Il metodo scientifico: capiamo la sua importanza e le sue applicazioni

Sappiamo davvero applicare il metodo scientifico nella vita di tutti i giorni? Provate direttamente voi con un semplice esperimento.

Il metodo scientifico: capiamo la sua importanza e le sue applicazioni
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Tante volte, soprattutto durante l'infanzia, ci sono stati proposti dei semplici esperimenti scientifici da provare a casa con oggetti di tutti i giorni. Tante volte ancora, riproducendo quell'esperimento ci siamo anche divertiti, stupendoci allo stesso tempo della scienza, una materia così affidabile da permetterci di riprodurre un'esperienza e di ottenere lo stesso fenomeno osservato in un video sui social. Queste dimostrazioni domestiche fanno tutte capolino al metodo scientifico. Scopriamo insieme come funziona e perché è così importante.

La storia del metodo scientifico

Il metodo scientifico è caratterizzato da quell'insieme di regolamentazioni che consentono di descrivere la realtà attraverso la scienza, pertanto in maniera oggettiva e verificabile. In maniera semplificata, possiamo distinguere il metodo deduttivo e il metodo induttivo. Il primo permette di sviluppare una tesi che dall'universale porta al particolare: partendo dai principi generali, attraverso ragionamenti logici, si formulano leggi in grado di spiegare fenomeni particolari. Il metodo induttivo, invece, dal particolare ci guida verso l'universale, pertanto da un'osservazione o da un'esperienza particolare ci consente di formulare una legge più o meno generale.

Per spiegare il metodo scientifico occorre però fare un passo indietro. Intorno al 350 a.C., Aristotele definiva la scienza come esperienza e descriveva il fenomeno in base a due domande principali, "che cos'è?", ovvero l'essenza, e "perché?", ovvero la causa.

Quest'analisi permetteva di porsi delle domande di fronte al fenomeno empirico ma ancora senza cercare delle risposte con una valenza scientifica. Il filosofo greco introdusse così il metodo deduttivo, che utilizza i sillogismi per effettuare ragionamenti logici da premesse vere e necessarie fino ad arrivare a conclusioni che siano coerenti solo con tali premesse.
A supporto del metodo deduttivo, Aristotele introdusse anche il metodo induttivo, necessario per definire il punto di partenza del sillogismo, ovvero la premessa assolutamente vera. Infatti, poiché non si può procedere indietro all'infinito, è necessario con l'intelletto porre un punto di partenza. Per esempio, "tutti gli uccelli sono animali, i pappagalli sono uccelli quindi i pappagalli sono animali".

Il ragionamento induttivo porta a determinare che tutti gli uccelli sono animali, mentre quello deduttivo porta a definire che i pappagalli, in quanto uccelli, devono per forza essere degli animali.

Questo metodo è rimasto poi quasi del tutto inalterato fino al medioevo e più precisamente fino a quando, intorno al 1250, Ruggero Bacone non definì per primo che l'esperienza diretta fosse superiore a ogni ragionamento logico e astratto. A partire dal XV secolo il metodo scientifico iniziò a prendere forma come un processo basato su esperimenti diretti, nei quali il ragionamento astratto doveva essere solo uno strumento di supporto per ricercare una dimostrazione pratica.
Successivamente, all'inizio del XVII secolo Francesco Bacone criticò aspramente la teoria aristotelica, contrapponendole la tesi sperimentale, basata non solo sulla raccolta dei dati di osservazione, ma soprattutto sull'interrogazione dei fenomeni osservati, cercando quindi di dare una rappresentazione qualitativa delle domande sperimentali che lo scienziato si pone.

Galileo Galilei

La vera svolta nella storia della scienza arriva con Galileo Galilei, che diede un'impronta ancora più matura al metodo sperimentale. Egli definì che il metodo si basa sulla descrizione quantitativa dei fenomeni esaminati, quindi misurati e supportati da un ragionamento qualitativo basato sui dati precedentemente raccolti.

Oltre a "che cosa?" e "perché?", Galileo aggiunge la domana "come?", che mira a determinare le meccaniche che portano alla manifestazione di un fenomeno piuttosto che di un altro. Per la prima volta, inoltre, viene introdotta la differenza tra esperienza ed esperimento. L'esperimento deve essere rappresentativo e riproducibile, altrimenti rischia di essere inutile e fuorviante.
Questo perché la nostra esperienza quotidiana può ingannare i sensi, in quanto ci appartiene in modo personale, e dunque viene alterata dalla nostra interpretazione soggettiva. Al contrario, l'esperimento deve poter essere effettuato da chiunque e in qualsiasi momento, seguendo un processo preciso e definito.

In un nostro speciale abbiamo parlato delle incredibili avventure di Galileo Galilei. Nel suo viaggio terreno fu un vulcano di studi e scoperte, ma tante furono anche le imprecisioni. La sua vita culminò poi con le accuse e l'abiura ma, nel contesto della formulazione del metodo scientifico, arrivò a definirne anche le fasi, una osservativa-induttiva , o sensate esperienze, una fase ipotetico-deduttiva, le necessarie dimostrazioni, e il cosiddetto cimento, o verifica.
Un primo momento di osservazione del fenomeno e sue misurazioni, seguito da indagine e formulazione razionale di un'ipotesi che, se supportata dai dati, si può definire vera. Infine, nel terzo momento bisogna effettuare la verifica dell'ipotesi, detta appunto cimento, attraverso altri esperimenti che tendano a confermare o smentire l'ipotesi.

Il metodo scientifico moderno

Oggi il metodo scientifico si è evoluto ma ha mantenuto le caratteristiche fondamentali del metodo galileiano. Attualmente abbiamo delle caratteristiche fondamentali che aiutano a circoscrivere il concetto di scienza, come appunto la riproducibilità e la verificabilità, e nel XX secolo fu introdotto e definito il concetto di confutabilità.

Infatti, un risultato scientifico perché sia tale deve poter essere confutabile. "Nessuna quantità di esperimenti potrà dimostrare che ho ragione; un unico esperimento potrà dimostrare che ho sbagliato", queste parole si devono ad Albert Einstein, scritte all'interno di una lettera indirizzata a Max Born nel 1926.

Questa è la grande critica al sistema induttivo del metodo scientifico moderno. In altre parole, uno scienziato non può fisicamente analizzare tutti i casi possibili di un fenomeno quindi ci sarà sempre, ed è giusto così, la possibilità che un'osservazione successiva porti a un caso contrario rispetto a quanto osservato finora.

Se una teoria scientifica non fosse confutabile, avrebbe carattere dogmatico e il concetto di metodo scientifico moderno crollerebbe totalmente.
In sintesi, il metodo scientifico si basa su un sistema induttivo-sperimentale. Induttivo in quanto risale dal particolare verso il generale, dall'insieme di singoli fenomeni alla formulazione di una legge più o meno generale, e sperimentale perché si giunge alla legge tramite conferme o smentite di ipotesi basate su osservazioni ripetute di determinati fenomeni.

Quindi il procedimento si basa su molte fasi diverse tra cui l'osservazione, l'individuazione del problema, la documentazione, la formulazione di un'ipotesi provvisoria, la verifica sperimentale, l'analisi dei dati, la comunicazione dei risultati, le ricerche per ulteriori verifiche al fine di testare l'ipotesi definitiva e infine l'enunciazione della legge.

La scienza attuale, tuttavia, si serve anche del metodo deduttivo. La deduzione è un'interpretazione di un'osservazione, ovvero una fase logica in cui gli scienziati provano a dedurre le conseguenze di un determinato fenomeno, cosa che aiuta a prevedere cosa succederà in conseguenza a un fenomeno analogo a quelli osservati ma non proprio identico. Questo metodo viene utilizzato soprattutto per creare dei modelli affidabili di conseguenze a eventi non ancora verificatisi o in corso d'opera.

La rigorosità del metodo scientifico risiede nel fatto che una teoria non è mai definitiva ma è suscettibile a modifiche o sostituzioni qualora vengano alla luce nuovi aspetti non ancora considerati, quindi richiede una ricerca sistematica di informazioni e un continuo controllo per verificare se le idee preesistenti sono ancora supportate dalle nuove informazioni.

Se i nuovi elementi di prova non sono favorevoli, gli scienziati scartano o modificano le loro idee originarie. Il pensiero scientifico viene quindi sottoposto a una costante critica, a una modifica, ma anche a una rivalutazione ed è proprio questo che lo rende così grande e universale.

Quali sono i limiti del metodo scientifico?

Anche nel pensiero scientifico esistono comunque delle approssimazioni che rendono il metodo limitato e sono relative alla misurabilità di un dato. Volgarmente, non è possibile misurare qualsiasi cosa. Prendiamo per esempio in considerazione il principio di indeterminazione di Heisenberg, secondo il quale non possiamo definire contemporaneamente la velocità e la posizione di un elettrone.

Quando parliamo di approssimazioni ci riferiamo a:

- Prevedibilità: quando in un sistema interagiscono diversi fenomeni, piccolissime variazioni delle condizioni iniziali hanno conseguenze altrettanto infinitesimali nei risultati finali. Tuttavia, se queste vengono sommate insieme con la variazione di parametri complessi ma interconnessi, possono produrre enormi effetti nei risultati finali, il cosiddetto effetto farfalla che potrebbe non esistere nel mondo quantistico. Per questo motivo, le previsioni meteorologiche hanno una buona validità nel breve periodo ma non altrettanto a lungo termine.

- Ripetibilità: uno dei punti cardine della scienza contemporanea è che gli esperimenti possono essere ripetuti in modo puntuale da chiunque e in qualsiasi luogo. Tuttavia, in sistemi complessi, non è sempre possibile avere le stesse condizioni iniziali proprio per l'effetto farfalla, quindi alcune esperienze non possono essere ripetute.

Ora siamo pronti per effettuare un esperimento...

Il primo test che vi vogliamo proporre è un esperimento che si basa sul fenomeno della tensione superficiale o meglio, sulla rottura di tale fenomeno. Innanzitutto occorre chiarire che la tensione superficiale consiste nella presenza di legami deboli tra le molecole, nel nostro caso i legami idrogeno delle molecole di acqua, che comporta una forte coesione tra loro, cioè esse risultano molto attratte le une dalle altre e con una certa resistenza alla separazione.
Per questo motivo, sulla superficie dell'acqua si crea una specie di membrana elastica, detta appunto tensione superficiale. Grazie a questa forza, per esempio, alcuni insetti possono pattinare sull'acqua.

Il sapone invece è una sostanza definita tensioattiva, ovvero attiva contro la tensione superficiale, quindi, se il sapone entra in contatto con una tensione superficiale, la spezza scindendo i legami deboli tra le molecole.

Cosa serve e procedimento:

Acqua
Due piatti fondi
Pepe macinato o altre spezie in polvere
Detersivo liquido


Versate dell'acqua in uno dei piatti fondi. Versate il pepe in polvere sull'acqua in modo da formare uno strato di pepe galleggiante sull'acqua. Versate il detersivo nell'altro piatto fondo.

Ora con la punta del dito toccate il sapone del secondo piatto e immergetelo nel primo fino a toccare l'acqua.
Prima di toccare l'acqua con il dito, la soluzione era ricoperta uniformemente da un sottile strato di pepe. Una volta toccato con il dito sporco di sapone, invece, si vedrà questo strato rompersi come se fosse crepato e il pepe si allontanerà verso i bordi del piatto. Ora, sulla base del metodo scientifico descritto in precedenza, dovremmo essere in grado di trarre le conclusioni: il sapone riduce la tensione superficiale dell'acqua, riducendo la reciproca attrazione di queste molecole. Lungo i bordi del piatto, lontani dal sapone, la tensione superficiale dell'acqua non cambia, quindi il pepe vi si rifugia. Un'altra dimostrazione di questa legge è l'utilizzo che facciamo tutti i giorni dei detersivi per i piatti. L'acqua da sola non è in grado di eliminare tutto lo sporco da una superficie.

I detersivi invece sono formati da due parti principali, una idrofoba e una idrofila le quali gli donano delle grandi proprietà. La parte idrofila si dissolve nell'acqua, riducendo la reciproca attrazione delle sue molecole, mentre la parte idrofoba attira e lega insieme piccole particelle di sporco. In questo modo, lo sporco viene staccato dalla superficie e disperso in acqua ed è questo che consente un lavaggio efficace.

Abbiamo spiegato in questo articolo che per formulare una legge generica necessitiamo di più esperimenti che dimostrino la legge ed è per questo che se volete cimentarvi in altri esperimenti che dimostrino la tensione superficiale, vi lasciamo questo interessante video in cui è presente, tra l'altro, anche l'esperimento del pepe.