2.c.10 – In cosa consiste il metodo sperimentale?

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24 Maggio 2009 — Riccardo Sabellotti - Giacinto Sabellotti

laboratorioIn cosa consiste il metodo sperimentale?

Il metodo sperimentale venne concepito per studiare i fenomeni naturali ed è strutturato in tre fasi successive che lo rendono veramente speciale:
La prima fase è quella dell’osservazione e della misura; il fenomeno da studiare deve essere osservato, tale esame non deve variare cambiando l’osservatore e deve quindi essere indipendente dal soggetto che osserva; in tal caso si dice che l’osservazione è oggettiva. Al fine di essere oggettivi e precisi si cerca nel fenomeno tutto ciò che può essere misurato. Se chiediamo a dieci persone se un tavolino da noi scelto è grande o piccolo è probabile che alcuni diranno grande ed altri piccolo poiché ognuno lo confronterà con il proprio tavolo a casa o quello grande della nonna; se invece chiediamo loro quanto è grande e gli diamo un metro da falegname per misurarlo, essi risponderanno tutti allo stesso modo, salvo errori di misura ovviamente. L’uso di strumenti di misura oltre che rendere le osservazioni oggettive, facendo riferimento tutte alla stessa unità di misura, le rende anche molto più precise ed accurate secondo la precisione dello strumento.
È opportuno accennare al fatto che la precisione degli strumenti è sempre limitata, vi è immancabilmente un margine di errore; ad esempio, con un normale metro da sarto non si apprezzano differenze di un decimo di millimetro, ma per il sarto questo tipo di imprecisione è irrilevante; è però importante porre in evidenza che esistono dei metodi per sapere quanto l’errore può essere grande e quindi quanto è preciso il nostro strumento; in questo modo allora possiamo sapere di quanto possiamo sbagliare e se tale errore è rilevante o meno. Lo scienziato, come il sarto, sa che le sue misure non sono infinitamente precise, ma che lo sono quanto basta; anche se da un punto di vista matematico o geometrico sono sempre un poco sbagliate, lo scienziato competente sa sempre di quanto lo sono e può valutare se l’errore è abbastanza piccolo da essere trascurabile.
Un elemento nuovo di questo metodo è dunque la precisione ed una oggettività più rigorosa.
La seconda fase consiste nello sviluppo di un modello matematico o ideale. Per eseguire delle misure è necessario sapere cosa misurare, ma in un fenomeno naturale spesso intervengono numerose grandezze (temperatura, distanza, peso, velocità, superficie, volume e molte altre); lo studioso dalle prime osservazioni deve dunque fare un lavoro di analisi e schematizzazione, individuare le grandezze coinvolte nel fenomeno e le relazioni fra queste, fino a trovare una causa principale da isolare per studiarne gli effetti sulle grandezze ad essa legate. Un esempio classico è la caduta degli oggetti pesanti in cui la causa principale è il peso, mentre l’effetto è il movimento dato dallo spostamento, dalla velocità, dall’accelerazione, ecc.; dopo si aggiungeranno componenti secondarie come la forza d’attrito, la forma irregolare dell’oggetto, i vincoli meccanici ed altro.
Durante l’osservazione dunque inizia già un’interpretazione dei fatti ed una semplificazione della realtà che tende a formare un modello nel quale agisce una sola causa e nel quale si esamina un effetto alla volta. In questo modo il fenomeno viene studiato un pezzo alla volta, per gradi, trovando progressivamente le grandezze da misurare.
Il fenomeno viene rappresentato a questo punto tramite le variazioni delle sue grandezze, le cui misure sono elencate in opportune tabelle ed i cui legami sono ora legami fra numeri (le misure) in genere rappresentabili con formule matematiche dette funzioni. Il risultato è un modello matematico del fenomeno, una sorta di rappresentazione geometrica, preciso quanto lo sono le misure su cui si basa; tale modello diviene progressivamente più complesso man mano che si aggiungono nuove grandezze (sia cause che effetti), ma rimane sempre un modello nel quale può mancare qualcosa, sebbene qualcosa di secondario se il modello è stato ben costruito.
Dalla semplice osservazione, per quanto accurata, si è passati dunque a qualcosa che è frutto della nostra mente, un modello mentale dotato di precisione matematica; questo è il secondo passo del metodo e non vi sono dubbi che si tratta di una versione perfezionata, più rigorosa, più oggettiva del naturale processo che tutti noi utilizziamo nel formare i nostri personali modelli mentali. Lo scopo è fondamentalmente lo stesso: formare nella nostra mente un ritratto, una descrizione della realtà, che sia comprensibile e ci dica come funziona la natura, per soddisfare la nostra curiosità e trarne tutti i possibili vantaggi.
La terza fase è costituita dalla verifica sperimentale. Abbiamo visto che le osservazioni sono oggettive, mentre nella formazione del modello matematico interviene l’intuito dello studioso con il quale si ipotizzano relazioni di causa ed effetto fra le variazioni delle varie grandezze; vi è dunque un contributo soggettivo che può dar luogo a due inconvenienti:
1. dalle stesse osservazioni possono sorgere diversi modelli nati dalle diverse interpretazioni dei vari studiosi;
2. ulteriori osservazioni possono smentire le relazioni ipotizzate.
Nel primo caso i diversi modelli sono tutti coerenti con le osservazioni fatte e quindi perfettamente equivalenti nel descrivere la natura; un esempio classico lo abbiamo già visto in astronomia: è la Terra che gira su sé stessa oppure sono le stelle che girano attorno alla Terra? In entrambi i casi noi vedremmo il Sole, la Luna e tutti gli astri muoversi da est verso ovest; come stanno allora effettivamente le cose? Come stabilire quale è il modello giusto o quello più vicino alla verità? Lo scienziato deve aggiungere nuove osservazioni a quelle di partenza che siano coerenti con un solo modello e smentiscano tutti gli altri; a tal fine si utilizzano i vari modelli per fare delle previsioni su ciò che dovrebbe accadere in situazioni non ancora osservate e quando i vari modelli portano a previsioni diverse in una data situazione, allora si progetta una prova, detta esperimento, che verifichi quale previsione sia quella giusta; questa è la verifica sperimentale, il terzo importantissimo passo del metodo, dal cui esito dipende la scelta del modello migliore.
Tuttavia nulla garantisce che in un secondo tempo non compaia un nuovo modello che sia coerente anche con le nuove osservazioni, in tal caso si dovranno ideare nuovi esperimenti di verifica che permettano di selezionare il modello migliore.
Può anche accadere che compaiano, magari durante le verifiche sperimentali, nuove osservazioni che, nel loro insieme, sono in contrasto con tutti i modelli prodotti, anche l’ultimo rimasto, quello migliore. A quel punto bisogna ammettere che il modello non è valido in ogni occasione, ma solo in un numero limitato di casi e quindi bisogna ricominciare dall’inizio alla ricerca di un modello migliore, magari modificando quello vecchio.
Il perfezionamento e la validità dei modelli dipende dal numero di casi osservati, cioè dal numero di esperimenti di verifica effettuati; la verifica sperimentale porta a due importanti risultati:
• permette di selezionare il migliore dei modelli;
• permette di stabilire il suo campo di validità, ovvero in quali situazioni risulta valido in attesa di un modello migliore.
Ne segue che se anche la ricerca ha prodotto un solo modello, questo viene sempre sottoposto a verifica sperimentale, perché gli scienziati sanno che la sua validità può comunque essere limitata, che non si tratta di una verità incontestabile e che è meglio accorgersi il prima possibile se vi sono casi in cui non può essere usato.

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2 Commenti per “2.c.10 – In cosa consiste il metodo sperimentale?”

  1. Gerulfo delle Milizie ha detto:

    Bisogna aggiungere che il lavoro degli scienziati, per quanto accurato, viene spesso annullato dagli interessi economici e politici. Si pensi alla messa a punto della bomba atomica o del gas nervino, piuttosto che a farmaci risultati nocivi se non letali (chiedete a qualunque farmacista cosa pensa oggi delle pillole anticoncezionali vendute negli anni cinquanta).

  2. Morias Enkomion ha detto:

    Il metodo sperimentale, a volte, produce delle teorie del tutto controintuitive come la meccanica quantistica, che pur essendo assurda per l’uomo della strada e a volte inspiegabile per gli stessi fisici, esiste. Vi faccio un esempio: l’entanglement quantistico.
    http://it.wikipedia.org/wiki/Entanglement_quantistico

    Mi rendo conto dell’osticita’ dell’argomento, ma in particolare segnalo questo passaggio: ” […] ha permesso esperimenti relativi al teletrasporto quantistico.”. Teletrasporto, ragazzi. Per dire che la realta’ non e’ quella che crediamo essere.

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