Epistemologia di una teoria scientifica

Cos'è e come funziona una teoria scientifica

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Se dovessimo definire cos’è una teoria scientifica sfrondandola di ogni ridondanza si potrebbe definire come tale un modello dell’universo (o di una sua parte) e un insieme di regole che mettono in relazione i valori quantitativi che compaiono nel modello con le osservazioni che facciamo nella realtà.

In altri termini una teoria scientifica è un modello o un insieme di modelli che spiegano i dati osservativi a disposizione e che offrono predizioni che possono essere verificate.

Nella scienza, una teoria non può essere mai completamente provata, perché non è possibile assumere che conosciamo tutto ciò che c’è da conoscere (compresi eventuali elementi che potrebbero screditarla). Invece, le teorie che spiegano le osservazioni vengono accettate finché un’altra osservazione non è in disaccordo con esse.

Nell’antichità le teorie filosofiche di natura scientifica a volte non si preoccupavano di effettuare predizioni verificabili, come nel caso di Aristotele che era un convinto sostenitore della teoria di Empedocle secondo la quale ogni cosa era costituita dalla combinazione di uno o più di quattro elementi: terra, aria, acqua e fuoco.

Se possibile, la teoria della gravitazione universale di Newton si fondava su un modello ancora più semplice nel quale i corpi si attraevano a vicenda con una forza direttamente proporzionale a una quantità indicata come la loro massa e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Eppure, nonostante la sua estrema semplicità, questa teoria predice con un alto grado di precisione i moti del Sole, della Luna e dei pianeti.

Per quante volte i risultati sperimentali confermino una determinata teoria non possiamo mai essere del tutto sicuri della sua piena correttezza, anche se ovviamente più si accumulano le conferme e maggiore è il tasso di fiducia e credibilità che quella determinata teoria scientifica acquisisce. A volte basta soltanto che un’osservazione sia discostante dall’impianto teorico per metterlo in discussione ed addirittura per portare alla “morte” l’intera costruzione teorica.

Nella pratica spesso accade che una nuova teoria non sia altro che un’estensione di una teoria precedente. L’esempio classico riporta alle osservazioni sempre più accurate e precise fatte intorno all’orbita del pianeta Mercurio che rivelarono una piccola discrepanza tra il suo moto effettivo e le predizioni della teoria della gravitazione di Newton.

La teoria della relatività generale di Einstein prediceva un moto leggermente diverso da quello previsto in base alla teoria newtoniana. Il fatto che le predizioni einsteiniane fossero in pieno accordo con le osservazioni, mentre quelle di Newton no, costituì una delle conferme più importanti della nuova teoria.

Dopodiché non è che la teoria della gravitazione universale di Newton sia stata riposta nel polveroso cassetto della storia, tutt’altro. Noi oggi continuiamo a usare per tutti i fini pratici la teoria di Newton, poiché, nelle situazioni con le quali abbiamo normalmente a che fare, la differenza tra le sue predizioni e quelle della relatività generale è estremamente ridotta (inoltre, la teoria di Newton ha il grande vantaggio di richiedere calcoli molto meno complessi di quella di Einstein)

Oggi le due teorie che si “spartiscono” la descrizione più convincente dell’universo sono la teoria della relatività generale e la meccanica quantistica, ciascuna di queste due teorie fondamentali ha però campi di applicazione diversi.

La teoria della relatività generale descrive la forza di gravità e la struttura dell’universo su larga scala, vale a dire, in ordini di grandezza che vanno da pochi chilometri a milioni di milioni di milioni di milioni (1 seguito da 24 zeri) di chilometri, le dimensioni dell’universo osservabile. La meccanica quantistica, d’altro lato, si occupa dei fenomeni che accadono su scala estremamente ridotta, come un milionesimo di milionesimo di centimetro.

Come sappiamo però queste due teorie non vanno molto d’accordo tra loro ed uno dei più grandi sforzi della fisica moderna è la ricerca di una nuova teoria che le includa entrambe: una teoria quantistica della gravità.

Una teoria del tutto che sia in grado di darci un modello semplice ed armonioso dell’Universo e delle sue leggi fondamentali.