La metafora nella fisica

Il processo cognitivo nella scienza è stato sempre accompagnato dalla figura retorica che permetteva, banalizzando, di esprimere concetti che altrimenti potevano esprimersi solo con la pura matematica

La scienza si fonda sulle prove sperimentali, sulle dimostrazioni analitiche, sui teoremi. Alla base della costruzione scientifica però c’è una grande costellazione di ragionamenti intuitivi.

Così come nelle arti e tante altre attività umane anche nelle scienze prima viene l’intuizione e poi si raggiungono le certezze. 

Un esempio fu quando Fermi e i suoi collaboratori scoprirono che i neutroni rallentati erano più efficaci a indurre la trasmutazione radioattiva di molti elementi.

La chiave della scoperta fu quella di sostituire nell’apparato sperimentale un mattone di piombo, utile a schermare i neutroni, con un mattone di paraffina. 

A seguito di questo cambiamento si osservò un aumento impressionante del segnale nei conduttori di radioattività. 

Amaldi, Pontecorvo, Rasetti e Segrè che lavoravano con Fermi rimasero stupefatti dall’intuizione e chiesero spiegazioni a Fermi su come avesse fatto a trovare questa soluzione. 

Al che Fermi rispose: << Con il mio formidabile intuito>>

Nelle scienze, nello specifico nelle scienze <<dure>>, non rimane traccia dei passaggi intermedi necessari per ottenere un risultato. Non siamo in grado di sapere che cosa abbia ispirato a uno scienziato una data idea. 

Uno strumento molto dibattuto, ma spesso utilizzato per semplificare il processo cognitivo dietro un’idea è la metafora.

Questa ha il ruolo decisivo nel trasferimento di immagini e di idee anche tra discipline diverse. 

Contaminazione tra le scienze

Un esempio di contaminazione tra le varie scienze è quello legato allo sviluppo della probabilità.  

Uno dei primi ambiti dell’impiego della probabilità è stata la statistica. Nell’ Ottocento economisti e sociologi hanno dato contributi importantissimi al calcolo della probabilità.

In maniera apparentemente indipendente Maxwell e Boltzmann hanno introdotto la probabilità e la statistica fisica a livello microscopico con lo scopo di comprendere i comportamenti collettivi.

Infine, negli stessi anni, viene formulato il meccanismo della selezione darwiniana: i caratteri genetici mutano in modo casuale e, successivamente, i caratteri mutati vengono selezionati. 

I dettagli tra tutte queste teorie sono molto diversi, ma i concetti fondamentali possono essere trasposti da un ambito all’altro quasi a far pensare, che tutti questi scienziati, potessero essersi contaminati a vicenda anche inconsciamente.

Storia della metafora nella fisica

Storicamente l’uso delle metafore nella spiegazione di argomenti scientifici fa capo ad Aristotele. 

Nella storia della fisica però numerosi sono stati gli esempi di scienziati che ne facevano uso.

Keplero utilizzava e creava costantemente numerose analogie per spiegare le proprie teorie come si può anche evincere da alcune sue corrispondenze.

 << Amo moltissimo le analogie, mie maestre fedelissime, a conoscenza di tutti gli arcani della natura.. e se ne dovrebbe fare buon uso nella geometria.. dove queste presentano agli occhi l’intera essenza della domanda>> .

(Keplero, citato in Vikers, 1984)

Maxwell addirittura quando fa riferimento all’analogia fisica o all’analogia formale nel suo lavoro o nei suoi scritti, la giustifica spesso come strumento temporaneo di ricerca. 

<< .. è un metodo che aiuta ad afferrare alcuni concetti o leggi in un ambito della scienza attraverso un concetto o una legge di differente ramo della scienza, e che guida la mente ad estrapolare quello schema matematico che è comune alla stessa idea nelle due scienze>>.

Il tema del linguaggio nella fisica del secolo scorso è un tema molto profondo. Come affermato da Leblond

<<Nessuna nuova idea nasce già ‘adulta’, ma la sua prima formulazione è intrinsecamente legata al linguaggio e ai modi di vedere del tempo in cui è nata>>.

Metafora e fisica quantistica

La metafora nel 1900, soprattutto per quel che riguarda la fisica quantistica, ha assunto due ruoli:

  • Aiuta il fisico a decifrare il rebus quantistico con strumenti classici 
  • Apre importanti discussioni sui limiti del linguaggio naturale. Sulla necessità di coniare nuovi termini che devono rinunciare ad avere un analogo classico.

Le metafore sono state spesso utilizzate in situazioni di crisi o accanite discussioni meta-scientifiche. 

In questo contesto sono famosissimi i dialoghi tra i fisici della scuola di Copenaghen durante la concettualizzazione della fisica quantistica. 

Per la scuola di Copenaghen la probabilità aveva un ruolo centrale, mentre Einstein, contrariamente, riteneva che la fisica dovesse essere deterministica.

Da qui la famosa frase di Einstein: << Dio non gioca a dadi>>, alla quale pare che Bohr abbia risposto: << Einstein smettila di dire a Dio quello che deve fare o non fare>>.

Un altro esempio dell’uso della metafora in momenti critici della fisica avvenne negli anni 50 dove si è visto che l’interazione debole violava la parità. 

Ci fu un enorme sconcerto ben riassunto dalla frase di Pauli:<< Non mi stupisco tanto che Dio sia mancino, ma piuttosto che Dio sia solo debolmente mancino>>.

La metafora non si sostituisce alla realtà

La metafora non si sostituisce alla realtà

E’ necessario fare una distinzione tra l’uso della metafora come strumento euristico e l’uso della metafora, come base del ragionamento, fino ad arrivare all’estremo in cui la logica è sostituita dalla retorica. 

A volte così facendo si generano dei mostri, come la sociobiologia, in cui argomentazioni e metafore biologiche vengono traslate, senza controllo, nel campo sociale. Così facendo teorie basate su ipotesi errate passano per veritiere.

In generale i fisici però risultano riluttanti all’utilizzo della metafora, anzi tendono a demolirla.

Questo può essere spiegato dicendo che il fisico è un matematico applicato. 

Traduce i fenomeni concreti in un linguaggio matematico, a volte un po’ sgrammaticato, dove rimangono solo i concetti fondamentali per comprendere il fenomeno.

Ad esempio osservando le onde del mare e il vento che sposta le spighe di un campo di grano si potrebbe essere tentati di affermare che l’andamento delle oscillazioni sia lo stesso.

In realtà le equazioni che descrivono i fenomeni non sono esattamente le stesse, ma appartengono alla stessa famiglia. 

Questo è quello che più viene ‘apprezzato’ nella fisica: la cross-fertilization. 

Ovvero dal momento in cui ci si rende conto che due campi della fisica molto diversi possono essere ascritti alla stessa struttura matematica avviene spesso un rapido avanzamento delle conoscenze.

E’ quindi piuttosto preferibile fare un tentativo di trasportare concetti dall’una all’altra disciplina. Un tentativo giustificato dalla comune corrispondenza delle stesse strutture matematiche.

<< In fisica e in matematica è impressionante la sproporzione tra lo sforzo per capire una cosa nuova per la prima volta e la semplicità e naturalezza del risultato una volta che i vari passaggi sono stati compiuti. Nel prodotto finito, nelle scienze come in poesia, non c’è traccia della fatica del processo creativo e  dei dubbi e delle esitazioni che lo accompagnano >>

(In un volo di storni, Giorgio Parisi, 2021).

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