Cos'è una teoria scientifica

In un viaggio  dei nostri tempi si hanno diversi tipi di compagni. Quelli accanto a te fisicamente, quelli a cui scegli di raccontare cosa fai in maniera telematica. In questi giorni discuto spesso con Dario di apsetti di ciò che vedo attorno a me e poi a volte le nostre conversazioni divagano e prendono strade inaspettate. Così capita quando mi viene chiesto come si possa distinguere una teoria scientifica da un'ipotesi.

Definire cosa sia una teoria scientifica non è cosa semplice e mi sento di poter dire che in alcuni ambiti in cui la ricerca sia davvero di confine, non è ovvio poter facilmente distinguere una teoria da una speculazione o un'ipotesi. Sono stati scritti vari libri sull'argomento e qui va solo il mio punto di vista che potrebbe essere non formalmente corretto o quantomeno non completo.

Partiamo dall'ovvio, che sappiamo già. Diciamo che una teoria scientifica deve soddisfare alcuni criteri.
Innanzitutto deve poter spiegare i dati presenti, già a nostra disposizione.
Secondo, deve poter fare delle predizioni. Terzo, deve essere verificabile.

I primi due punti possono sembrare banali, il terzo di meno. Sono tutti critici, in realtà.
La criticità sul primo punto credo derivi principalmente dalla accuratezza e dall'estensione dei dati in nostro possesso. Per esempio, la teoria della gravità di Newton spiega molto bene i moti dei pianeti e la caduta dei gravi terrestri. Però se andiamo a misurare la precessione del perielio di Mercurio, beh, questa non possiamo spiegarla con la teoria di Newton. Alla stessa maniera, il moto dei satelliti GPS si basa su calcoli la cui precisione deve essere così alta che la teoria di Newton non basta.
È una teoria sbagliata? no. È piuttosto come un vestito che ti sta bene fino ad un certo punto. c'è da aspettarsi che ogni teoria fisica raggiunga un punto in cui si rompa. Ossia che ci siano nuove osservazioni che la teoria non può spiegare. Di conseguenza, dobbiamo preparare un abito migliore, più accurato, ossia una nuova teoria. Già, ogni teoria strutturalmente deve trovare un punto in cui non vada più bene, in cui non sia più sufficiente, ed è lì che la scienza poi riesce a fare passi in avanti, laddove trova una domanda a cui non riesce a rispondersi e identifica una strada per cercare tale risposta. La realtà è sempre più complicata della descrizione che possiamo darne.

La criticità del secondo punto è che le predizioni devono essere fatte come conseguenza logica della conferma dei dati osservati, ossia del punto 1.
Per esempio, non posso dire che se aggiungo alla teoria di Newton la presenza di un elefante gigante che sposta il perielio di Mercurio allora la teoria è completa, semplicemente perché non c'è consequenzialità logica con il resto della teoria. Un elefante nello spazio potrebbe anche esistere, ma da dove la prenderebbe l'energia per spostare il perielio di Mercurio? e quali altre conseguenze avrebbe la sua presenza? rispondere a queste domande può garantire che ci sia una sorta di logica.

La criticità del terzo punto è più delicata ancora, perché la teoria non può preoccuparsi del poter avere a disposizione gli stumenti e le metodologie per compiere tutte le misure necessarie a verificare le predizioni fatte. Se parliamo dei buchi neri, ad esempio, le teorie che fanno delle predizioni a tal proposito lo fanno proprio cercando di andare in continuità con quello che si sa del resto dell'universo. Tuttavia i buchi neri, pur appartenendo al nostro universo, ne sono in un qualche modo distaccati, isolati. Le leggi della fisica lì dentro potrebbero effettivamente essere diverse. In questi ambienti estremi la libertà di formulare teorie strampalate in un certo senso si allarga, come può diventare più sottile il confine tra ipotesi, speculazione, teoria.
Altri esempi di domande estreme sono
1. Chiedersì cosa c'era prima del Big Bang, ossia oltre la radiazione cosmica di fondo
2. Chiedersi se c'è un multiverso, ossia l'esistenza contemporanea di altri universi o l'esistenza dello stesso universo con realizzazioni diverse parallele nel tempo
3. Chiedersi se viviamo in una simulazione numerica

Molte teorie quindi sono non necessarie o strampalate, ma comunque si basano su un qualche fondamento matematico. La comunità scientifica ne accetta alcune, ne rifiuta altre, e non è detto che faccia decisioni giuste. Alcune teorie sono rifiutate sulla base dell'essere formulate da gente che si sveglia la mattina e si sente di dire che dentro un buco nero c'è questo o quello. Non funziona così.
Altre teorie sono rifiutate perché magari portate avanti da scienziati che non hanno buone connessioni politiche (si, succede abbondantemente anche in scienza)
Altre ancora non sono considerate perché non di moda, per qualche ragione.
In generale una teoria troppo complicata viene sempre messa in secondo piano rispetto ad una molto più semplice.
Ricordiamo sempre la frase di Einstein che diceva qualcosa del tipo: Rendi una teoria il più semplice possibile, ma non troppo semplice.
Oppure la frase di von Neumann ripresa poi da Fermi per criticare un lavoro di Freeman Dyson: utilizzando tre parametri posso mettere un elefante in una stanza, e con 4 parametri posso farlo ballare.
Il principio da seguire, nello scegliere tra una teoria e l'altra in genere è il rasoio di Occam, ossia tra due teorie che spiegano la stessa cosa, bisogna preferire la più semplice.

Non so quanto sia riuscito a rispondere ma lo sto facendo in treno mentre torno da New Haven a New York e la domanda non è delle più semplici. Forse farei prima a suggerire la lettura di qualche libro di scienza che spieghi la cosa in maniera sistematica. Anzi, forse dovrei rileggerli pure io e trovarne anche di nuovi.

 

PS: Che bello ricevere questo tipo di domande e provare a scrivere una risposta. Mi fa sentire il cervello che si attiva invece di starsene in letargo.