Filosofia della scienza appunti

Appunti di Filosofia della scienza (II)

Lakatos: la metodologia dei programmi di ricerca scientifici

Imre Lakatos è un filosofo della scienza di origine ungherese (con una vita abbastanza breve, 1922-1974, ma anche abbastanza avventurosa) che negli anni ’60 divenne allievo di Karl Popper e in seguito suo successore alla London School of Economics.

Lakatos ha chiamato metodologia dei programmi di ricerca scientifici (Msrp, methodology of scientific research programmes) la sua teoria della scienza. Questa teoria utilizza alcune delle intuizioni di Popper, ma ne accantona o modifica altre (Popper stesso la respinse con decisione), affronta esplicitamente il problema di Duhem e traduce alcune delle tesi di Kuhn in un differente contesto. Ecco allora quali sono gli aspetti essenziali della Msrp.

• L’“unità di analisi” più adatta per la filosofia della scienza non è la singola teoria ma un intero programma di ricerca.

• Un programma di ricerca è una serie di teorie successive T1, …, Tn (ognuna delle quali si può anche chiamare una versione del programma) che hanno tutte in comune un certo numero di ipotesi fondamentali chiamato nucleo del programma.

• Le diverse versioni del programma, però, contengono anche (d’accordo con Duhem) un certo numero di ipotesi aggiuntive che permettono di dedurre previsioni controllabili. Lakatos chiama l’insieme di queste ipotesi “cintura protettiva” del programma, perché è su queste ipotesi che gli scienziati impegnati a lavorare entro un certo programma di ricerca “dirottano” il modus tollens (la falsificazione) cercando di risolvere i problemi del programma stesso senza abbandonare le ipotesi del “nucleo”. Dunque alcune delle ipotesi che fanno parte della “cintura protettiva” vengono accantonate e sostituitenell’avvicendamento delle diverse versioni del programma.

• Infine, un programma di ricerca è dotato di quella che Lakatos chiama una “euristica”: un insieme di regole, indicazioni, strategie e tecniche che guidano i suoi esponenti nell’elaborazione di nuove versioni in base a un piano di lavoro coerente e (in parte) prestabilito. L’idea di Lakatos è che quando un programma di ricerca viene fondato alcune fonti di problemi e alcuni percorsi per la loro possibile soluzione vengono in qualche modo anticipati. Proporre nuove versioni del programma seguendo tali percorsi significa restare fedeli allo “spirito” del programma stesso, e non ricorrere all’introduzione di ipotesi che risultano esser “sconnesse” con il suo nucleo.

[vale la pena di indicare queste approssimative identificazioni:

• “nucleo” + “euristica” (Lakatos) » “paradigma” (Kuhn)
• articolazione e revisione della “cintura protettiva” (Lakatos) » scienza normale /

soluzione di rompicapi (Kuhn)]

Che cos’è e come funziona allora la scienza per Lakatos?
La storia della scienza è la storia dei programmi di ricerca scientifici, di come essi nascono, di come competono e di come si susseguono. È possibile (nello spirito del lavoro di Popper e contro le conlusioni di Kuhn e Feyerabend) fornire, nonostante tutto, una teoria di come questo avviene in base a criteri generali e razionali? Secondo Lakatos, sì.

Ricordate che secondo Kuhn c’è scienza solo se c’è un paradigma accettato, che permette ai ricercatori di impegnarsi nell’attività di “soluzione di rompicapi” che è caratteristica della “scienza normale”. D’altra parte, secondo Popper, un teoria è scientifica solo se è falsificabile. Per Lakatos un programma di ricerca nasce quando emergono il suo “nucleo”, la prima versione della sua “cintura protettiva” e la sua euristica. In quest’ottica si può dire che, in un certo senso, hanno ragione sia Popper sia Kuhn. Infatti, se la congiunzione del nucleo e della cintura protettiva non dà luogo a una teoria falsificabile, allora non potrà emergere nessun “dato anomalo” da affrontare attraverso la modifica della cintura protettiva e l’elaborazione di nuove versioni del programma, cioè precisamente attraverso ciò che Kuhn chiama “scienza normale”.

Ma non basta. Lakatos ritiene di poter risolvere molte altre questioni, fra le quali anche il problema di Duhem. In particolare Lakatos sostiene che una versione Tn+1 di un programma è migliore della precedente Tn (della quale è una modificazione) o, anche, che l’abbandono di Tn e l’accettazione di Tn+1 è razionale o che è uno slittamento progressivo del programma se e solo se le seguenti condizioni sono soddisfatte:

• Tn+1 ha del contenuto empirico addizionale rispetto a Tn, cioè fa delle nuove predizioni che Tn non faceva (criterio per la progressività teorica);
• qualcuna delle nuove predizioni di Tn+1 viene confermata (criterio per la progressività empirica);
• Tn+1 è stata creata nel rispetto dell’euristica del programma (criterio per la progressività euristica).

Dunque quel che conta perché un programma di ricerca progredisca è che ci siano fatti nuovi predetti con successo dalle sue successive versioni (in accordo con l’euristica). È molto probabile che ognuna delle successive versioni di un programma sia falsificata e addirittura che lo sia fin da quando viene proposta. Persino quando la prima versione di un programma emerge, è tipico che ci siano dei dati che non vi si accordano che sono già noti e molto spesso è già possibile ipotizzare da dove salteranno fuori ulteriori difficoltà. Per Lakatos, diversamente che per Popper, questo non è un problema: finché il loro programma produce slittamenti progressivi, è perfettamente razionale che gli scienziati ignorino le anomalie che non hanno (ancora?) una soluzione.

Infine, Lakatos affronta il problema kuhniano (e già duhemiamo) delle rivoluzioni scientifiche. Se un programma di ricerca non ha nessun serio concorrente, l’unica cosa da fare è cercare di migliorarlo meglio che si può. Ma nella scienza è tipico che diversi programmi competano. Quando è razionale smettere di modificare i dettagli di uno dei due, chiamiamolo P, e abbandonarlo del tutto, insieme con il suo “nucleo”? Quando il programma concorrente spiega progressivamente tutti i fatti che P spiega e qualche cosa in più. Se è così, si dirà che P è stato superato (supeseded) dal programma concorrente.

Come si vede, a contare in questa prospettiva non sono affatto le falsificazioni, ma le conferme. Non tutte le conseguenze di una teoria, però, rappresentano delle genuine conferme. Si tratta solo di un tipo molto particolare: il verificarsi di fatti “nuovi” che la teoria predice (in seguito dovremo tornare sulla nozione di fatto nuovo).

Tra l’altro, eliminando il ruolo svolto dalle falsificazioni, Lakatos si oppone a tutte le teorie della “razionalità istantanea” (com’è appunto ancora quella di Popper). Nessun “esperimento cruciale” annienta una teoria in un sol colpo e rende irrazionale la decisione di continuare a lavorarci. Quando a un’anomalia viene assegnato il “titolo onorifico” di esperimento cruciale falsificante (come, per esempio, all’esperimento di Michelson sull’etere), questo avviene sempre a posteriori (talvolta decenni o persino secoli dopo la sua scoperta!) quando ormai il programma di ricerca che essa avrebbe dovuto abbattere è già stato superato da un programma rivale.

Alcuni esempi dovrebbero servire a chiarire le idee.

“Slittamenti” progressivi e regressivi all’interno di un programma

• La scoperta di Nettuno

Nel 1781 F.W. Herschel osserva un corpo celeste che viene ben presto identifcato con un nuovo pianeta del sistema solare e chiamato Urano. Nei decenni successivi gli astronomi newtoniani si impegnano nel calcolare la traiettoria di Urano assumendo fra le condizioni iniziali una descrizione di quella che al tempo si riteneva fosse la struttura del sistema solare (numero, masse, posizioni e velocità degli altri corpi celesti noti). Ben presto fu chiaro che Urano non veniva avvistato nelle posizioni che si erano previste assumendo che il pianeta effettivamente seguisse le traiettorie che gli astronomi avevano calcolato sulla base delle loro assunzioni. Si presentava quindi una tipica situazione “duhemiana”: gli avvistamenti del pianeta (della cui correttezza nessuno degli studiosi coinvolti dubitava) erano in contraddizione con le previsioni e dunque falsificavano almeno una delle ipotesi coinvolte nella deduzione di quelle previsioni. D’altra parte, restava da decidere quale di queste ipotesi dovesse essere modificata.

Il mondo degli astronomi dell’epoca (che era completamente dominato dal programma di ricerca newtoniano) reagì in modo molto simile a quello che la Msrp di Lakatos suggerisce. La possibilità di scartare come falsificata la meccanica newtoniana nel suo complesso ed elaborarne una del tutto nuova non venne mai presa in seria considerazione. La proposta più audace venne dall’allora astronomo reale britannico, George Airy, che proponeva di accomodare i dati attraverso una “leggera modifica” della legge di gravitazione universale. Uno dei protagonisti della nostra storia, il francese U.J. LeVerrier, considerava però una modifica di questo genere “una risorsa estrema alla quale non vorrei ricorrere finché tutte le altre potenziali cause del disaccordo [fra i dati e la teoria newtoniana] non fossero state indagate e respinte”. In effetti la modifica che Airy suggeriva sarebbe stata in disaccordo con l’euristica del programma newtoniano che suggeriva di conservare le leggi di Newton e di tentare di accomodare ogni “perturbazione” nel moto dei corpi celesti attraverso il riferimento all’azione meccanica o gravitazionale di masse che non erano state precedentemente prese in considerazione.

Nel 1845, uno studente di Cambridge di nome John Adams conclude i calcoli atronomici sui quali stava lavorando e li invia all’osservatorio di Greenwich perché Airy li controlli. Adams aveva ipotizzato che il problema dell’orbita di Urano potesse essere risolto sostituendo (fra le condizioni iniziali) l’ipotesi che Urano fosse il più esterno di un insieme totale di sei pianeti con l’ipotesi che vi fosse un settimo pianeta al di là di Urano e la cui massa e traiettoria fosse tale da influenzare il moto di Urano proprio nel modo che risultava dalle osservazioni astronomiche. Adams propone quindi la sostituzione di una versione del programma newtoniano, chiamiamola Nk, con una sua differente versione Nk+1. Sulla base delle sue ipotesi, Adams calcola dove (e quando) dovrebbe essere possibile avvistare il nuovo pianeta. Airy, però, non dà molto peso al lavoro di Adams e non si prende la briga di controllare le sue previsioni.
Nel 1846, però, Le Verrier giunge indipendentemente da Adams alle sue stesse ipotesi e alle sue stesse conclusioni. A questo punto la caccia a Nettuno parte sul serio, e nello stesso anno il pianeta viene effettivamente avvistato.

La sostituzione di Nk con Nk+1 rappresenta un chiaro esempio di “slittamento progressivo” di un programma di ricerca nei termini di Lakatos: 1) Nk+1 accomoda dati che confutano Nk+1 producendo allo stesso tempo una nuova sorprendente previsione: l’avvistamento di un nuovo pianeta; 2) la previsione viene confermata; 3) l’euristica (lo “spirito”) del programma viene rispettata.

La scoperta di Nettuno venne considerata “la prova più straordinaria della validità della teoria della gravitazione universale” e “uno dei più grandi trionfi dell’astronomia teorica”. Un altro scienziato dell’epoca, Nichol, si espresse, a seguito della scoperta, in termini che danno un’idea molto chiara dello sviluppo di un programma di ricerca: “non ci è mai permesso di mettere in discussione l’universalità di leggi che, nella nostra precedente esperienza, non hanno mai fallito fino a che ogni altra possibilità per il superamento delle difficoltà non si sia dimostrato inefficace. Se la legge di gravità deve essere messa in discussione, allora, il momento di farlo non è all’inizio dell’analisi di una difficoltà, ma solo dopo che abbiamo controllato ogni circostanza che, lasciando la legge intatta, può influenzare i modi in cui essa opera e dunque solo dopo che abbiamo dimostrato che si presenta come una confutazione non può essere semplicemente uno delle sue conseguenze meno evidenti”.

• Scienza e pseudo-scienza: il caso del marxismo

Ho già segnalato brevemente che la Msrp di Lakatos sembra in grado di “sintetizzare” i punti di vista di Kuhn e di Popper su che cosa la scienza sia e di risolvere in questo modo alcune tensioni e difficoltà. In particolare, abbiamo visto che per Lakatos se una teoria non assume una forma falsificabile non può dare origine a un programma di ricerca. Infatti, se la teoria non è falsificabile, non può avere dati recalcitranti e non si pone nemmeno il problema della produzione di slittamenti progressivi che risolvano le sue difficoltà mantenendo intatto un certo “nucleo” teorico. Ma i casi storicamente più interessanti non sono quelli delle teorie che non sono e non sono mai state scientifiche, bensì quelli di programmi di ricerca che, a un certo punto della loro storia, hanno smesso di essere scientifici, hanno perso il loro carattere di scientificità. Vediamo un esempio classico.

Per Popper uno dei casi paradigmatici di pseudo-scienza è il marxismo. Se si guarda l’indice per argomenti alla fine di uno dei suoi libri più importanti (Congetture e confutazioni) si trovano, però, fra molte altre, due voci: 1) “marxismo – reso inconfutabile” e 2) “marxismo – confutazione del”. In effetti, nei suoi lavori Popper sostiene sia che il marxismo è inconfutabile e , perciò, non scientifico, sia che esso è stato confutato. Ma naturalmente, nella filosofia della scienza di Popper, solo se una teoria è scientifica può essere confutata! Dal momento che Popper parla del marxismo come di una teoria, tutto questo discorso sembra molto confuso e difficile da seguire.

Per Lakatos, invece, il marxismo va considerato come un programma di ricerca. Nelle sue prime versioni, esso era perfettamente falsificabile e scientifico: prevedeva il graduale e drastico impoverimento di tutta la classe lavoratrice, prevedeva che la prima rivoluzione socialista avrebbe avuto luogo in uno dei paesi industrialmente più sviluppati (come l’Inghilterra), prevedeva che la società socialista sarebbe stata senza lotte e rivoluzioni, che non ci sarebbero state guerre e tensioni fra stati socialisti, ecc. Queste previsioni erano audaci, ma si rivelarono false. A questo punto, le prime versioni del programma vennero sostituite da versioni successive che spiegavano il fallimento di quelle previsioni, spiagavano, per esempio, il benessere diffuso nei paesi capitalisti attraverso l’introduzione di una “teoria dell’imperialismo”, spiegavano le insurrezioni di Berlino 1953, Budapest 1956, Praga 1968, gli scontri fra Russia e Cina, ecc. ma nessuno degli slittamenti del programma è risultato essere progressivo, nessun nuovo fatto è stato predetto con successo. Diversamente dal programma newtoniano, che ha “anticipato” numerosi fatti, quello marxista ha sempre dovuto rincorrerli.

Un programma di ricerca che “degenera” in questo modo, non riuscendo a produrre sue ramificazioni progressive e assumendo come sue successive versioni teorie che non costituiscono un miglioramento di quelle precedenti, in breve un programma che incorre sistematicamente in slittamenti regressivi smette di essere scientifico, di appartenere alla storia della scienza.

Alla luce di quanto detto dovrebbe essere possibile riconsiderare i casi che abbiamo considerato problematici per il falsificazionismo (Galileo e la torre, ecc.) e valutare se hanno dato luogo a slittamenti progressivi o meno nel contesto dei rispettivi programmi di ricerca.
[questo verrà in parte fatto a lezione]

Progresso attraverso le rivoluzioni:
competizione e superamento fra programmi diversi

• Le fasi di Venere

Già nel De revolutionibus pubblicato nel 1543 e che inaugura il moderno eliocentrismo, Copernico aveva osservato che se Mercurio e Venere “fossero sotto il Sole […] rifletterebbero la luce ricevuta in alto, vale a dire in direzione del Sole, come vediamo nel caso della Luna nuova o calante”. Copernico sta traendo dal suo sistema astronomico la previsione di un fatto che non era mai stato considerato né osservato: che, osservati dalla Terra, alcuni pianeti mostrino delle fasi, come quelle lunari. Venere, in particolare, poteva essere osservato abbastanza agevolmente dagli astronomi del tempo. Per qualche decennio l’argomento delle fasi di Venere, che erano attese dai copernicani ma non osservate a occhio nudo, era considerato un argomento contro il sistema copernicano.

Nel 1610, però, Galileo con il suo cannocchiale riesce a osservare le fasi di Venere, confermando la previsione. La mancata osservazione delle fasi di Venere (che valeva chiaramente come una falsificazione del loro programma) non aveva certo scoraggiato i copernicani, ma la conferma di quella previsione viene considerata decisiva. Perché? Perché i tolemaici non furono in grado di offrire una spiegazione dello stesso fatto (che il loro programma non prevedeva) attraverso uno slittamento progressivo. La fasi di Venere costituirono dunque uno dei fattori decisivi per i quali il programma di ricerca copernicano superò quello tolemaico.

• La cometa di Halley

Quando la teoria di Newton fece la sua comparsa (con la pubblicazione dei Principia nel 1687) fra i principali critici e avversari del suo programma di ricerca c’erano gli esponenti della fisica cartesiana le cui posizioni erano prevalenti in Francia e restarono tali per qualche tempo. Per circa un secolo dopo l’apparizione dei Principia l’Accademia di Francia bandì annualmente un premio per chi fosse riuscito a confutare le teorie dei newtoniani. Ne furono assegnati una dozzina, dopodiché accadde qualcosa.

Newton aveva un allievo che si chiamava Edmond Halley. Già intorno al 1695 Halley incominciò a lavorare all’applicazione al moto delle comete dei principi della teoria di Newton. Ai tempi riguardo alle comete esistevano sostanzialemente due teorie. Secondo la prima, molto antica e popolare, è Dio stesso a inviare le comete con la loro caratteristica coda per segnalare che è in collera e che un disastro è imminente. (Nel 1755 la città di Lisbona fu colpita da un gravissimo terremoto. L’evento colpì profondamente molto degli scrittori e pensatori dell’epoca. Qualche tempo prima era stata avvistata una cometa ed era stata prevista una grande disgrazia.) La seconda teoria era meno diffusa e risaliva a Keplero, anzi la si potrebbe senz’altro chiamare la “quarta legge di Keplero” perché in effetti seguiva le altre tre, sebbene oggi non sia più nominata in alcun manuale. La legge dice che le comete si muovono lungo traiettorie rettilinee.

Una conseguenza della teoria di Newton, però, era che le comete potessero muoversi su tre possibili tipi di traiettorie (nessuno dei quali era quello rettilineo): potevano muoversi su iperboli o parabole (e, dunque, una volta comparse, non tornare mai più) oppure su ordinarie ellissi (e, in tal caso, ricomparire periodicamente). Probabilmente Newton stesso suggerì ad Halley di considerare traiettorie ellittiche molto eccentriche (cioè molto “schiacciate” e con i fuochi molto distanti fra loro). Halley aveva osservato personalmente una cometa nel 1682 e disponeva di dati relativi a una piccola parte del suo percorso. Questi dati non gli sarebbero bastati per calcolarne l’orbita,ma se essa fosse stata ellettica la cometa avrebbe dovuto essere già passata. Halley cercò degli altri dati sull’osservazione di comete risalendo fino a circa 150 anni prima. Ne trovò, ovviamente, diversi, ma due avvistamenti datati al 1530-1 e al 1606-7 sembravano molto simili al suo (il passaggio del 1606-7 era stato osservato dallo stesso Keplero). Il periodo doveva dunque essere di circa 76 anni. Halley calcolò con grande esattezza in che momento la cometa sarebbe dovuta tornare nel dicembre del 1758. Né Newton né Halley vissero abbastanza da vederla, ma la predizione fu ricordata, controllata e confermata (con un margine di errore incredibilmente piccolo).

I cartesiani non avevano nessuna particolare teoria sulle comete né furono in grado di produrre uno slittamento progressivo del loro programma che permettesse di “assorbire” i fatti (come questo) che i newtoniani predicevano. Pochi decenni dopo, il più grande scienziato francese, Pierre Laplace, era un appassionato newtoniano.

• La deflessione gravitazionale della luce

All’inizio del Novecento, quando inizia l’elaborazione da parte di Einstein del suo rivoluzionario programma di ricerca, la fisica è dominata da un programma di ricerca (uno dei cui più importanti esponenti è H.A. Lorentz) che combina una versione newtoniana della comprensione dei fenomeni gravitazionali e una teoria dei fenomeni elettromagnetici che proviene da Maxwell. Nel 1915 il programma di Einstein sfocia nell’elaborazione della teoria della relatività generale, incentrata su una concezione rivoluzionaria della gravità.

Gli effetti gravitazionali di una massa, come quella di un corpo celeste, dovrebbero ripercuotersi sulla luce, generando, più precisamente una deflessione della traiettoria dei fasci luminosi in prossimità di tale massa. Anche la fisica classica prevede questo effetto, ma nel 1915 Einstein calcolò che in base alla relatività generale l’entità della deflessione gravitazionale avrebbe dovuto essere (circa) doppia di quella prevista su basi classiche. Prendiamo un corpo la cui massa è tale che i suoi effetti gravitazionali siano considerevoli: il Sole. Supponiamo poi che il Sole si trovi in una zona del cielo in cui in quel momento si trovano anche un paio di stelle. Naturalmente in condizioni normali la luce del Sole rende impossibile l’avvistamento di quelle stelle. Ma supponiamo che sia in corso un’eclissi e che la luce emanata dalle stelle in questione sia sufficientemente intensa da impressionare una pellicola fotografica (nonostante la “corona solare”). Supponiamo infine di fotografare quella zona del cielo in un momento appropriato nella notte e che questo ci permetta di calcolare in che posizione (cioè, quanto più vicino al Sole) si sarebbero dovute trovare durante l’eclissi se la luce che esse emettono non fosse stata deflessa dalla massa solare. Se la deflessione ha luogo, le nostre due stelle appariranno, nella foto scattata durante l’eclissi, più lontane dal Sole rispetto alla posizione così calcolata. Quanto più lontano? Se in base alla fisica classica tale differenza di posizione deve essere misurata, poniamo, da D, la relatività generale prevede che sia invece (più o meno) il doppio.

In generale, si tratta di qualcosa che molto probabilmente a nessuno verrebbe mai in mente di misurare. Ma ci sono due versioni di due importanti programmi di ricerca scientifici rivali che fanno predizioni differenti al riguardo, quindi nel 1919 il fisico sperimentale inglese A.S. Eddington organizza una doppia spedizione in due zone del Sud America e dell’Africa dalle quali il 29 maggio sarebbe stato possibile assistere proprio all’eclissi “giusta” per controllare le predizioni. La deflessione stimata sulla base dei dati venne giudicata prossima alla predizione di Einstein e chiaramente incompatibile con quella classica. Nessuno slittamento della teoria classica della gravità permise di recuperare l’accordo con i dati in modo progressivo.