Quando si parla di scienza, qualsiasi essa sia, si parla di rigore, e più propriamente rigore scientifico.
Per comprendere i fenomeni che accadono in natura, mi riferisco ai fenomeni scientifici, allora serve un approccio sistematico per comprenderli in ogni suo aspetto.
Questo approccio prende il nome di metodo scientifico.
Come detto, il metodo scientifico è fondamentale in tutte le scienze, ma assume un ruolo particolarmente importante in fisica, una disciplina che indaga le leggi fondamentali dell’universo.
Ma perché è così importante?
Il metodo scientifico permette agli scienziati di capire, e quindi spiegare, un fenomeno naturale oltre ogni ragionevole dubbio.
Un fenomeno può essere definito come compreso, solo nel caso in cui sia riproducibile.
Una teoria, per essere valida, deve essere messa alla prova, deve essere testa. Attraverso la formulazione di domande precise, la conduzione di test controllati, si possono confermare o smentire le teorie con dati e risultati oggettivi.
Il metodo scientifico dunque, ha un doppio vantaggio; da una parte aiuta a eliminare gli errori e le teorie sbagliate o incomplete, dall’altro spinge l’uomo ad non accontentarsi ma a spingersi sempre più avanti.
Questo procedimento è stato il motore che ha spinto la conoscenza oltre i propri limiti come ad esempio la scoperta di nuove particelle, alla comprensione delle forze fondamentali che regolano l’universo, e allo sviluppo di tecnologie rivoluzionarie.
Grazie a questa continua ricerca della verità, la fisica oggi assume un ruolo fondamentale nel fornire spiegazioni verificate del mondo che ci circonda grazie alla costruzione di modelli sempre più precisi.
Il pregio più importante del metodo scientifico è il saper offrire un processo trasparente e replicabile delle scoperte scientifiche. Questo garantisce che le conclusioni che lo scienziato ricava sono basate su prove concrete invece che su sterili congetture.
Tutto questo rende questa disciplina rigorosa ma anche in continuo sviluppo, aperta a sfide e a cambiamenti che le successive scoperte propongono continuamente.
Indice dell’articolo
2 Le fasi del metodo scientifico
2.1 Osservazione
L’osservazione del fenomeno naturale è Il primo passo del metodo scientifico.
La fase dell’osservazione consiste nell’osservare, appunto, un fenomeno naturale che si vuol comprendere. Quello che lo scienziato fa è quello d raccogliere dati e informazioni. Questo tipo di procedura consente all’osservatore di identificare modelli e aspetti interessante che necessitano di ulteriori approfondimenti.
Le osservazioni effettuate possono essere semplici, ma anche complesse. Semplici come un oggetto che cade in terra o complessi come il movimento della luna.
Ogni osservazione che un osservatore riesce a cogliere è semplicemente un nuovo punto di partenza per nuove domande e teorie.
2.2 Formulazione di ipotesi
Una volta osservato un fenomeno e raccolto dati e informazione, arriva il momento della formulazione di ipotesi.
Prima di procedere, però, chiariamo il concetto di ipotesi.
L’ipotesi, va intesa come un tentativo di spiegare cosa si è appena osservato e perché una cosa accade. Dopodiché, l’ipotesi va testata attraverso tutta una serie di esperimenti. Un’ipotesi quindi deve essere descritta nel dettaglio, precisa e misurabile. Questo perché poi sarà chiaro cosa è possibile confermare oppure smentire durante i test.
Facciamo un esempio pratico per capire meglio cosa significa formulare un ipotesi:
Scenario: un titolare d’azienda nota che i suoi dipendenti sembrano più stanchi e meno concentrati durante il turno pomeridiano rispetto a quelle della mattina.
Passo 1: Osservazione
Il titolare d’azienda osserva che, man mano che la giornata procede, i dipendenti iniziano a sbadigliare più frequentemente e hanno difficoltà a concentrarsi sulla loro attività. Queste osservazioni iniziali suggeriscono una possibile correlazione tra l’orario della giornata e il livello di energia dei dipendenti.
Passo 2: Formulazione di ipotesi
Basandosi su quanto notato, il titolare d’azienda formula un’ipotesi: “I dipendenti sono meno attenti e più stanchi nel pomeriggio perché hanno consumato gran parte della loro energia durante la mattina.” Questa è l’ipotesi che il titolare ha formulato e che, se corretta, può porre le basi da una parte di spiegare cosa e perché accade, e dall’altra come porre rimedio.
Come procedere:
Per testare se l’ipotesi avanzata è corretta, il titolare d’azienda deve pensare a dei stratagemmi per mettere in condizioni i propri dipendenti di lavorare meglio. Ad esempio può pensare che una pausa rilassante, messa a metà turno, potrebbe migliorare il livello di attenzione dei dipendenti. A questo punto non rimane che verificare l’ipotesi e la soluzione introducendo la pausa per diversi giorni lavorativi consecutivi.
Al termine del test, dopo aver raccolto informazioni sul livello di attenzione e di produzione dei dipendenti, è possibile mettere a confronto i dati ottenuti rispetto ai giorni in cui la pausa non è stata adottato.
Se si dimostra che i dipendenti, nei giorni in cui hanno usufruito della pausa, hanno un rendimento migliore, allora l’ipotesi fatta era corretta.
Per avere la certezza assoluta che l’ipotesi fatta è corretta, è necessario non limitarsi ad un singolo esperimento ma ripeterlo più volte in modo da fugare ogni tipo di dubbio.
Ecco perché, quando si parla di ipotesi, è necessario che queste siano precise e misurabili.
2.3 Sperimentazione
Fare esperimenti è un’attività che costituisce il cuore del metodo scientifico. Una volta formulata un ipotesi, qualsiasi sia il fenomeno naturale osservato, gli scienziati conducono la fase sperimentale per verificarne l’attendibilità.
Un aspetto fondamentale nella sperimentazione è che tutto quello che fa parte dell’esperimento deve essere conosciuto e controllare. Ad esempio, ci potrebbero essere dei fattori esterni che possono influenzare il risultato finale senza che lo scienziato se ne accorga.
Inoltre, il tipo di sperimentazione effettuata deve poter essere ripetibili anche da altre scienziati per poter verificare e confermare, oltre ogni ragionevole dubbio, l’esito dell’esperimento.
Questo permette, ancora una volta, di confermare oppure smentire le ipotesi fatte.
2.4 Analisi dei dati
Alla fine della sperimentazione lo scienziato avrà raccolto i risultati. Questi risultati verranno sottoposti a delle valutazioni che possiamo definire come l’analisi dei dati
I dati raccolti, aiutano l’osservatore a determinare se sono dati che supportano l’ipotesi fatti, oppure se la smentiscono.
Grazie a metodologie di lavoro specifiche e definite, uno scienziato è in grado di valutare con certezza i risultati e quindi avvalorare o meno un ipotesi.
Come detto, la raccolta dei dati deve essere fatta in modo rigoroso perché è importante che durante l’osservazione non intervengano fattori esterni o che coincidenze casuali alterni i risultati.
2.5 Conferma o revisione delle ipotesi
Come fase finale, c’è la conferma dell’ipotesi o della sua revisione.
Analizzando i dati raccolti, un ipotesi può quindi essere confermata, rifiutata o modificata.
Se i dati non confermano la bontà dell’ipotesi, allora uno scienziato deve avere il coraggio di scartare la propria ipotesi o semplicemente di rivederla e correggerla.
Se i dati invece supportano un ipotesi, allora si passa a una fase successiva che prevede altre prove e test.
Con il superamento anche dei test successivi, l’ipotesi comincia ad assumere le forme di una vere e propria teoria scientifica solida e autorevole.
Le fasi sopra descritte, indicano quale è il percorso rigido e rigoroso attraverso le quali tutte le ipotesi devono passare prima di diventare teorie scientifica.
Una teoria scientifica, deve essere dimostrabile, dopo aver effettuato ogni tipo di test.
3 L’importanza della ripetibilità
Adesso parliamo di un concetto fondamentale che costituisce una vera e propria colonna portante del metodo scientifico: la ripetibilità.
La capacità di poter ripetere un esperimento al di là del luogo dove si conduce e al di là di chi lo conduce, sta alla base della bontà delle teorie ipotizzate. Un esperimento condotto in questo modo certifica che l’ipotesi è attendibile e che riflette una legge della natura.
Cosa significa ripetibilità?
Cerchiamo di approfondire il concetto.
Un esperimento che viene eseguito più volte, con le medesime condizioni e variabili viene definito replicabile quando i risultati generati sono costantemente simili.
Ottenere risultati simili in modo consistente garantisce che le conclusioni possono essere considerate attendibile affidabili e valide per tutta la comunità scientifica.
Perché è così importante?
- Validazione delle scoperte: condurre lo stesso esperimento, nelle medesime condizioni, più volte è la prima che le conclusioni sono corrette. Questo aspetto è evidentemente importante per le discipline come la medicina o l’ingegneria, dove le scoperte hanno un ruolo fondamentale sulla salute dell’umo e della sua sicurezza.
- Costruzione della conoscenza scientifica: l’insieme delle conoscenze costituiscono la base della scienza. Una volta che un esperimento ha assunto la solidità di una teoria scientifica, questo costituisce il trampolino per nuove scoperte e nuove teorie. Se gli esperimenti non fossero ripetibili, non sarebbe possibile sviluppare ulteriormente nessuna disciplina. Non ci sarebbe un progresso.
- Prevenzione di falsi positivi: che la fase sperimentale sia importante lo si capisce soprattutto quando avvengono delle alterazioni dei risultati a causa di fattori nascosti come possono essere variabili che non sono state considerate o peggio ancora quando le misurazioni effettuate sono errate. Ecco perché, la ripetizione degli esperimenti tende ad annullare questi fattori esterni riducendo drasticamente che il risultato finale possa essere determinato da qualcosa di esterno al fenomeno stesso.
- Fiducia nella scienza: la ripetibilità ha anche un altro importante effetto: la fiducia nella scienza. Parliamo dei vaccini, ad esempio, un tema che negli ultimi anni ha assunto un’importanza vitale per il genere umano. Se la comunità scientifica non è in gradi di garantire un metodo rigoroso d’indagine, quanti di noi avrebbero comunque accettato di sottoporsi ai vaccini contro il Covid?Quando le persone sanno che le affermazioni scientifiche sono supportate da esperimenti che possono essere ripetuti da chiunque, la fiducia nell’oggettività e nell’affidabilità della ricerca scientifica si rafforza.
La ripetibilità è una procedimento essenziale che sostiene e legittima ogni scienza agli occhi della gente. Gli esperimenti che possono essere ripetuti confermano la bontà delle nuove scoperte e garantiscono che il sapere scientifico sia affidabile e utile per tutti.
4 Teoria e legge
4.1 Da ipotesi a teoria
Quando è che abbiamo una teoria?
La scienza è strutturata attraverso le sue teorie. Non parliamo di semplici speculazioni ma di una spiegazione che ci fa capire perché un fenomeno naturale accade e perché. Abbiamo quindi un panorama di evidenze talmente solido tanto da non avere più dubbi.
Le teorie sono generalmente più ampie di una singola ipotesi e possono fornire un framework prevedibile per comprendere e spiegare aspetti diversi della realtà fisica.
Per esempio, parliamo della famosa teoria dell’evoluzione. Chi la formulò per primo? Charles Darwin?
In realtà no.
Lui formula l’ipotesi sulle leggi che regolano l’evoluzione delle specie.
La teoria dell’evoluzione, e quindi la validazione delle sue ipotesi, arriva decenni dopo grazie alla paleontologia, alla genetica, e all’ecologia che hanno permesso agli scienziate di raccogliere dati e confermare le ipotesi di Darwin.
Ricordati dunque quella che è la formula magica del metodo scientifico:
del metodo scientifico:
Osservazione -> Formulazione di ipotesi -> Sperimentazione -> Analisi dei dati -> Conferma o revisione dell’ipotesi -> Teoria
4.2 Da teoria a legge
Finalmente ci siamo, è giunto il momento di fare il passo successivo, quello finale: la formulazione della legge scientifica.
Una legge scientifica va oltre la teoria e descrive un principio universale che regola e spiega i fenomeni naturali, osservati come costanti e invariabili nel tempo.
Una legge scientifica stabilisce un modello coerente di come accade un fenomeno naturale. Spesso viene rappresentata da una formula matematica senza però spiegare il perché degli eventi.
Quando una teoria descrive con precisione e senza eccezione un fenomeno, allora diventa una legge scientifica. Questo accade però solo quando abbiamo una serie di prove e di conferme ottenute attraverso esperimenti ripetuti nel tempi.
Per esempio, le leggi del moto di Newton inizialmente erano delle teorie basate sulle osservazioni dello scienziato inglese. Solo con il tempo, dopo che la comunità scientifica condusse ripetuti esperimenti, queste teorie furono accettate come leggi in grado di descrivere con precisione il movimento degli oggetti in una varietà di condizioni.
Le leggi scientifiche sono quindi considerate verità scientifiche definitive fino a prova contraria.
Va però detto che le leggi stesse possono essere messe in discussione e modificate se nuove prove e nuove teorie forniscono una spiegazione migliore e più completa dei fenomeni naturali.
Le leggi scientifiche sono quindi considerate verità scientifiche definitive fino a prova contraria. Tuttavia, è importante notare che anche le leggi possono essere messe in discussione e modificate se nuove evidenze o teorie forniscono una spiegazione migliore o più completa dei fenomeni osservati.
Dunque, per concludere, il passaggio da ipotesi a teoria, e da teoria a legge, indica il percorso che ha intrapreso il progresso continuo della scienza con lo scopo di capire e spiegare il mondo naturale.
Questo percorso testimonia sia il progresso della conoscenza, sia la sua organizzazione in una struttura schematica che aiuta gli scienziati e il pubblico a comprendere meglio la complessità dell’universo.
5. Il ruolo della peer review
Quando uno studio deve avere la validazione e la conferma per essere pubblicato, deve essere sottoposto al processo che viene chiamato: revisione paritaria o peer review
Si tratta di una procedura standard che serve per valutare e validare tutti i contributi inviati a riviste scientifiche. Tale processo, viene condotto da esperti del medesimo campo di studio del contributo per avere il via libera alla pubblicazione.
Vediamo in cosa consiste.
Significato e scopo della peer review
Gli scopi della peer review, rispetto alle ricerche pubblicate, sono due:
- Mantenere gli standard qualitativi
- Migliorare la loro validità e l’affidabilità
Questa procedura tende a garantire che le ricerche, valutate da uno o più esperti indipendenti, siano accurate da un punto di vista della metodologia, siano coerenti con gli argomenti trattati, siano valide e originali.
Come funziona la peer review
- Invio e selezione iniziale: il redattore della rivista scientifica fa un controllo preliminare per determinare se lo studio ricevuto sia idoneo e rilevante per la pubblicazione.
- Valutazione da parte dei revisori: superato il controllo iniziale, l’articolo viene inviato a uno o più revisori esperti del settore della ricerca. Lo studio, a questo punto, verrà valutato nel dettaglio in modo da evidenziare eventuali lacune e, se necessario, suggerire miglioramenti o correzioni.
- Feedback e revisione: gli esperti invieranno dei commenti agli autori dello studio per fare le modifiche necessarie. Questa fase comprende la correzione di errori, l’aggiunta di test supplementari o la riscrittura di parti dell’articolo per chiarirne meglio risultati e conclusioni.
- Decisione finale: dopo le revisioni, il redattore della rivista valuta la versione modificata dell’articolo. Basandosi sul feedback dei revisori e sulla qualità delle modifiche apportate dagli autori, decide se accettare o rifiutare l’articolo per la pubblicazione.
Benefici della peer review
L’obiettivo ultimo della revisione paritaria è quello di elevare la qualità degli studi pubblicati e aumentare la fiducia nella ricerca scientifica.
Inoltre, aiuta di conseguenza, a prevenire la pubblicazione e diffusione di studi sbagliati, di risultati falsi e imprecisi stimolando gli autori a produrre lavori e studi ben condotti.
Il processo di peer review può essere considerato come un incentivo educativo sia per gli autori che per i revisori fornendo loro gli strumenti per un pensiero critico e per apprendere nuove tecniche di ricerca.
La peer review, quindi, è un ingranaggio fondamentale per mantenere alto il livello degli studi scientifici garantendo che solo le ricerche siano condotte con rigore e con metodo.
