La scienza, direbbe qualcuno, è un’impresa che dovrebbe occuparsi esclusivamente di fatti freddi e duri. I voli dell’immaginazione dovrebbero essere la merce di filosofi e poeti. D’altra parte, come osservò così astutamente Albert Einstein, “l’immaginazione è più importante della conoscenza”. La conoscenza, ha detto, è limitata a ciò che sappiamo ora, mentre “l’immaginazione abbraccia il mondo intero, stimolando il progresso”.
Scienza e pregiudizi
Così, con la scienza, l’immaginazione è stata spesso il preludio ai progressi trasformativi della conoscenza, rifacendo la comprensione del mondo da parte dell’umanità e consentendo nuove potenti tecnologie. Eppure, sebbene a volte abbia avuto un successo spettacolare, l’immaginazione ha anche spesso fallito in modi che hanno ritardato la rivelazione dei segreti della natura. Alcune menti, a quanto pare, sono semplicemente incapaci di immaginare che ci sia di più nella realtà di quello che già sanno.
In molte occasioni gli scienziati non sono riusciti a prevedere modi per testare nuove idee, ridicolizzandole come non verificabili e quindi non scientifiche. Di conseguenza non è troppo impegnativo trovare fallimenti dell’immaginazione scientifica per compilare una lista dei primi 5, a cominciare da:
5. Atomi
Entro la metà del 19° secolo, la maggior parte degli scienziati credeva negli atomi, chimici in particolare. John Dalton aveva dimostrato che i rapporti semplici di diversi elementi che compongono i composti chimici implicavano fortemente che ogni elemento fosse costituito da minuscole particelle identiche. Successive ricerche sui pesi di quegli atomi hanno reso la loro realtà piuttosto difficile da contestare per la scienza.
Ma questo non ha scoraggiato il fisico-filosofo Ernst Mach. Anche all’inizio del 20° secolo, lui e un certo numero di altri insistevano sul fatto che gli atomi non potevano essere reali, poiché non erano accessibili ai sensi. Mach credeva che gli atomi fossero un “artificio mentale”, finzioni convenienti che aiutavano a calcolare i risultati delle reazioni chimiche. “Ne hai mai visto uno?” avrebbe chiesto.
A parte l’errore di definire la realtà come “osservabile”, il principale fallimento di Mach è stata la sua incapacità di immaginare un modo in cui gli atomi potessero essere osservati. Anche dopo che Einstein ha dimostrato l’esistenza degli atomi con mezzi indiretti nel 1905, Mach ha mantenuto la sua posizione.
Non era a conoscenza, ovviamente, delle tecnologie del 20° secolo che la meccanica quantistica avrebbe consentito, e quindi non prevedeva nuovi potenti microscopi in grado di mostrare immagini reali di atomi (e consentire a una certa società di informatica di trascinarli in giro per sillabare IBM).
4. Composizione delle stelle
Le opinioni di Mach erano simili a quelle di Auguste Comte, un filosofo francese che ha originato l’idea del positivismo, che nega la realtà a qualsiasi cosa diversa dagli oggetti dell’esperienza sensoriale. La filosofia di Comte ha portato (e in alcuni casi porta ancora) molti scienziati fuori strada. Il suo più grande fallimento di immaginazione fu un esempio che offrì per ciò che la scienza non avrebbe mai potuto conoscere: la composizione chimica delle stelle.
Incapace di immaginare che qualcuno potesse permettersi un biglietto per il razzo spaziale di qualche imprenditore, Comte sostenne nel 1835 che l’identità dei componenti delle stelle sarebbe rimasta per sempre al di là della conoscenza umana. Potremmo studiarne le dimensioni, le forme e i movimenti, ha detto, “mentre non sapremmo mai studiare con alcun mezzo la loro composizione chimica, o la loro struttura mineralogica”, o del resto, la loro temperatura, che “sarà necessariamente sempre nascosta da noi.”
Nel giro di pochi decenni, tuttavia, una nuova tecnologia chiamata spettroscopia venne in aiuto della scienza e consentì agli astronomi di analizzare i colori della luce emessa dalle stelle. E poiché ogni elemento chimico emette (o assorbe) colori (o frequenze) di luce precisi, ogni insieme di colori è come un’impronta chimica, un indicatore infallibile dell’identità di un elemento. L’uso di uno spettroscopio per osservare la luce delle stelle può quindi rivelare la chimica delle stelle, esattamente ciò che Comte riteneva impossibile.
3. Canali su Marte
A volte l’immaginazione fallisce a causa della sua sovrabbondanza piuttosto che dell’assenza. Nel caso del dramma senza fine sulla possibilità della vita su Marte, i famosi canali di quel pianeta si sono rivelati frutto di un’immaginazione scientifica iperattiva.
Per la prima volta “osservati” alla fine del XIX secolo, i canali marziani si presentarono come striature sulla superficie del pianeta, descritti come tali dall’astronomo italiano Giovanni Schiaparelli.
Quindi in questo caso qualcosa di immaginifico fu preso per vero: l’idea che Marte fosse abitato. “I canali sono scavati”, osservò l’astronomo britannico Norman Lockyer nel 1901, “ergo c’erano degli scavatori”. Ben presto gli astronomi immaginarono un elaborato sistema di canali che trasportavano l’acqua dai poli marziani alle aree metropolitane assetate e ai centri agricoli. (Alcuni osservatori hanno persino immaginato di vedere canali su Venere e Mercurio.)
Con un’immaginazione più limitata, aiutata da telescopi e traduzioni migliori, la fede nei canali marziani alla fine svanì. Erano semplicemente i venti marziani che soffiavano polvere (luminosa) e sabbia (scura) sulla superficie in modi che occasionalmente facevano allineare strisce luminose e scure in modo ingannevole, agli occhi attaccati a cervelli eccessivamente fantasiosi.
2. Fissione nucleare
Nel 1934, il fisico italiano Enrico Fermi bombardò l’uranio (numero atomico 92) e altri elementi con neutroni, la particella scoperta solo due anni prima da James Chadwick. Fermi ha scoperto che tra i prodotti c’era un nuovo elemento non identificabile. Pensava di aver creato l’elemento 93, più pesante dell’uranio. Non riusciva a immaginare nessun’altra spiegazione. Nel 1938 Fermi ricevette il Premio Nobel per la fisica per aver dimostrato “l’esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti dall’irradiazione di neutroni”.
Si è scoperto, tuttavia, che Fermi aveva inconsapevolmente dimostrato la fissione nucleare. I suoi prodotti di bombardamento erano in realtà elementi più leggeri, precedentemente noti: frammenti separati dal nucleo di uranio pesante. Naturalmente, anche gli scienziati accreditati in seguito di aver scoperto la fissione, Otto Hahn e Fritz Strassmann, non capirono i loro risultati. L’ex collaboratrice di Hahn, Lise Meitner, è stata quella che ha spiegato cosa avevano fatto. Un’altra donna, la chimica Ida Noddack, aveva immaginato la possibilità della fissione per spiegare i risultati di Fermi, ma per qualche motivo nessuno l’ascoltò.
1. Rilevazione dei neutrini
Negli anni ’20, la maggior parte dei fisici si era convinta che la natura fosse costituita da due sole particelle fondamentali: protoni caricati positivamente ed elettroni caricati negativamente. Alcuni avevano, tuttavia, immaginato la possibilità di una particella senza carica elettrica. Una proposta specifica per una tale particella venne nel 1930 dal fisico austriaco Wolfgang Pauli. Sugger che una particella senza carica avrebbe potuto spiegare una sospetta perdita di energia osservata nella radioattività delle particelle beta.
L’idea di Pauli è stata elaborata matematicamente da Fermi, che ha chiamato la particella neutra il neutrino. La matematica di Fermi è stata quindi esaminata dai fisici Hans Bethe e Rudolf Peierls, i quali dedussero che il neutrino sarebbe sfrecciato attraverso la materia così facilmente che non ci sarebbe stato modo immaginabile di rilevarne l’esistenza (a meno di costruire un serbatoio di idrogeno liquido largo 6 milioni di miliardi di km). “Praticamente non esiste un modo possibile per osservare il neutrino”, conclusero Bethe e Peierls.
Ma non riuscirono ad immaginare la possibilità di trovare una fonte enorme di neutrini ad alta energia, in modo che alcuni potessero essere catturati anche se la maggior parte sarebbero sfuggiti. Nessuna fonte del genere era nota fino a quando non furono inventati i reattori a fissione nucleare. Negli anni ’50, Frederick Reines e Clyde Cowan usarono i reattori per stabilire definitivamente l’esistenza del neutrino. Reines in seguito disse di aver cercato un modo per rilevare il neutrino proprio perché tutti gli avevano detto che non era possibile rilevare il neutrino.
Menzioni speciali
Ovviamente non ci possiamo fermare senza perlomeno citare in una sezione ulteriore, le menzioni speciali:
Energia nucleare
Ernest Rutherford, uno dei più grandi fisici sperimentali del 20° secolo, non era esattamente privo di fantasia pur essendo un uomo di scienza. Immaginò l’esistenza del neutrone una dozzina di anni prima che fosse scoperto e scoprì che uno strano esperimento condotto dai suoi assistenti aveva rivelato che gli atomi contenevano un denso nucleo centrale.
Era chiaro che il nucleo atomico racchiudeva un’enorme quantità di energia, ma Rutherford non riusciva a immaginare alcun modo per estrarre quell’energia per scopi pratici. Nel 1933, in una riunione della British Association for the Advancement of Science, notò che sebbene il nucleo contenesse molta energia, avrebbe anche avuto bisogno di energia per rilasciarla. Chiunque dica che possiamo sfruttare l’energia atomica “sta parlando di nonsense”, dichiarò Rutherford.
Ad essere onesti, Rutherford qualificò l’osservazione del nonsense “con la nostra attuale conoscenza”, quindi in un certo senso forse stava anticipando la scoperta della fissione nucleare pochi anni dopo. Alcuni storici successivamente suggerirono che Rutherford avesse immaginato il potente rilascio di energia nucleare, ma pensò che fosse una cattiva idea e voleva scoraggiare le persone dal tentarla.
Età della Terra
La reputazione di Rutherford per l’immaginazione è stata rafforzata dalla sua deduzione che la materia radioattiva nel sottosuolo avrebbe potuto risolvere il mistero dell’era della Terra. A metà del 19° secolo, William Thomson (in seguito noto come Lord Kelvin) calcolò che l’età della Terra avesse qualcosa di poco più di 100 milioni di anni, e forse molto meno. I geologi hanno insistito per decenni sul fatto che la Terra doveva essere molto più antica, forse di miliardi di anni, per spiegare le caratteristiche geologiche del pianeta.
Kelvin calcolò la sua stima supponendo che la Terra fosse nata come una massa rocciosa fusa che poi si fosse raffreddata alla sua temperatura attuale. Ma in seguito alla scoperta della radioattività alla fine del 19° secolo, Rutherford sottolineò che essa forniva una nuova fonte di calore all’interno della Terra. Durante un discorso (alla presenza di Kelvin), Rutherford suggerì che Kelvin aveva sostanzialmente profetizzato una nuova fonte di calore planetario.
Sebbene l’abbandono della radioattività da parte di Kelvin sia la storia standard, un’analisi più approfondita mostra che aggiungere quel calore alla sua matematica non avrebbe cambiato molto la sua stima. Piuttosto, l’errore di Kelvin è stato presumere che l’interno fosse rigido. John Perry (uno degli ex assistenti di Kelvin) dimostrò nel 1895 che il flusso di calore in profondità all’interno della Terra avrebbe alterato considerevolmente i calcoli di Kelvin, abbastanza da consentire alla Terra di avere miliardi di anni. Si è scoperto che il mantello terrestre è fluido su scale temporali lunghe, il che non solo spiega l’età della Terra, ma anche la scienza dietro la tettonica delle placche.
Violazione della simmetria
Prima della metà degli anni ’50, nessuno immaginava che le leggi della fisica dessero importanza alla “direzione”. Le stesse leggi dovrebbero governare la materia in azione se vista direttamente o allo specchio, proprio come le regole del baseball si applicavano allo stesso modo a Ted Williams e Willie Mays, per non parlare di Mickey Mantle. Ma nel 1956 i fisici Tsung-Dao Lee e Chen Ning Yang suggerirono che la perfetta simmetria destra-sinistra o “simmetria” poteva essere violata dalla debole forza nucleare, e gli esperimenti confermarono presto il loro sospetto.
Riportare la normalità nella natura, pensavano molti fisici, richiedeva l’antimateria. Se cambi sinistra con destra (immagine speculare), alcuni processi subatomici hanno mostrato una elicità preferita. Ma se sostituisse anche la materia con l’antimateria (commutazione della carica elettrica), l’equilibrio sinistra-destra verrebbe ripristinato.
In altre parole, l’inversione sia della carica (C) che della parità (P) ha lasciato invariato il comportamento della natura, un principio noto come simmetria CP. La simmetria CP doveva essere perfettamente esatta; altrimenti le leggi della natura cambierebbero se andassi indietro (anziché avanti) nel tempo, e nessuno potrebbe neanche accorgersene.
All’inizio degli anni ’60, James Cronin e Val Fitch testarono la perfezione della simmetria CP studiando le particelle subatomiche chiamate kaoni e le loro controparti di antimateria. Kaon e antikaon hanno entrambi carica zero ma non sono identici, perché sono costituiti da quark diversi. Grazie alle regole bizzarre della meccanica quantistica, i kaon possono trasformarsi in antikaon e viceversa.
Se la simmetria CP è esatta, ciascuna dovrebbe trasformarsi nell’altra con la stessa frequenza. Ma Cronin e Fitch hanno scoperto che gli antikaon si trasformano in kaon più spesso che il contrario. E ciò implicava che le leggi della natura consentissero una direzione preferita del tempo.
“La gente non voleva crederci”, ha detto Cronin in un’intervista del 1999. La maggior parte dei fisici oggi ci crede, ma le implicazioni della violazione di CP per la natura del tempo e altre questioni cosmiche rimangono misteriose.
Il comportamentismo VS il cervello
All’inizio del XX secolo, il dogma del comportamentismo, iniziato da John Watson e sostenuto poco dopo da B.F. Skinner, ha intrappolato gli psicologi in un paradigma che ha letteralmente asportato l’immaginazione dalla scienza.
Il cervello, sede di tutta l’immaginazione, è una “scatola nera”, hanno insistito i comportamentisti. Le regole della psicologia umana (per lo più dedotte da esperimenti con ratti e piccioni) potrebbero essere stabilite scientificamente solo osservando il comportamento.
Per la scienza non aveva senso indagare sul funzionamento interno del cervello che dirigeva tale comportamento, poiché tali meccanismi erano in linea di principio inaccessibili all’osservazione umana. In altre parole, l’attività all’interno del cervello era considerata scientificamente irrilevante perché non poteva essere osservata. “Quando ciò che una persona fa viene attribuito a ciò che sta accadendo dentro di lui”, ha proclamato Skinner, “l’indagine finisce”.
Il comportamentista Skinner ha fatto il lavaggio del cervello a una o due generazioni di seguaci facendogli pensare che il cervello fosse oltre le capacità oggettive studio. Ma fortunatamente per le neuroscienze, alcuni fisici hanno previsto metodi per osservare l’attività neurale nel cervello senza spaccare il cranio, esibendo un’immaginazione che mancava ai comportamentisti.
Negli anni ’70 Michel Ter-Pogossian, Michael Phelps e colleghi hanno sviluppato la tecnologia di scansione PET (tomografia a emissione di positroni), che utilizza traccianti radioattivi per monitorare l’attività cerebrale. La scansione PET è ora completata dalla risonanza magnetica, basata sulle idee sviluppate negli anni ’30 e ’40 dai fisici I.I. Rabi, Edward Purcell e Felix Bloch.
Onde gravitazionali
Al giorno d’oggi gli astrofisici sono tutti entusiasti delle onde gravitazionali, che possono rivelare tutti i tipi di segreti su ciò che accade nel lontano universo. Tutti inneggiano Einstein, la cui teoria della gravità, la relatività generale, spiega l’esistenza delle onde. Ma Einstein non fu il primo a proporre l’idea alla scienza. Nel 19° secolo, James Clerk Maxwell ideò la matematica per spiegare le onde elettromagnetiche e ipotizzò che la gravità potesse indurre allo stesso modo onde in un campo gravitazionale.
Non riusciva a capire come, però. Successivamente altri scienziati, tra cui Oliver Heaviside e Henri Poincaré, hanno ipotizzato le onde gravitazionali. Quindi la possibilità della loro esistenza era stata certamente immaginata e compresa seppure come pura ipotesi.
Ma molti fisici dubitavano dell’esistenza delle onde o, se fossero esistite, non avrebbero potuto immaginare alcun modo per dimostrarlo. Poco prima che Einstein completasse la sua teoria della relatività generale, il fisico tedesco Gustav Mie dichiarò che “la radiazione gravitazionale emessa… da qualsiasi particella di massa oscillante è così straordinariamente debole che è impensabile rilevarla con qualsiasi mezzo”.
Persino Einstein non aveva idea di come rilevare le onde gravitazionali, anche se ha elaborato la matematica descrivendole in un articolo del 1918. Nel 1936 decise che la relatività generale non prevedeva affatto le onde gravitazionali. Ma il giornale che respingeva tali conclusioni era semplicemente in torto.
Come si è scoperto, ovviamente, le onde gravitazionali sono reali e possono essere rilevate. In un primo momento sono state verificate indirettamente, dalla distanza decrescente tra pulsar in orbita reciproca. E più recentemente sono state rilevate direttamente da enormi esperimenti basati sui laser. Nessuno era stato in grado di immaginare di rilevare le onde gravitazionali un secolo fa perché nessuno aveva immaginato l’esistenza di pulsar o laser.
Tutti questi fallimenti mostrano come il pregiudizio a volte possa offuscare l’immaginazione. Ma mostrano anche come un fallimento dell’immaginazione possa ispirare la ricerca di un nuovo successo. Ed è per questo che la scienza, così spesso deviata dal dogma, riesce ancora in qualche modo, su scale temporali abbastanza lunghe, a fornire meraviglie tecnologiche e intuizioni cosmiche oltre la più sfrenata immaginazione di filosofi e poeti.
