La creativita' della scienza

È un vero miracolo che i moderni sistemi pedagogici

non siano ancora giunti a soffocare

la sacrosanta curiosità umana;

perché essa è una piccola, delicata pianticella.

che ha soprattutto bisogno di libertà;

senza questa, va sicuramente verso la rovina

e la più completa distruzione.

A. Einstein

LA CREATIVITA' DELLA SCIENZA

A partire fin dal IV secolo a.C., nella Grecia antica, i filosofi cominciarono a elaborare i primi modelli volti a spiegare la disposizione dei corpi celesti nel cielo.

L'universo degli antichi era unico in virtù della teoria dei luoghi naturali secondo cui ogni materia deve trovarsi concentrata in un determinato posto, chiuso poiché immaginato come una sfera limitata dal cielo delle stelle fisse oltre il quale non c'era nulla, neanche il vuoto ed essendo chiuso l'universo era anche finito. Inoltre era fatto di sfere concentriche intese come qualcosa di solido e di reale su cui erano incastonate le stelle e i pianeti.

Così la terra si trovava immobile al centro di tutto, mentre la Luna, il Sole e gli altri pianeti allora conosciuti (Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno) le ruotavano attorno disegnando orbite perfettamente circolari. Le stelle poi si trovavano infisse nella sfera celeste, tutte equidistanti dalla terra stessa. Questa teoria mostrò ben presto la sua fallibilità in quanto non riusciva a spiegare il moto retrogrado di alcuni pianeti che sembravano descrivere nel cielo degli 'occhielli'.

Nel 300 a.C. l'astronomo Aristarco propose il primo modello eliocentrico che fu criticato perché spostava la terra da una posizione preminente e perché di conseguenza si sarebbe dovuto osservare anche uno spostamento della posizione delle stelle che invece non ebbe riscontro.

L'ipotesi geocentrica fu ripresa in seguito da Ipparco, nel 150 a.C., il quale introdusse il sistema ad epicicli che fu diffuso e reso noto, 300 anni dopo da Tolomeo. Secondo questo modello i pianeti interni (Luna, Mercurio e Venere) compiono un epiciclo attorno al sole il quale compie un deferente attorno alla terra, trascinando i suddetti pianeti nel proprio moto.

Per quanto riguarda i pianeti esterni (Marte, Giove, Saturno) essi hanno il centro del loro epiciclo in un punto immaginario che compie un deferente attorno alla terra.

Il modello Tolemaico risultò valido per 15 secoli, fino alla Rivoluzione Copernicana.

Copernico elaborò di nuovo una teoria eliocentrica in cui i pianeti avevano orbite circolari e la terra,che ruotava su se stessa, era al centro della sfera lunare. Questo movimento genera il moto apparente attorno ad essa del sole, dei pianeti e delle stelle. Spostando il sistema di riferimento dalla terra al sole, Copernico fu accusato di mettere in dubbio le parole della Bibbia che invece ponevano l'uomo al centro dell'universo. Copernico, teorico e matematico, riteneva che la dottrina tolemaica fosse troppo complessa. Così, cercando nei libri degli antichi, si imbatté nell'idea eliocentrica e, facendola propria, si convinse di poter semplificare il calcolo matematico dei movimenti celesti, anche se in realtà talvolta risultava più complessa di quella tolemaica.

Tuttavia per alcuni aspetti il cosmo di Copernico rimaneva simile a quello degli antichi, poiché lo concepiva come sferico, unico e chiuso dal cielo delle stelle fisse.

Un altro motivo per cui il sole era posto al centro dell'universo, secondo Copernico, ricorda le spiegazioni 'aprioristiche' della scienza antica: dovendo illuminare il cosmo, è soltanto dal centro di questo che esso può svolgere la sua funzione nel modo migliore.

Copernico era convinto che la sua teoria non fosse soltanto un'ipotesi matematica, ma la riproduzione esatta della struttura reale del cosmo.

Successivamente, Tycho Brahe, propose un modello ibrido, cioè a metà strada dei due opposti di Tolomeo e Copernico, dove tutti i pianeti ruotavano attorno al sole, ma il sole ruotava attorno alla terra, che rimane al centro dell'universo. Questo modello ebbe miglior accoglienza di quello copernicano perché, pur conservandone molti vantaggi matematici, era sostanzialmente conservatore per quanto riguarda la posizione della terra e quindi sembrava escludere ogni ragione di conflitto con le Sacre Scritture.

Soltanto nel 1600 con Keplero possiamo parlare di un modello eliocentrico giustificato da tre leggi che descrivono la forma dell'orbita dei pianeti attorno al sole, la loro velocità nei vari punti dell'orbita stessa e il loro tempo di rivoluzione.

Il fondamento della teoria di Keplero era che nell'universo la presenza di Dio fosse manifestata dall'ordine geometrico dei corpi celesti, per cui cercò nelle relazioni geometriche una spiegazione del moto dei cieli. Keplero ipotizzò che esistesse un rapporto tra i sei pianeti allora noti e i solidi platonici (cubo, tetraedro, ottaedro, dodecaedro, icosaedro). Egli elaborò un modello in cui questi cinque solidi erano posti uno dentro l'altro e tra essi rimena spazio per quattro sfere planetarie, mentre altre due sfere delimitavano l'intero e l'esterno del sistema.

Il sole era immobile al centro, mentre i pianeti gli ruotavano attorno, mossi da una qualche forza che inizialmente aveva attribuito all'anima motrice del sole o dei pianeti, ma che poi catalogò come semplice forza fisica.

Egli rimase sempre fedele al principio che l'oggettività del mondo è nella proporzione matematica implicita in tutte le cose e a questo principio è dovuta la scoperta maggiore di Keplero: le leggi dei movimenti dei pianeti.

Con Galileo la teoria eliocentrica riceve ulteriori conferme poiché, grazie all'utilizzo del cannocchiale, egli è in grado di fare osservazioni precise sui corpi celesti, ottenendo risultati mai raggiunti prima.   Galileo scopre quattro satelliti di Giove (Io, Europa, Ganimede, Callisto) che con Giove formano una specie di sistema solare e confutano così la teoria che l'unico sistema esistente fosse quello geocentrico; scopre le fasi di Venere, spiegabili soltanto se Venere ruota attorno al sole; infine con le macchie solari e la loro ciclicità, dimostra che il sole compie una rotazione su se stesso.

Con Galileo comincia quello che sarà chiamato Metodo Scientifico, cioè basato sull'osservazione e la verifica sperimentale delle ipotesi dei fenomeni naturali, per giungere all'elaborazione di una teoria.

Newton spiega qual è la forza che agisce sui pianeti obbligandoli a ruotare attorno al sole: essa è espressa dalla legge di gravitazione universale la quale afferma che "La forza gravitazionale con cui si attraggono due corpi è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza." Il sole perciò, costituendo il 99% della massa di tutto il sistema solare, esercita la sua forza gravitazionale su tutti i pianeti, i quali a loro volta la esercitano sui satelliti.

Nell'introdurre la gravità, lo stesso Newton riconobbe i limiti della sua teoria: egli infatti affermò più volte che stava tentando di calcolare gli effetti della gravità come forza universale e non di spiegare la natura della gravità stessa. Einstein dimostrò che la gravità è una semplice proprietà geometrica dello spazio/tempo. Partendo dal principio di equivalenza (che anche Newton conosceva ma non era riuscito a dimostrare) secondo cui la massa inerziale (che compare nella legge della dinamica F=ma) e la massa gravitazionale (che compare nella legge newtoniana F=Mm/d2 ) di un corpo sono coincidenti, egli elaborò la sua teoria della relatività generale che dimostrava tale principio.

L'intuizione creativa di Einstein prendeva forma da alcuni esperimenti mentali (Gedanken Experimenten) che egli immaginava non potendo realizzarli veramente e dovendosi dunque affidare all'immaginazione supportata dalle sue conoscenze.

In questo caso l'esperimento mentale di cui si servì è quello dell'Ascensore: considerando un ascensore immobile rispetto alla terra e sospeso dal suolo, ogni corpo all'interno è soggetto all'accelerazione di gravità g. Se l'ascensore precipitasse in caduta libera, ogni corpo all'interno galleggerebbe come privo di peso. Analogamente se l'ascensore fosse trasportato nello spazio da un astronave, in assenza di gravità, ogni corpo galleggerebbe comunque privo di peso; se poi l'astronave accelerasse verso l'alto, con un accelerazione -a=g, ogni corpo si comporterebbe come nel primo caso e avvertirebbe la gravità.

Questo implica che nel nuovo sistema di riferimento accelerato nasca un nuovo campo gravitazionale in grado, per così dire, di cancellare la gravità terrestre. Possiamo così affermare che ogni sistema di riferimento uniformemente accelerato [(ascensore accelerato dall'astronave) rispetto a un sistema inerziale(terra)]  in cui si annulla il campo gravitazionale è fisicamente equivalente a un sistema di riferimento non accelerato, e come tale inerziale,(ascensore immobile rispetto alla terra) nel quale esista un campo gravitazionale uniforme.

Conseguentemente tutte le leggi della fisica devono avere la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento, qualunque sia la loro condizione di moto e di quiete 

Secondo Einstein la gravità non è una forza, ma è una deformazione geometrica nello spazio/tempo dovuta alla presenza di una massa.

Lo spazio di cui parla Einstein è di natura astratta a quattro dimensioni di cui una è il tempo.

Immaginando lo spazio/tempo come un grande telo elastico, nel quale una massa imprime una deformazione, ci sono tre casi possibili, qualora un oggetto in movimento incontri tale deformazione.

!) Se la sua velocità è molto alta, viene deviato nella sua traettoria.

2) Se la sua velocità e troppo bassa, cade nella deformazione.

3) Se ha una velocità ben precisa, rimane in orbita attorno alla deformazione.

La curvatura dello spazio è misurata principalmente dalla massa, cioè dalla quantità di materia che esiste nello spazio.

Come afferma J.A.Wheeler "La materia dice allo spazio come incurvarsi e lo spazio dice alla materia come muoversi."

Alla luce di queste considerazioni, dunque, l'unica teoria plausibile è quella di Einstein?

Dobbiamo svalutare completamente la fisica Newtoniana?

No, perché , per quanto riguarda deboli campi di gravità, cioè piccole curvature dello spazio/tempo, possiamo avvalerci della teoria di Newton in quanto, pur essendo sbagliata concettualmente, è in grado di fornire risultati corretti.

Inoltre entrambe hanno il pregio di essere scaturite da una ricerca scientifica rigorosa e hanno valore proprio perché possono essere confutate.

Secondo Karl Popper, infatti, qualsiasi teoria scientifica per essere tale, deve essere soggetta alla falsificabilità, ovvero al rischio di essere confutata da ulteriori esperienze.

La teoria di Newton, che per secoli aveva ricevuto conferme, è stata alla base di un progresso scientifico (Relatività di Einstein) proprio perché confutabile.

Tutto ciò che non è criticabile, tipo i dogmi religiosi, non porta a una conoscenza scientifica, ma è valido solo per chi ha fede. Popper distingue tra scienze e pseudo scienze proprio basandosi sul principio della falsificabilità, poiché non è da ritenersi scientifico ciò che è verificabile, ma soltanto ciò che è confutabile. Tutte le conoscenze che non possono essere falsificate non permettono un effettivo accrescimento della conoscenza, perché non si prestano al processo per tentativi ed errori.

La scienza infatti avanza per tentativi ed errori, poiché l'uomo è portato a elaborare congetture quando si trova di fronte a un problema, le quali rimarranno valide fino al momento in cui una particolare esperienza non le metterà in crisi. Ciò che permette un avanzamento delle conoscenze dell'uomo non è tanto il fatto che un'idea - cioè la convinzione che si forma nella nostra mente in risposta a un problema - sia verificata dalle successive esperienze, quanto che essa sia falsificata. Infatti una teoria che venga falsificata si dimostra inadeguata a comprendere la realtà, e così l'uomo è costretto a migliorarla, proponendo una nuova teoria che, per quanto riguarda l'aspetto per cui la prima è stata falsificata, sarà migliore. Se invece una teoria viene verificata, il fatto che sempre nuove esperienze si accumulino, non è una prova che in futuro essa non possa essere falsificata da un'esperienza al momento non prevista.

Nella scoperta scientifica hanno un'importanza decisiva le convinzioni di fondo del ricercatore, a volte per nulla elaborate criticamente e forse addirittura neppure ben coscienti, oppure le singole osservazioni o criteri diversi tra loro ed è quindi un errore limitare la libertà di ricerca o costringerla dentro canali predeterminati. Quindi, se pur razionale in quanto oggettivamente criticabile, nella scoperta scientifica è possibile scorgere un aspetto creativo che la rende in parte arazionale e in questo paragonabile all'arte.

Eppure esiste una corrente artistica tutt'altro che irrazionale e che potremmo definire quasi scientifica: "Il Puntinismo".

Infatti, artisti quali G. Seurat e P. Signac studiano il 'comportamento' del colore sulla tela e basano le loro teorie su studi scientifici come quello messo a punto dal chimico Chevreul, il quale affermava che se si accostano due colori complementari, le qualità di luminosità di ciascuno vengono esaltate. A questo punto Seurat, sulla base di tali considerazioni, elabora una nuova tecnica pittorica consistente nell'accostamento di colori puri, tenuti divisi e stesi sotto forma di tanti puntini per rendere il tutto più luminoso; da qui il termine 'pointillisme'.

Una delle opere più note di Seurat è "Una domenica pomeriggio all'isola della Grande Jatte", realizzata tra il 1884 e il 1886 ed esposta per la prima volta alla Mostra degli Artisti Indipendenti nel 1886.

Per realizzare questo quadro si può dire che Seurat abbia seguito quasi un metodo scientifico, non solo nella stesura del colore, ma anche nell'elaborazione complessiva del disegno, grazie a una serie di studi preparatori ripesi dal vivo e realizzati poi in studio, contrariamente all'abitudine impressionista.

Il tema è però impressionista e rappresenta un gruppo di gitanti domenicali in riva alla Senna, ma il fatto che le figure siano immobili e appaiano quasi simili a manichini, lo allontana da tale movimento. Le figure sono collocate in modo geometrico e sono concatenate le une alle altre. Il quadro è diviso a metà dalla figura della donna con la bambina, che è anche l'unica figura frontale.

Seurat cerca l'armonia geometrica tra linee verticali, linee oblique e curve in cui potremmo scomporre il dipinto

Le regole che Seurat si era imposto non gli apparivano come un freno alla libertà dell'artista, poiché, come diceva David Sutter, uno dei teorici letti dal pittore, "la scienza libera da tutte le incertezze e permette di muoversi in assoluta libertà" e perciò "le regole, insiste nelle leggi stesse della natura, non ostacolano la spontaneità della creazione".