Cosa si intende per "teoria" in fisica

          Quando in fisica parliamo di teoria (ad es. “teoria della gravitazione”, “teoria della relatività”, “teoria della cromodinamica quantistica”,ecc…) si intende una costruzione del pensiero umano volto a rendere ragione di un determinato fenomeno fisico o di una intera classe di fenomeni: il linguaggio di tale costruzione è di tipo matematico. La teoria per essere accettata deve essere in buon accordo con i risultati degli esperimenti e possibilmente deve prevedere e spiegare dei fatti nuovi. Per fenomeno fisico si intende un particolare evento che succede nel mondo fisico, ossia quel mondo che vediamo e tocchiamo, il mondo materiale insomma nel quale possiamo fare delle misure. E’ solo l’esperimento quantitativo che ci permette di validare o meno una certa teoria fisica.

     La fisica e' una scienza eminentemente sperimentale. Ciò significa che le varie ipotesi, leggi, teoremi, vanno sempre esaminati al vaglio della esperienza, e una qualunque proposizione non acquista significato se non nella misura in cui può essere usata per determinare e descrivere il comportamento di un reale sistema fisico.

     Ora occorre sottolineare un punto fondamentale, che spesso viene dimenticato: le leggi della fisica non si riferiscono mai al mondo reale, ma hanno sempre per oggetto un universo ideale che, per di più, può essere diverso per leggi diverse.

     Ciò deriva dal fatto che il mondo reale e' troppo complicato per essere descritto e studiato in maniera completa e reale. Si pensi, ad es., al semplicissimo fatto di lanciare per aria un sasso; che poi va a ricadere sul pavimento. Nella realta' sul sasso agiscono numerosi e non sempre ben definiti agenti: la forza di gravita', la resistenza dell'aria - che può' variare da istante a istante a seconda delle varie sezioni che il sasso, rivolvendosi nel suo moto, offre all'urto col mezzo; di più al momento dell'urto col suolo si avrà un parziale cedimento e del sasso e del pavimento. Onde d'urto di vario genere si propagheranno in entrambi, riflettendosi e interferendo fra loro, e cosi' via. Impossibile analizzare quantitativamente un tale insieme di fatti.

     Ora, il fisico sa, perche' glielo insegna l'esperienza (la ragione sottomessa all’esperienza!), che la maggior parte di questi avvenimenti hanno una importanza relativamente piccola nel quadro del fenomeno globale di "sasso lanciato che rimbalza". Egli dunque li trascurerà' e si limiterà a considerare solo gli elementi principali (quali la gravita', ed eventualmente la resistenza dell'aria, opportunamente schematizzata con una forza di tipo viscoso.

     Per questi elementi esistono leggi precise, ed il problema potrà essere trattato e risolto: ma il problema ora non descrive più qualcosa di reale, ma descrive un oggetto ideale (corpo sferico rigido) che si muove in un ideale campo di forza (g =cost) attraverso un mezzo ideale, continuo e omogeneo ad esempio ipotizzando una forza viscosa di resistenza proporzionale alla velocità (la cosiddetta forza di Stokes: f = - 6 π η r²v ), mentre in altre situazioni si dovrà ipotizzare una forza viscosa proporzionale al quadrato della velocità. Se questa situazione ideale esistesse, la soluzione trovata la descriverebbe esattamente.

     Per quanto riguarda la situazione reale, la soluzione la descrivera' solo approssimativamente e l'approssimazione sarà' tanto migliore quanto più' il modello ideale che ci siamo costruiti somiglia alla realta'.

     Così si esprime a tal proposito Mario Rigutti nel suo bel libro “Cento miliardi di stelle”: “ È lecito supporre che tutte le conseguenze di una teoria abbiano riscontro nella realtà? Certamente no. Nella storia della scienza molte teorie sono cadute e sono state superate proprio perché portavano a conseguenze poi contraddette dai fatti. La teoria della relatività è, in effetti, una delle più belle cose inventate dall'uomo; senza di essa molti fenomeni resterebbero inspiegati e molte sue previsioni hanno trovato riscontro nell'esperienza. Questo, però, non significa ancora che ogni possibile previsione della teoria debba effettivamente realizzarsi. Bisogna dimostrarlo.

     Non basta, cioè, che una cosa sembri ragionevole o assurda perché sia lecito accettarla senza discussione o, rispettivamente, senza discussione non prenderla in considerazione. Perché altro è il senso comune, altro il suo riscontro nella realtà. Nel nostro cuore, per esempio, siamo tutti tolemaici, e la Terra è ben ferma. Siamo tolemaici anche nel linguaggio: il Sole s'alza in cielo, la Luna tramonta, le stelle sorgono, e così via. La nostra ragione, invece, sorretta anche da fatti sperimentali, ci fa certi, contro ogni apparenza, del contrario. Ma provate a parlare di questa faccenda con la gente più semplice: troverete miliardi di persone tolemaiche, e non soltanto nel cuore!. Quindi andiamo piano col senso comune.

     Occorre, pertanto, non scartare le conseguenze "strane" di una buona teoria, ma metterle alla prova. Per quanto riguarda il nostro discorso, molti teorici, ovviamente dopo aver fatto i loro bravi calcoli, accettano la soluzione del buco nero soltanto come una delle possibili soluzioni; altri preferiscono cercare soluzioni diverse. Questo non deve sembrare assurdo. Se avete capito che cosa significhi una teoria, non vi dovete sorprendere per eventuali difformità di idee tra i ricercatori. Altro è fotografare un oggetto, altro è costruire un modello per render conto della realtà fisica. Con un certo modello, cioè con certe regole e certe leggi, si possono spiegare un certo numero di cose e certi dati di osservazione. Ma quelle regole e quelle leggi potrebbero non spiegare tutti i possibili fatti, le loro estreme conseguenze potrebbero non essere verificate in natura, o altre relazioni potrebbero essere immaginate per spiegare in modo diverso le cose. Specie quando siamo alla frontiera delle conoscenze.

     Ricordiamoci, soprattutto, che la costruzione di una teoria è sempre un’invenzione non una scoperta di cose esistenti in natura Un modello non coincide con la realtà; è, al più, una sua approssimazione. Se non fosse così, se le teorie non dipendessero dall'uomo che agisce, e pensa, e crea nuovi strumenti di indagine sperimentale e teorica, come minimo la storia della scienza dovrebbe registrare soltanto un continuo arricchimento, senza ritorni su affermazioni già accettate. E invece ce l'ha, perché la scienza è essenzialmente interpretazione e modellistica”.

     Come è noto sul mondo spirituale non è possibile fare delle misure ( non è possibile misurare quanto amore portiamo alla nostra mamma, non è possibile misurare o fare esperimenti sulla nostra capacità di giudizio, sulla nostra intelligenza, non è possibile misurare il grado di sincerità verso noi stessi e gli altri, ecc..) occorre un altro metodo di ragionamento per indagare tale sfera, occorre usare la ragione in altro modo, che sia cioè adeguato all’oggetto da indagare.

     Secondo Zichichi vi sono tre tipi di leggi fisiche, che chiama di primo, secondo e terzo livello.

     Sono teorie fisiche di primo livello – di cui i Discorsi di Galilei sono l’atto di nascita – quelle che oltre ad avere il rigore matematico si basano su esperimenti riproducibili, è altrimenti detta “scienza galileiana”.

     Sono teorie fisiche di secondo livello quelle che si riferiscono ai fenomeni su cui non possiamo avere controllo diretto: è il dominio dell’Astrofisica. Se qualcuno avesse dei dubbi sulla evoluzione stellare non potremmo verificare le risposte a quei dubbi accendendo o spegnendo una stella!

     Sono teorie fisiche di terzo livello quelle che si riferiscono a fenomeni che avvengono o sono avvenuti una volta sola, è il caso della nascita dell’Universo, la teoria del Big Bang si riferisce ad un fenomeno che è avvenuto una volta sola e che non possiamo quindi riprodurre. Deve essere chiaro che le teorie di secondo e terzo livello devono basarsi sulle leggi di primo livello e le leggi fondamentali della natura che conosciamo sono esattamente di primo livello, cioè rigorosamente espresse tramite il linguaggio matematico e riproducibili nei risultati degli esperimenti.

     Quindi quando sentiamo parlare di teoria fisica non dobbiamo lasciarci influenzare dal significato che tale parola assume del linguaggio quotidiano, come di qualcosa di aleatorio, di poco concreto, che ha a che fare solo con il mondo delle ipotesi: “In teoria questa cosa dovrebbe essere così, ma in pratica…”; come spesso succede nelle scienze esatte alcuni termini assumono dei significati propri e ben definiti che chi è poco avvezzo alle letture scientifiche potrebbe equivocare. Dunque attenzione ai significati delle parole osservando e discriminando l’ambito entro il quale vengono pronunciate.


Giancarlo Buccella