Scienza

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Gruppo di matematici e astronomi nella Scuola di Atene di Raffaello

Per scienza si intende un sistema di conoscenze ottenute attraverso un'attività di ricerca prevalentemente organizzata e con procedimenti metodici e rigorosi, allo scopo di giungere ad una descrizione, verosimile, oggettiva e con carattere predittivo, della realtà e delle leggi che regolano l'occorrenza dei fenomeni.

La scienza moderna si sviluppa in modo particolare a partire dalla rivoluzione scientifica del XVI secolo con l'accumulo di conoscenze nei più svariati ambiti del sapere. La storia della scienza descrive il loro sviluppo nel tempo.

L'insegnamento della scienza e la ricerca scientifica vengono praticati non solo nelle università, ma anche in istituti, enti di ricerca e imprese. Vi sono solide vocazioni accademiche, ma anche amatori che si dedicano soprattutto all'osservazione scientifica.

Etimologia

La parola scienza deriva dal latino scientia, che significa conoscenza. Fin dall'Illuminismo questa parola (e la sua origine latina) aveva il significato di qualsiasi sistematica o esatta registrazione della conoscenza. Di conseguenza la scienza, a quel tempo, aveva lo stesso tipo di significato dato alla filosofia, nel senso più ampio del termine. Per esempio si distingueva tra scienze naturali e scienze morali; in queste ultime si comprendeva anche la filosofia, e questo si rifletteva nella distinzione tra filosofia naturale e filosofia morale. Dal positivismo scienza indica propriamente ciò che chiamiamo scienze naturali.

Storia

L'interesse dell'uomo verso la comprensione dei fenomeni naturali nel mondo fisico va di pari passo con la storia stessa dell'uomo essendo infatti esistito sin dai tempi remoti preistorici con le scoperte primitive e sviluppatosi via via nel corso dei secoli a partire dalle civiltà del mondo antico (Greca, Romana, Egizia, Mesopotamica ecc...) con la cosiddetta filosofia naturale. Riflessioni sulla storia, sul senso, sulla validità e sulla portata delle conoscenze scientifiche sono espresse all'interno della filosofia della scienza.

Platone sostenne che la scienza fosse più valida delle rette opinioni perché legava queste ultime con ragionamenti causali, cioè retti dal principio di causa-effetto. Aristotele elaborò una teoria più articolata secondo la quale la scienza è conoscenza dimostrativa, cioè si conosce la causa di un oggetto, per la quale l'oggetto non può essere diverso da come è. Secondo gli Stoici, la scienza era la comprensione sicura, certa, immutabile, basata sulla ragione.

Riflessioni filosofiche sul metodo più consono da utilizzare e in generale sulla conoscenza empirica si hanno in tutto il Medioevo, sia in Occidente che in Oriente, trovando sbocco nel Rinascimento prima e poi definitivamente nel Seicento con la Rivoluzione scientifica e la formulazione ufficiale, del metodo scientifico, da parte di Galileo Galilei che pose le "dimostrazioni necessarie" sullo stesso piano delle "sensate esperienze". L'ideale geometrico della scienza dominò poi il pensiero di Cartesio e Isaac Newton stabilì il concetto descrittivo della scienza contrapponendo il "metodo dell'analisi" al "metodo della sintesi". L'empirismo esalterà poi il valore assoluto delle conoscenze empiriche aprendo la strada verso la scienza moderna attraverso gli effetti socio-economici delle rivoluzioni industriali e il pensiero positivista.

Claude Bernard enunciò che la semplice constatazione dei fatti non poteva mai costituire da sola una scienza; per istruirsi bisognava ragionare sulle osservazioni, paragonare i fatti e giudicarli con altri fatti aventi la funzione di controllo. Uno degli ultimi paradigmi è quello dello stabilimento di leggi scientifiche, comprendendo la natura delle leggi e il modo di stabilirle.

Descrizione

Le regole che governano il procedimento di acquisizione di conoscenze scientifiche sono generalmente conosciute come metodo scientifico. Gli elementi chiave del metodo scientifico sono l'osservazione sperimentale di un evento naturale, la formulazione di un'ipotesi generale sotto cui questo evento si verifichi e la possibilità di controllo dell'ipotesi mediante osservazioni successive, dirette in natura o attraverso la riproducibilità tramite esperimenti in laboratorio.

Uno degli elementi essenziali affinché un complesso (limitato o meno) di conoscenze possa essere ritenuto scientifico, come noto nell'ambito dell'epistemologia e della filosofia della scienza, è la sua possibilità di essere verificabile e falsificabile mediante un'opportuna procedura. Inoltre la scienza si propone spesso di pervenire a una conoscenza sia qualitativa che quantitativa dei fenomeni osservati estrapolando teorie interpretative dei fenomeni aventi capacità predittive.

Questo processo consente il raggiungimento di un corpo di conoscenze in qualche modo oggettivo, ovvero teoricamente verificabile da chiunque e ovunque, al contrario del sapere filosofico da cui la scienza prende origine distaccandosene sin dall'inizio. Inoltre, a differenza della filosofia, la scienza è per sua natura tendenzialmente cumulativa, ovvero ciascuna scoperta, una volta verificata, si aggiunge alle precedenti senza rigettarle mai completamente, fornendo al più teorie di validità più generale che ricomprendono le precedenti come caso particolare.

In senso più largo si è tentato di applicare il metodo scientifico anche alle cosiddette scienze umane (ad esempio psicologia, sociologia, storia, diritto e scienze politiche) incontrando però difficoltà nella sua applicazione, fra cui la riproducibilità del fenomeno osservato. Ciò nonostante anch'esse possono essere definite a buon diritto scienze intese come sistema di conoscenze. È invalsa però al riguardo la distinzione o dicotomia tra scienze dure, ritenute spesso scienze esatte come ad esempio le scienze sperimentali e quelle applicate, e scienze molli.

La scienza è strettamente legata alla tecnica e alla tecnologia dal momento che le conoscenze scientifiche sono prese a prestito dalle scienze applicate per la progettazione e realizzazione di oggetti, strumenti, opere e infrastrutture; viceversa la tecnica offre alla scienza strumenti di indagine scientifica (strumenti di misura e osservazione) sempre più avanzati, che consentono l'evoluzione delle conoscenze scientifiche. Scienza e tecnica sono dunque fattori indissolubili di parte del progresso della società noto come progresso tecnico e scientifico.

Obiettivi

Lo scopo ultimo della scienza è la comprensione e la modellizzazione della natura al fine di potere prevedere lo sviluppo di uno o più fenomeni. Ogni teoria scientifica sviluppa un modello che permette la rappresentazione matematica o, più in generale, razionale del fenomeno, al fine di potere fare delle previsioni. Esistono inoltre casi in cui lo sviluppo di un modello in un certo ramo della scienza può facilitare lo sviluppo di altri modelli in altri rami della scienza senza che questi siano necessariamente legati.

Nonostante le aspettative che si ripongono sulla scienza, compresi gli atteggiamenti scientisti, il suo obiettivo non è dare una risposta a qualsiasi domanda dell'uomo, né una soluzione a qualsiasi suo problema, ma solo a quelli pertinenti alle leggi che regolano le manifestazioni della realtà fisica, rimanendo estranea a qualsiasi problematica di tipo metafisico, ritenuta oltre i limiti possibili della conoscenza umana. Inoltre è importante la scelta di quali siano gli interrogativi ai quali la scienza debba rispondere.

La scienza inoltre non è in grado di dimostrare, né produrre, verità assolute, ma solo verosimiglianze, tramite la verifica coerente delle ipotesi sui diversi aspetti del mondo fisico; quando sia necessario, si rimette in discussione, rivedendo le sue teorie alla luce di nuovi dati e osservazioni.

Non ha la presunzione di descrivere in termini assoluti come la natura è, ma trae solo delle conclusioni in base all'osservazione della natura. Per esempio, lo sviluppo della meccanica quantistica agli inizi del XX secolo mostra che l'osservazione non è indipendente dagli eventi, e la scoperta della dualismo onda-particella ha modificato l'idea tradizionale sulla natura della luce e della materia.

Modelli scientifici, teorie e leggi

Nel linguaggio tecnico-scientifico contemporaneo termini come ipotesi, modello, teoria scientifica e legge hanno un preciso significato:

• un'ipotesi è un assunto non ancora supportato da verifiche sperimentali
• un modello è un'astrazione utile a fare delle previsioni sull'occorrenza di un fenomeno, che possono essere verificate mediante esperimenti e osservazioni
• una teoria è la spiegazione di un fenomeno che ha basi sperimentali così solide da poter essere assimilata a un fatto. Ciononostante vi sono eccezioni: nel caso della teoria delle stringhe, che corrisponde a un modello fisico estremamente utile, ci si trova di fronte a una teoria non ancora sostenuta da tali evidenze da poter essere ritenuta superiore ad analoghi modelli in competizione.
• una legge è una generalizzazione che ha valore assoluto nel suo ambito di applicazione.

Le teorie che nel tempo superano diverse verifiche sono considerate "dimostrate" in senso scientifico, ossia sono considerate modelli verosimili della realtà. Tali teorie possono comunque essere smentite (falsificate in gergo scientifico) in qualsiasi momento da un'osservazione in contrasto con esse, comprese quelle fino ad allora universalmente accettate e sostenute da molte osservazioni e dati sperimentali.

Le teorie scientifiche sono sempre aperte a revisioni, nel caso che nuove evidenze contraddicano le loro previsioni. La scienza non pretende di avere la conoscenza assoluta e definitiva di tutti i fenomeni, e persino i fondamenti di una teoria possono essere inficiati, se dati e osservazioni nuovi contraddicono quelli precedenti (falsificabilità di Popper).

La legge di gravitazione di Newton è un buon esempio di come la scienza evolva tramite quella che Popper definisce la falsificazione di una teoria. In condizioni di alta velocità e in presenza di forti campi gravitazionali la teoria newtoniana non riesce a descrivere correttamente i fenomeni osservati, nonostante che al di fuori di tali condizioni riesca a fornire previsioni valide. È quindi stato necessario introdurre il concetto di relatività e sviluppare una teoria rivoluzionaria al fine di comprendere tali fenomeni. Siccome la legge della relatività generale descrive anche i fenomeni compresi nella legge di Newton, essa è considerata una teoria migliore rispetto a quella newtoniana per descrivere la legge di gravitazione.

Lo sviluppo di nuove leggi e teorie è principalmente basato sull'acquisizione di dati più precisi. Come detto sopra, la legge della gravitazione di Newton è valida entro certi limiti e la si può quindi pensare come un'approssimazione di una legge più complessa. Tutte le nuove leggi o teorie sono sviluppate per comprendere i fenomeni non descritti dalle leggi o teorie precedenti, ma devono continuare a spiegare anche i fenomeni descritti dalle teorie precedenti. Per esempio la relatività generale deve ritrovare gli stessi valori della legge di gravitazione per condizioni di velocità basse e campi gravitazionali deboli. Il progresso della scienza è quindi tendenzialmente cumulativo: anche se nuove teorie dovessero rivoluzionarne le basi, le conoscenze acquisite fino ad allora rimarrebbero valide nel loro dominio.

Questo è un punto fondamentale per la comprensione della scienza: le nuove teorie inglobano le vecchie teorie come loro caso particolare, in un processo diretto a una sempre più ampia conoscenza del mondo fisico. In altri termini, le nuove teorie sono formulazioni più complete e raffinate delle vecchie, e per questa ragione descrivono fenomeni che le precedenti formulazioni non riuscivano a spiegare.

Classificazione delle discipline scientifiche

Le vie somatosensoriali sono presenti in tutto il corpo umano, ma vengono integrate nel cervello

Le discipline scientifiche sono comunemente suddivise in due gruppi principali: scienze naturali, che studiano i fenomeni naturali (compresa la vita umana) e le scienze sociali, che studiano il comportamento umano e la società. Questi raggruppamenti descrivono le scienze empiriche, cioè l'insieme delle scienze che basano le proprie conoscenze su fenomeni che devono essere osservabili e in grado di essere sottoposti a prove di validità da altri ricercatori che operino nelle stesse condizioni. Vi sono anche discipline correlate e che vengono catalogate come scienze interdisciplinari e scienze applicate, quali l'ingegneria e la medicina. Nell'ambito di queste ultime discipline, esistono campi scientifici specialistici che possono includere parti di altre discipline scientifiche, ma spesso possiedono una propria nomenclatura e competenze.

La matematica, che è classificata insieme alle scienze che impiegano un sistema formale, ha punti di contatto e nello stesso tempo differenze con le scienze empiriche (le scienze naturali e sociali). È simile alle scienze empiriche in quanto prevede uno studio obiettivo, attento e sistematico di un'area del sapere; differisce perché adotta un metodo di verifica delle proprie conoscenze, utilizzando una logica a priori piuttosto che metodi empirici. Le scienze che impiegano un sistema formale, tra cui la statistica e la logica, sono vitali per le scienze empiriche. Grandi progressi nelle scienze che adottano un sistema formale, hanno spesso portato a grandi progressi nelle scienze empiriche. Le scienze con un sistema formale sono essenziali nella formazione di ipotesi, teoria, e leggi, impiegate nella scoperta e descrizione di come avvengono i fenomeni (scienze naturali) e di come le persone pensano e agiscono (scienze sociali).

Scienza e matematica

Le definizione favorita di Bertrand Russell della matematica è: «un argomento del quale non sappiamo mai quello di cui stiamo parlando né se quello che diciamo sia giusto».

La matematica nasce come strumento creato dall'uomo per l'analisi e lo studio (quantitativo) della natura. La sua capacità previsionale rispetto a certi fenomeni ha posto la questione se la natura stessa non sia governata dalla matematica e l'uomo, in quanto parte della natura, non faccia altro che esteriorizzare tale conoscenza intrinseca (filosofia della matematica).

La questione può essere in parte risolta considerando che la ricerca scientifica si sviluppa per approssimazioni al fine di descrivere con sempre maggiore verosimiglianza i fenomeni osservati. Molto spesso si utilizzano tecniche di approssimazione (quali Serie di Taylor, serie di Fourier,...) che permettono di trovare equazioni lineari e/o polinomiali che interpolino i dati osservati e, in prima approssimazione, molti fenomeni possono essere studiati entro limiti prefissati attraverso equazioni estremamente semplici, di primo o secondo grado (rette o quadratiche), pur essendo governati da leggi anche estremamente complesse.

La matematica e la scienza si possono considerare distinte dalle osservazioni, le quali sono soggette alla variabilità delle misure, data dagli errori sistematici. La conoscenza della natura è quindi limitata dalla nostra capacità di misurarla. Applicando il metodo scientifico si analizzano le osservazioni e si derivano le formule matematiche che ne permettano la migliore descrizione: lo sviluppo di teorie scientifiche è basato sulla nostra capacità di analizzare i dati e a tale fine si sono sviluppate tecniche statistiche (funzioni di distribuzione) che permettono di ridurre l'incertezza dei dati e affinare le teorie a essi connesse.

La matematica però non è un mero strumento della scienza. Come la ricerca pura non è subordinata alla ricerca applicata, così la matematica lo è alla scienza e si sviluppa indipendentemente da essa. Lo sviluppo delle geometrie non euclidee ha per esempio preparato lo studio della curvatura nella relatività generale.

Scienza e filosofia

La filosofia della scienza è una disciplina della filosofia che si sviluppa in modo parallelo allo sviluppo della scienza. La sociologia della scienza è invece una disciplina della sociologia che accompagna la filosofia della scienza. Le questioni filosofiche più generali correlate con la scienza sono di natura:

• ontologica: se e in che senso si possa attribuire una realtà alle descrizioni scientifiche dei fenomeni e che tipo di cosmologia, cosmogonia e metafisica sia in accordo con tali descrizioni
• gnoseologica ed epistemologica: come la scienza può fornire delle conoscenze e a quali condizioni esse sono valide
• etica: le implicazioni morali della conoscenza scientifica e dell'uso delle tecnologie

Bibliografia

• Popper,Karl R., Logica della scoperta scientifica, New York, NY, Routledge Classics, 1959, ISBN 0-415-27844-9, OCLC 59377149.

Voci correlate

• Filosofia della scienza
• Esperimento
• Metodo scientifico
• National Science Foundation
• Protoscienza
• Pseudoscienza
• Problema della demarcazione
• Revisione paritaria
• Rivoluzione scientifica
• Storia della scienza
• Divulgazione scientifica

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• TerritorioScuola ODP Risorse sulle Scienze
• La filosofia della scienza di Karl Popper
• (EN) New Scientist
• (EN) United States Science Initiative
• (EN) Science and you
• (EN) La Scienza sta uccidendo l'anima? Una discussione tra Steven Pinker e Richard Dawkins
• (EN) Saggio di Richard: La Scienza è una Religione?
• Scienza in Tesauro del Nuovo soggettario, BNCF, marzo 2013.

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