascimento, fra questi L. da Vinci,
F. Bacone e soprattutto G. Galilei, che di questo
metodo è considerato il fondatore, tanto che si parla
di esperimento galileiano per indicare un esperimento
scientifico condotto secondo le regole.
Il metodo d’indagine sperimentale serve per acquisire
conoscenza su un determinato fenomeno, per esempio
il moto dei corpi, e ne prevede inizialmente
l’osservazione. Segue poi la formulazione di ipotesi
alternative che spieghino come e perché il fenomeno si
verifica (e qui il ‘perché’ è di solito assai più delicato del
‘come’). Si può supporre, nel nostro esempio, che un
corpo si muova solo finché su di esso agisce una forza
che lo mantiene in moto (ipotesi A), oppure che un
corpo, messo in movimento, continui a muoversi finché
non interviene una forza a fermarlo (ipotesi B). La fase
cruciale consiste nell’effettuare esperimenti controllati
per verificare o confutare le ipotesi precedenti,
rivolgendo l’attenzione agli aspetti veramente essenziali
del fenomeno e cercando di eliminare tutte le possibili
cause di disturbo. Nel nostro esempio l’esperimento
potrebbe consistere nel rotolamento di una pallina su
superfici piane (per eliminare l’effetto della gravità) più
o meno levigate. Osserveremmo allora che una pallina
persiste nel suo moto quanto più la superficie è liscia,
concludendo che la pallina viene frenata dalla forza di
attrito dovuta alle irregolarità del piano su cui rotola, e
dunque su un piano ideale, perfettamente levigato, essa
continuerebbe a muoversi di moto uniforme. La fase
finale riguarda il confronto fra le ipotesi formulate e le
conclusioni tratte dai risultati degli esperimenti. Se una
di queste risulta verificata, nel nostro esempio si tratta
dell’ipotesi B meglio nota come principio d’inerzia,
essa viene assunta come legge fisica di validità generale.
Ciò significa che in ogni momento e in ogni luogo può
essere nuovamente verificata ripetendo, in qualunque
laboratorio, gli esperimenti che hanno permesso di
stabilirla; tale riproducibilità è un cardine della scienza.
La legge è tuttavia valida solo provvisoriamente, cioè
fino a che nuovi esperimenti non spingono a confutarla,
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o meglio a falsificarla, secondo la terminologia
introdotta dall’epistemologo K. Popper. In questa
visione, infatti, nessun esperimento può garantire
definitivamente la validità di una legge, o più in
generale di una teoria scientifica, mentre un
esperimento può decretarne l’abbandono.
Gli esperimenti di simulazione. Naturalmente non
è possibile eseguire tutti gli esperimenti in
laboratorio, basti pensare all’evoluzione di una
galassia o all’esplosione di una stella. Oltre che in
astrofisica, il problema si pone in vari altri settori
della scienza. In questi casi si ricorre a esperimenti
di simulazione su calcolatore, che tuttavia hanno
obiettivi diversi dai classici esperimenti di
laboratorio. Si tratta, infatti, di esaminare le
conseguenze di ipotesi, formulate in termini
matematici, riguardanti i fenomeni considerati,
conseguenze che sarebbe troppo lungo o addirittura
impossibile ricavare analiticamente. Si utilizza
allora un programma di simulazione nel quale sono
rappresentate in dettaglio le equazioni che
governano il fenomeno e, tramite un calcolatore, si
ottengono i risultati desiderati in forma numerica:
così è possibile studiare, per esempio, cosa accade
quando si modifica il valore di una o più costanti
che intervengono nel problema. Gli esperimenti di
simulazione, oggi attuabili grazie alla disponibilità
di calcolatori estremamente veloci e potenti, sono
talvolta denominati, per analogia con le espressioni
in vitro (in provetta) e in vivo (su un essere vivente)
usate nelle scienze biologiche, esperimenti in silico
(peraltro in latino la forma corretta è in silicio),
perché le parti essenziali di queste macchine sono
circuiti integrati realizzati con silicio.
Fra gli esperimenti di simulazione rientrano
concettualmente anche i cosiddetti esperimenti
mentali (in tedesco, Gedanken Experimenten), ben più
antichi delle simulazioni al calcolatore. In questo tipo
di esperimenti, attraverso ragionamenti deduttivi e
attraverso calcoli, si esplorano le previsioni di una
determinata teoria, spesso con lo scopo di falsificarla
individuandone conseguenze assurde o paradossali.
Un esempio è il paradosso di Achille e della
tartaruga, dovuto al filosofo greco Zenone di Elea.
Gli esperimenti nelle scienze storiche. Passando dalla
fisica e dalla chimica alla biologia e ad altre scienze, la
complessità dei fenomeni in studio rende sempre più
difficile svolgere indagini sperimentali in condizioni
rigorosamente controllate. Ciò diventa poi addirittura
privo di senso nelle scienze ‘storiche’, come la biologia
evoluzionistica, la geologia, la sociologia o la storia
stessa. In questi ambiti è però possibile ricercare
principi generali mediante esperimenti naturali, cioè
confrontando il comportamento di due sistemi simili
in assenza o in presenza di un dato fattore, che si
presume costituisca una causa importante nella loro
evoluzione storica. Per esempio, in antropologia
culturale, si può studiare la diversa evoluzione delle
società umane, a seconda che si sia svolta in condizioni
d’isolamento o in presenza dell’una o dell’altra di
determinate risorse.
Giovanni Vittorio Pallottino
