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Fisica e metafisica ne "La fisica di un credente"

Pierre Maurice Duhem
1905

dall'Appendice a La teoria fisica. Il suo oggetto e la sua struttura (1914)

Pubblicato come appendice all’opera La teoria fisica (1914), l’articolo di Pierre Duhem, La fisica di un credente (1905) intendeva fornire risposte e chiarimenti a coloro i quali gli rimproveravano di sostenere che il cristianesimo aveva esercitato un influsso positivo sul suo modo di fare scienza. In questo brano, tratto appunto dall’articolo in questione, il fisico e storico della scienza francese si chiede se e come il metafisico debba tener conto dei risultati della fisica, ma affronta anche il tema del perché l’attività delle scienze, quando tende ad organizzarsi in modo esauriente e unitario nel quadro di una teoria fisica organica, finisce con lo scontrarsi con problemi di ordine metafisico, perché incontra il problema dei fondamenti dello stesso sapere scientifico. Merita attenzione la concezione epistemologica di Duhem secondo cui le “leggi scientifiche”, quando organizzate in una teoria consistente ed unitaria, punterebbero verso quelle che potremmo chiamare “leggi naturali”, manifestazione di un ordine ontologico, non convenzionale, sottostante il piano dell’analisi empirica.

Il metafisico deve conoscere la teoria fisica per non farne un uso improprio nelle sue speculazioni

Ecco dunque una fisica teorica che non è una teoria del credente e neppure del non credente, ma è puramente e semplicemente una teoria del fisico. Essa è incapace, mirabilmente adatta com’è a classificare le leggi studiate dallo sperimentatore, di opporsi a una qualsiasi affermazione della metafisica o del dogma religioso. È anche incapace di dare un appoggio efficace a una simile affermazione. Allorquando il teorico entra nel terreno della metafisica o del dogma, sia che si proponga di attaccarli, sia che voglia difenderli, l’arma che usa vittoriosamente nel proprio campo resta inutilizzabile e priva di forza nelle sue mani. La logica, scienza positiva che ha forgiato tale arma, ha segnato con precisione le frontiere al di là delle quali la tempra del teorico si infiacchirebbe, la sua perentorietà si attenuerebbe. Tuttavia dal momento che la logica non conferisce alla teoria fisica alcun potere per confermare o infermare una proposizione metafisica, ne risulta forse che il metafisico ha il diritto di disprezzare le teorie della fisica? Ne risulta forse che egli può proseguire la costruzione del suo sistema cosmologico senza far ricorso alcuno all’insieme di formule matematiche con cui il fisico rappresenta e classifica l’insieme delle leggi sperimentali? Non lo crediamo. Proviamo a dimostrare l’esistenza di un legame tra teoria fisica e filosofia della natura e tentiamo di precisare in che cosa esso consista.

Innanzitutto onde evitare ogni malinteso, facciamo una precisazione. La questione «il metafisico deve o non deve tener conto di quanto dice il fisico?» non si pone assolutamente se non all’indirizzo delle teorie della fisica. Circa i fatti dell’esperienza, circa le leggi sperimentali, la domanda non si pone perché la risposta non potrebbe essere incerta. È chiaro che la filosofia della natura deve tenere conto di tali fatti, di tali leggi. Infatti le proposizioni che enunciano i fatti e formulano le leggi possiedono ciò che le proposizioni puramente teoriche non hanno e cioè una portata oggettiva. Possono dunque essere in accordo o in disaccordo con le proposizioni componenti un sistema cosmologico; l’autore del sistema non ha il diritto di essere indifferente a questo accordo che apporta alle sue intuizioni una preziosa conferma o al disaccordo che è per le sue dottrine una condanna senza appello. La valutazione dell’accordo o del disaccordo in generale è agevole quando i fatti considerati sono fatti dell’esperienza volgare, quando le leggi osservate sono di senso comune; non è infatti necessario essere un fisico di professione per saper cogliere quanto c’è di oggettivo in un dato fatto, in una data legge. Tale valutazione diventa al contrario delicatissima e spinosa quando si tratta di un fatto o di una legge scientifica. Infatti la proposizione che formula il fatto o la legge è, in generale, un intreccio di constatazione sperimentale dotata di portata oggettiva e di interpretazione teorica, semplice simbolo spogliato di ogni significato oggettivo. Occorrerà che il metodo fisico districhi l’intreccio al fine di ottenere quanto più puro possibile il primo dei due elementi. In ciò infatti, e in ciò soltanto, il suo sistema può trovare una conferma oppure imbattersi in una contraddizione.

Supponiamo per esempio che si tratti di una esperienza relativa ai fenomeni di interferenza ottica. Il resoconto di tale esperienza contiene affermazioni che si fondano esclusivamente sui caratteri oggettivi della legge. Tale per esempio risulta essere la seguente affermazione: una illuminazione che appare costante è in realtà la manifestazione di una proprietà che varia molto rapidamente da un istante all’altro in modo periodico. Ma queste affermazioni sono, per il loro stesso linguaggio, intimamente permeate dalle ipotesi sulle quali si fonda la teoria ottica; per enunciarle, il fisico parla delle vibrazioni di un etere elastico o della polarizzazione alternativa di un etere dielettrico. Non bisogna attribuire immediatamente piena e intera realtà oggettiva più alle vibrazioni dell’etere elastico che alla polarizzazione dell’etere dielettrico: entrambe sono infatti costruzioni simboliche immaginate dalla teoria per riassumere e classificare le leggi sperimentali dell’ottica. Ecco già una prima ragione perché il metafisico non trascuri lo studio delle teorie fisiche. Occorre che conosca la teoria fisica per poter distinguere, nel resoconto di un’esperienza, ciò che proviene da questa teoria e ha esclusivamente il valore di un mezzo di rappresentazione o di un segno, da ciò che costituisce il contenuto reale, la materia oggettiva del fatto di esperienza. D’altronde non dobbiamo pensare che una conoscenza superficiale della teoria sia sufficiente a questo scopo. Spesso nel resoconto di un’esperienza di fisica la materia – reale e oggettiva – e la forma – esclusivamente teorica e simbolica – si compenetrano in modo così intimo e complicato che lo spirito di geometria, con i suoi procedimenti chiari e rigorosi ma troppo semplici e poco flessibili per essere penetranti, non è sufficiente a separarle. Occorrono allora i procedimenti insinuanti e agili dello spirito di finezza. Esso soltanto inserendosi tra la materia e la forma, è in grado di distinguerle, esso soltanto può indovinare che l’una è una costruzione artificiale formata in ogni parte dalla teoria e inutilizzabile per il metafisico, mentre l’altra, ricca di verità oggettiva, è in grado di dare informazioni al cosmologo. Lo spirito di finezza, qui come ovunque, si affina con una lunga pratica. Attraverso uno studio approfondito e minuzioso della teoria si otterrà questa sorte di fiuto grazie al quale in un’esperienza di fisica saremo in grado di discernere ciò ch’è simbolo teorico, grazie al quale saremo in grado di separare da questa forma, priva di valore filosofico, il vero insegnamento dell’esperienza, quello di cui il filosofo deve tener conto. Occorre quindi che il metafisico conosca esattamente la teoria fisica al fine di poterla riconoscere senza errore quando essa oltrepassa i limiti che le sono propri pretendendo di penetrare nel terreno della cosmologia; in nome di tale esatta conoscenza egli avrà il diritto di fermare la teoria per ricordarle che non potrà giovarsi del suo aiuto né ridurre le sue obiezioni. Il metafisico dovrà studiare approfonditamente la teoria fisica se vuol essere certo ch’essa non eserciti nessuna illogica influenza sulle sue speculazioni.

La teoria fisica ha per forma limite la classificazione naturale

Per altre e ancora più gravi ragioni, gli insegnamenti della teoria fisica si impongono all’attenzione del metafisico. Nessun metodo scientifico porta in sé la piena e completa giustificazione, né potrebbe, con i suoi soli principi, render conto di tutti questi principi. Non ci si meraviglierà dunque che la fisica teorica si fonda su postulati che non si possono autorizzare se non con ragioni estranee alla fisica. Da quanto detto deriva il seguente postulato: la teoria fisica deve sforzarsi di rappresentare tutto l’insieme delle leggi naturali con un unico sistema in cui tutte le parti siano tra loro logicamente compatibili.

Se ci si costringe a invocare soltanto ragioni di logica pura, di quella logica che permette di fissare l’obiettivo e la struttura della teoria fisica, è impossibile giustificare tale postulato; è impossibile condannare un fisico che pretendesse di rappresentare con diverse teorie, logicamente incompatibili, sia insiemi diversi di leggi sperimentali, sia anche un unico gruppo di leggi. Tutto ciò che si può esigere è che egli non mescoli due teorie inconciliabili e non combini nelle sue deduzioni un antecedente ricavato dall’una con un conseguente fornito dall’altra. A questa conclusione, al diritto del fisico di sviluppare una teoria logicamente incoerente, giungono coloro che analizzano il metodo fisico senza ricorrere ad alcun principio estraneo ad esso. Le rappresentazioni della teoria altro non sono per essi che comodi sommari, artifici destinati a facilitare il lavoro d’invenzione. Perché infatti si dovrebbe impedire al lavoratore il successivo impiego di strumenti disparati nel caso che egli trovi che ciascuno bene si adatta a un certo compito e male invece a un altro? Questa conclusione tuttavia scandalizza molti di coloro che si applicano al progresso della fisica; ve ne sono di quelli che pretendono di vedere in questo disdegno dell’unità teorica un pregiudizio del credente desideroso di esaltare il dogma a spese della scienza. Con il sostegno di questa opinione si osserva che la brillante costellazione dei filosofi cristiani che si raccolgono attorno a Edouard Le Roy considerano volentieri le teorie fisiche come semplici ricette. Si dimentica, ragionando così che Henry Poincaré ha proclamato per primo e insegnato in modo formale che il fisico poteva successivamente usare teorie tra loro incompatibili e nel numero che giudicasse sufficiente. Poincaré, che io sappia, non condivide certo il credo religioso di Le Roy. È certo che Poincaré, così come Le Roy, era pienamente autorizzato dall’analisi logica del metodo fisico a pretendere quanto da lui avanzato. È altrettanto certo che questa dottrina dal tono scettico scandalizza la maggioranza di quanti lavorano al progresso della fisica. Sebbene lo studio puramente logico dei procedimenti non fornisca alcun argomento convincente a sostegno del loro modo di vedere, essi sentono tuttavia che quest’ultimo è quello giusto e intuiscono che l’unità logica s’impone alla teoria fisica al pari di un ideale al quale essa deve tendere incessantemente. Reputano che ogni mancanza di logica, ogni incoerenza, rappresenta in questa teoria una tara che i progressi della scienza dovranno poco alla volta far scomparire. Questa convinzione è pienamente condivisa da coloro i quali affermano il diritto della teoria alla incoerenza logica. Ve n’è soltanto uno tra loro che esiti, anche solo per un momento, a preferire una teoria fisica coordinata rigorosamente a una accozzaglia di teorie inconciliabili? Uno che, per criticare la dottrina di un avversario, non si sforzi di scoprirvi carenze logiche e contraddizioni? Non è dunque di loro pieno gradimento che essi proclamano il diritto alla incoerenza logica. Al pari di tutti i fisici essi considerano la teoria fisica, che rappresenterebbe tutte le leggi sperimentali tramite un sistema unico, coordinato logicamente, come la teoria ideale, e se tentano di soffocare le loro aspirazioni verso questo ideale lo fanno unicamente perché lo considerano irrealizzabile, perché disperano di raggiungerlo.

È quindi giusto considerare questo ideale al pari di un’utopia? Spetta alla storia della fisica rispondere a questo interrogativo; ad essa compete di dirci se gli uomini, da quando la fisica ha assunto la sua veste scientifica, si sono estenuati in vani sforzi al fine di riunire in un sistema coordinato le innumerevoli leggi scoperte dagli sperimentatori, o al contrario, se questi sforzi attraverso un lento, ma continuo progresso hanno contribuito a saldare tra loro i frammenti di teoria precedentemente isolati al fine di produrre un sistema sempre più unico e ampio. È questo, secondo noi, il grande insegnamento che dobbiamo ottenere quando tracciamo l’evoluzione delle dottrine fisiche e Abel Rey ha visto chiaramente che era quella la lezione principale che chiediamo allo studio delle teorie del passato. La storia, così interrogata, quale risposta ci fornisce? Il senso di questa risposta è fuori discussione ed ecco come lo interpreta Rey: «La fisica teorica non ci presenta affatto un insieme di ipotesi divergenti o contraddittorie; al contrario essa offre a chi ne segue con attenzione le trasformazioni uno sviluppo continuo, una autentica evoluzione. La teoria che appariva sufficiente a un dato stadio di sviluppo della scienza non cade del tutto, a partire da quando il campo della scienza si è allargato; utile a spiegare un certo numero di fatti, continua ad essere ancora valida per essi, ma non lo è più per i fatti nuovi. Non è fallita, è diventata insufficiente e questo perché il nostro spirito non può cogliere quanto c’è di complesso se non dopo aver colto quanto vi è di semplice, il più generale se non dopo aver colto il meno generale. Per non perdersi in dettagli troppo complicati che nascondevano le esatte razioni tra le cose, il nostro spirito aveva anche trascurato certe modalità, circoscritto le condizioni dell’esame, ridotto il campo dell’osservazione e della sperimentazione. La scoperta scientifica, sapendola comprendere, allarga via via il campo rimovendo poco alla volta certe restrizioni e reintegra le considerazioni precedentemente giudicate trascurabili».

Il grande fatto che riassume l’intera storia delle dottrine fisiche è la diversità fondantesi su una unità sempre più comprensiva, più perfetta. Perché l’evoluzione di cui questa storia ci mostra la legge si arresterebbe bruscamente? Perché i contrasti oggi riscontrati tra i diversi capitoli della teoria fisica non si rifonderebbero domani in un armonioso accordo? Perché rassegnarvisi quasi fossero vizi irrimediabili? Perché rinunciare all’ideale di una teoria unica e perfettamente logica, quando i sistemi realmente costruiti si sono di secolo in secolo avvicinati sempre più a questo ideale? Il fisico trova dunque in sé stesso un desiderio irresistibile di impossessarsi di una teoria fisica che rappresenti tutte le leggi sperimentali tramite un sistema dotato di una perfetta unità logica; e quando egli chiede a una analisi esatta del metodo sperimentale quale sia il ruolo della teoria fisica non trova nulla per giustificare tale aspirazione. La storia gli dimostra che questa aspirazione è antica quanto la scienza, che i sistemi fisici che si sono succeduti hanno dato a tale aspirazione sempre maggior soddisfazione. Lo studio dei procedimenti attraverso i quali la scienza fisica progredisce non gli svela l’intera ragione d’essere di questa evoluzione. Le tendenze che indirizzano lo sviluppo della teoria fisica non sono dunque del tutto comprensibili al fisico se egli vuole essere soltanto un fisico. Se vuole questo e se, intransigente positivista, considera non conoscibile tutto quanto non può essere determinato col metodo proprio delle scienze positive, il fisico si limiterà a constatare questa tendenza che sollecita con tanta forza le sue stesse ricerche, dopo avere orientato quelle di tutte le epoche, ma non ne ricercherà l’origine che solo il procedimento di scoperta al quale si affida potrebbe rivelargli. Se, al contrario, egli cede alla natura della mente umana che respinge le esigenze estreme del positivismo, vorrà conoscere la ragione di ciò che lo sospinge; varcherà la muraglia di fronte a cui si arrestano impotenti i procedimenti della fisica e farà un’affermazione non giustificata da questi procedimenti, farà della metafisica.

Quale è questa proposizione metafisica che il fisico affermerà violando la riserva imposta al metodo che usa abitualmente e come per forza? Egli affermerà che sotto i dati sensibili, i soli accessibili ai suoi procedimenti di studio, si nascondono realtà la cui essenza è inafferrabile da questi stessi procedimenti, che le realtà si dispongono secondo un certo ordine di cui la scienza fisica non potrebbe avere una osservazione diretta. Egli afferma che la teoria fisica, attraverso i suoi successivi perfezionamenti, tende tuttavia a disporre le leggi sperimentali secondo un ordine sempre più simile a quello trascendente con il quale si classificano le realtà, che con ciò la teoria fisica si incammina gradualmente verso la sua forma limite che è quella di una classificazione naturale. Infine afferma che l’unità logica è un carattere fuori del quale la teoria fisica non può assurgere al rango di classificazione naturale. Il fisico è dunque portato ad andare oltre i poteri conferitigli dall’analisi logica della scienza sperimentale e a giustificare la tendenza della teoria verso l’unità logica con la seguente affermazione metafisica: la forma ideale della teoria fisica è una classificazione naturale delle leggi sperimentali. Considerazioni di altra natura lo sollecitano ugualmente a formulare questa affermazione. Spesso è possibile dedurre da una teoria fisica un enunciato che non rappresenta una legge osservata bensì osservabile. Se si confronta l’enunciato con i risultati dell’esperienza che probabilità c’è di poter trovare questi in accordo con quello? Se la teoria fisica altro non è se non quanto ci è rivelato dall’analisi dei procedimenti del fisico, non vi è alcuna probabilità che la legge predetta dalla teoria concordi con i fatti; per il fisico preoccupato di non avanzare nulla che non sia provato dal suo metodo abituale, l’enunciato dedotto dai principi della teoria sarà esattamente come se fosse stato formulato per caso. Questo fisico si aspetterà tanto di trovare questa previsione contraddetta dall’osservazione quanto di vederla confermata. Ogni idea preconcetta riguardo alla prova sperimentale cui l’enunciato deve essere sottoposto, ogni anticipata fiducia nel successo di questa prova, sarebbero formalmente sconfessate da una logica rigorosa. Per essa infatti la teoria fisica altro non è se non un sistema creato da una libera decisione del nostro intelletto onde poter classificare le leggi sperimentali già note. Quando nel sistema riscontriamo una casella vuota possiamo concluderne che esiste oggettivamente una legge sperimentale adatta a riempire la casella? Abbiamo riso del collezionista che, non avendo previsto un cassetto per le conchiglie bianche, ne deduceva che al mondo non esisterebbero conchiglie bianche; sarebbe forse meno risibile se egli si avvalesse della presenza, nel suo gabinetto di conchigliologo, di un cassetto destinato al colore blu, però ancora vuoto, per affermare che la natura possiede conchiglie blu destinate a riempirlo? Ora, in quale fisico riscontreremo questa perfetta indifferenza per il risultato della prova, quest’assenza di ogni previsione sul senso del risultato quando si tratta di confrontare con i fatti una legge predetta dalla teoria? Il fisico sa bene che una logica rigorosa non gli consente assolutamente tale indifferenza, ch’essa non autorizza nessuna speranza sull’accordo tra profezia teorica e fatti; tuttavia egli attende l’accordo, ci conta, lo considera più probabile della sua smentita. La probabilità da lui attribuitagli è tanto più grande quanto più la teoria sottoposta alla prova è perfetta; e quando egli fonda la fiducia su una teoria dove numerose leggi sperimentali hanno trovato una soddisfacente rappresentazione, questa probabilità gli pare destinata alla certezza.

Alcune regole che presiedono alla manifestazione del metodo sperimentale non giustificano questa fiducia nella previsione della teoria e tuttavia tale fiducia non ci sembra ridicola. Se d’altronde avessimo qualche velleità di biasimarne la presunzione, la storia della fisica non tarderebbe troppo a costringerci a mutare opinione; citerebbe infatti innumerevoli circostanze in cui l’esperienza ha confermato nei minimi dettagli le previsioni più sorprendenti della teoria. Perché dunque il fisico può, senza prestarsi al riso, affermare che l’esperienza scoprirà una certa legge in quanto la sua teoria reclama la realtà di questa legge, mentre il conchigliologo risulterebbe ridicolo se la sola presenza di una casella vuota nei suoi cassetti in cui ordina i diversi colori dello spettro, lo portasse a concludere che nell’oceano vi sono conchiglie blu? Ciò avviene perché la classificazione del collezionista è un sistema visibilmente arbitrario che non tiene alcun conto delle reali affinità tra i diversi gruppi di molluschi, mentre nella teoria del fisico traspare quasi il riflesso di un ordine ontologico. Tutto spinge dunque il fisico a fare la seguente affermazione: la teoria fisica nel suo progredire è sempre più simile a una classificazione naturale, suo ideale e suo obiettivo. Il metodo fisico è impotente a provare che tale affermazione è fondata; se non lo fosse la tendenza che dirige lo sviluppo della fisica sarebbe incomprensibile. Così la teoria fisica deve richiedere alla metafisica le ragioni della sua legittimità.

Pierre Maurice Duhem, La teoria fisica. Il suo oggetto e la sua struttura, ed. it. a cura di Sandro Petruccioli, tr. it di Daria Ripa di Meana, Il Mulino, Bologna 1978, pp. 326-335.