RICERCA DI COMPRENSIONE: Cosa intendiamo effettivamente per ricerca e come aiuta a informare la nostra comprensione delle cose? Quelli che cercano prove da qualsiasi ricerca nella scienza saranno tristemente delusi.

Come astrofisico, vivo e respiro la scienza. Molto di ciò che leggo e sento è espresso nel linguaggio della scienza, che agli estranei può sembrare poco più che un gergo e un linguaggio incomprensibile. Ma una parola è raramente pronunciata o stampata nella scienza e questa parola è “prova”. In effetti, la scienza ha poco a che fare con il “provare” qualcosa.

Queste parole possono aver causato un’espressione preoccupata sul vostro viso, soprattutto perché i media ci dicono continuamente che la scienza prova cose, cose serie con potenziali conseguenze, come la curcuma può apparentemente sostituire 14 farmaci, e cose più frivole come la scienza ha dimostrato che la mozzarella è il formaggio ottimale per la pizza.

Sicuramente la scienza ha provato queste, e molte altre cose. Non è così!

La via del matematico

I matematici dimostrano le cose, e questo significa qualcosa di molto specifico. I matematici stabiliscono un particolare insieme di regole di base, note come assiomi, e determinano quali affermazioni sono vere all’interno del quadro.

Una delle più note è l’antica geometria di Euclide. Con solo una manciata di regole che definiscono uno spazio perfetto e piatto, innumerevoli bambini negli ultimi millenni hanno sudato per dimostrare la relazione di Pitagora per i triangoli rettangoli, o che una linea retta attraverserà un cerchio al massimo in due punti, o una miriade di altre affermazioni che sono vere all’interno delle regole di Euclide.

Se il mondo di Euclide è perfetto, definito dalle sue linee rette e cerchi, l’universo che abitiamo non lo è. Le figure geometriche disegnate con carta e matita sono solo un’approssimazione del mondo di Euclide dove le affermazioni di verità sono assolute.

Negli ultimi secoli abbiamo capito che la geometria è più complicata di quella di Euclide, con grandi matematici come Gauss, Lobachevsky e Riemann che ci hanno dato la geometria delle superfici curve e deformate.

In questa geometria non euclidea, abbiamo una nuova serie di assiomi e regole di base, e una nuova serie di affermazioni di verità assoluta che possiamo dimostrare.

Queste regole sono estremamente utili per navigare su questo pianeta (quasi) rotondo. Una delle (molte) grandi conquiste di Einstein fu quella di dimostrare che la curvatura e la deformazione dello spaziotempo stesso potevano spiegare la gravità.

Purtroppo, il mondo matematico della geometria non euclidea è puro e perfetto, e quindi solo un’approssimazione al nostro mondo disordinato.

Cos’è la scienza?

Ma c’è la matematica nella scienza, si grida. Ho appena tenuto una lezione su campi magnetici, integrali di linea e calcolo vettoriale, e sono sicuro che i miei studenti sarebbero facilmente d’accordo che c’è molta matematica nella scienza.

E l’approccio è lo stesso delle altre matematiche: definire gli assiomi, esaminare le conseguenze.

La famosa E=mc2 di Einstein, tratta dai postulati di come le leggi dell’elettromagnetismo sono viste da osservatori diversi, la sua teoria speciale della relatività, è un primo esempio di questo.

Ma queste prove matematiche sono solo una parte della storia della scienza.

La parte importante, quella che definisce la scienza, è se queste leggi matematiche sono una descrizione accurata dell’universo che vediamo intorno a noi.

Per fare questo dobbiamo raccogliere dati, attraverso osservazioni ed esperimenti di fenomeni naturali, e poi confrontarli con le previsioni e le leggi matematiche. La parola centrale in questo sforzo è “prove”.

Il detective scientifico

La parte matematica è pura e pulita, mentre le osservazioni e gli esperimenti sono limitati da tecnologie e incertezze. Il confronto tra i due è avvolto nei campi matematici della statistica e dell’inferenza.

Molti, ma non tutti, si affidano a un particolare approccio noto come ragionamento bayesiano per incorporare le prove osservative e sperimentali in ciò che sappiamo e per aggiornare la nostra convinzione in una particolare descrizione dell’universo.

Qui, credenza significa quanto si è sicuri che un particolare modello sia una descrizione accurata della natura, sulla base di ciò che si conosce. Pensatela un po’ come le probabilità di scommettere su un particolare risultato.

La nostra descrizione della gravità sembra essere abbastanza buona, quindi potrebbe essere la probabilità favorita che una mela cada da un ramo a terra.

Ma ho meno fiducia che gli elettroni siano piccoli anelli di stringhe rotanti e rotanti come proposto dalla teoria delle super-stringhe, e potrebbe essere una probabilità su mille che essa fornisca descrizioni accurate dei fenomeni futuri.

Quindi, la scienza è come un dramma giudiziario in corso, con un flusso continuo di prove presentate alla giuria. Ma non c’è un unico sospetto e nuovi sospetti vengono regolarmente presentati. Alla luce delle prove crescenti, la giuria aggiorna costantemente la sua visione di chi è responsabile dei dati.

Ma non viene mai emesso un verdetto di assoluta colpevolezza o innocenza, poiché le prove vengono continuamente raccolte e altri sospetti sfilano davanti alla corte. Tutto quello che la giuria può fare è decidere che un sospetto è più colpevole di un altro.

Cosa ha dimostrato la scienza?

In senso matematico, nonostante tutti gli anni di ricerca sul funzionamento dell’universo, la scienza non ha dimostrato nulla.

Ogni modello teorico è una buona descrizione dell’universo che ci circonda, almeno entro un certo intervallo di scale che è utile.

Ma l’esplorazione in nuovi territori rivela carenze che abbassano la nostra convinzione che una particolare descrizione continui a rappresentare accuratamente i nostri esperimenti, mentre la nostra convinzione nelle alternative può crescere.

Alla fine conosceremo la verità e avremo nelle nostre mani le leggi che governano veramente il funzionamento del cosmo?

Mentre il nostro grado di fiducia in alcuni modelli matematici può diventare sempre più forte, senza una quantità infinita di test, come possiamo mai essere sicuri che siano la realtà?

Penso sia meglio lasciare l’ultima parola a uno dei più grandi fisici, Richard Feynman, su cosa significhi essere uno scienziato:

Ho risposte approssimative e possibili convinzioni in diversi gradi di certezza su diverse cose, ma non sono assolutamente sicuro di nulla.

Questo articolo fa parte di una serie sulla comprensione della ricerca.

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