Ecco la Top 10 delle volte in cui l’immaginazione scientifica ha fallito (articolo di sciencenews.org)

fonte originale:
https://www.sciencenews.org/article/scientific-imagination-failure-atoms-gravitational-waves-nuclear-power

Traduzione & Commenti nel seguito:

La scienza, direbbero alcuni, è un’impresa che dovrebbe occuparsi solo di fatti freddi e concreti. I voli di immaginazione dovrebbero essere la provincia dei filosofi e dei poeti.

D’altra parte, come Albert Einstein ha astutamente osservato, “L’immaginazione è più importante della conoscenza”. La conoscenza, diceva, è limitata a ciò che sappiamo ora, mentre “l’immaginazione abbraccia il mondo intero, stimolando il progresso”.

Così con la scienza, l’immaginazione è stata spesso il preludio a progressi trasformativi nella conoscenza, rifacendo la comprensione del mondo da parte dell’umanità e permettendo nuove potenti tecnologie.

Eppure, anche se a volte ha avuto un successo spettacolare, l’immaginazione ha anche spesso fallito in modi che ritardano la rivelazione dei segreti della natura. Alcune menti, a quanto pare, sono semplicemente incapaci di immaginare che nella realtà ci sia di più di quello che già conoscono.

In molte occasioni gli scienziati hanno fallito nel prevedere modi per testare idee nuove, ridicolizzandole come non verificabili e quindi non scientifiche. Di conseguenza, non è troppo difficile trovare abbastanza fallimenti dell’immaginazione scientifica per compilare una lista di Top 10, iniziando con:

10. Atomi

Verso la metà del XIX secolo, la maggior parte degli scienziati credeva negli atomi. Soprattutto i chimici. John Dalton aveva dimostrato che i semplici rapporti dei diversi elementi che compongono i composti chimici implicavano fortemente che ogni elemento consisteva di minuscole particelle identiche. Le ricerche successive sul peso di quegli atomi hanno reso la loro realtà piuttosto difficile da contestare. Ma questo non ha scoraggiato il fisico-filosofo Ernst Mach. Anche all’inizio del 20° secolo, lui e molti altri insistevano che gli atomi non potevano essere reali, perché non erano accessibili ai sensi. Mach credeva che gli atomi fossero un “artificio mentale”, comode finzioni che aiutavano a calcolare i risultati delle reazioni chimiche. “Ne hai mai visto uno?”, chiedeva.

A parte la fallacia di definire la realtà come “osservabile”, il principale fallimento di Mach fu la sua incapacità di immaginare un modo in cui gli atomi potessero essere osservati. Anche dopo che Einstein provò l’esistenza degli atomi per via indiretta nel 1905, Mach rimase fermo sulla sua posizione. Non era a conoscenza, naturalmente, delle tecnologie del XX secolo che la meccanica quantistica avrebbe reso possibili, e quindi non prevedeva nuovi potenti microscopi che avrebbero potuto mostrare immagini reali degli atomi (e permettere a una certa azienda informatica di trascinarli in giro per scrivere IBM).

9. Composizione delle stelle

Le opinioni di Mach erano simili a quelle di Auguste Comte, un filosofo francese che ha dato origine all’idea di positivismo, che nega la realtà a qualsiasi cosa che non sia un oggetto dell’esperienza sensoriale. La filosofia di Comte ha portato (e in alcuni casi porta ancora) molti scienziati fuori strada. Il suo più grande fallimento dell’immaginazione fu un esempio che offrì per ciò che la scienza non avrebbe mai potuto sapere: la composizione chimica delle stelle.

Incapace di immaginare che qualcuno potesse permettersi un biglietto sul 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 studiare le loro dimensioni, le loro forme e i loro movimenti, disse, “mentre non sapremmo mai studiare con nessun mezzo la loro composizione chimica, o la loro struttura mineralogica”, o la loro temperatura, che “ci sarà sempre necessariamente nascosta”.

Nel giro di pochi decenni, però, una nuova tecnologia chiamata spettroscopia permise agli astronomi di analizzare i colori della luce emessa dalle stelle. E poiché ogni elemento chimico emette (o assorbe) precisi colori (o frequenze) della luce, ogni serie di colori è come un’impronta digitale chimica, un indicatore infallibile dell’identità di un elemento. Usare uno spettroscopio per osservare la luce delle stelle può quindi rivelare la chimica delle stelle, esattamente ciò che Comte riteneva impossibile.

8. Canali su Marte

A volte l’immaginazione fallisce a causa della sua sovrabbondanza piuttosto che della sua assenza. Nel caso del dramma infinito sulla possibilità di vita su Marte, i famosi canali di quel pianeta si sono rivelati essere frutto di un’immaginazione scientifica iperattiva.

Osservati per la prima volta alla fine del XIX secolo, i canali marziani si presentavano come strisce sulla superficie del pianeta, descritte come canali dall’astronomo italiano Giovanni Schiaparelli. Canali è però l’italiano per i “channels”, non per i “canals”. Quindi in questo caso qualcosa è stato guadagnato (piuttosto che perso) nella traduzione – l’idea che Marte fosse abitato. “I canali sono scavati”, osservò l’astronomo britannico Norman Lockyer nel 1901, “ergo c’erano gli scavatori”. Presto gli astronomi immaginarono un elaborato sistema di canali che trasportavano l’acqua dai poli marziani alle assetate aree metropolitane e ai centri agricoli. (Alcuni osservatori immaginarono di vedere canali anche su Venere e Mercurio).
La mappa di Giovanni Schiaparelli del 19° secolo dei canali su Marte

[…]

Con un’immaginazione più limitata, aiutata da migliori telescopi e traduzioni, la credenza nei canali marziani alla fine è svanita. Si trattava semplicemente dei venti marziani che soffiavano polvere (chiara) e sabbia (scura) intorno alla superficie in modi che occasionalmente facevano allineare strisce chiare e scure in modo ingannevole – per occhi attaccati a cervelli troppo fantasiosi.

7. 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 trovò 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 scoprì, tuttavia, che Fermi aveva inconsapevolmente dimostrato la fissione nucleare. I prodotti del suo bombardamento erano in realtà elementi più leggeri, precedentemente conosciuti – frammenti scissi dal nucleo di uranio pesante. Naturalmente, gli scienziati più tardi accreditati con la scoperta della fissione, Otto Hahn e Fritz Strassmann, non capirono nemmeno i loro risultati. L’ex collaboratrice di Hahn, Lise Meitner, fu quella che spiegò quello che 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 la ascoltò.

6. Rilevare i neutrini

Negli anni ’20, la maggior parte dei fisici si era convinta che la natura fosse costruita da due sole particelle di base: protoni carichi positivamente ed elettroni carichi negativamente. Alcuni avevano però immaginato la possibilità di una particella senza carica elettrica. Una proposta specifica per una tale particella venne nel 1930 dal fisico austriaco Wolfgang Pauli. Egli suggerì che una particella senza carica potesse spiegare una sospetta perdita di energia osservata nella radioattività delle particelle beta. L’idea di Pauli fu elaborata matematicamente da Fermi, che chiamò la particella neutra il neutrino. La matematica di Fermi fu poi esaminata dai fisici Hans Bethe e Rudolf Peierls, che dedussero che il neutrino avrebbe attraversato la materia così facilmente che non c’era alcun modo immaginabile per rilevare la sua esistenza (a parte costruire un serbatoio di idrogeno liquido largo 6 milioni di miliardi di miglia). “Non c’è nessun modo praticamente possibile di osservare il neutrino”, conclusero Bethe e Peierls.

Ma non avevano immaginato la possibilità di trovare una fonte di un numero enorme di neutrini ad alta energia, in modo che alcuni potessero essere catturati anche se quasi tutti scappavano. Nessuna fonte del genere era conosciuta 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 disse in seguito di aver cercato un modo per rilevare il neutrino proprio perché tutti gli avevano detto che non era possibile rilevare il neutrino.

5. Energia nucleare

Ernest Rutherford, uno dei più grandi fisici sperimentali del XX secolo, non era esattamente privo di immaginazione. Immaginò l’esistenza del neutrone una dozzina di anni prima che fosse scoperto, e capì che uno strano esperimento condotto dai suoi assistenti aveva rivelato che gli atomi contenevano un denso nucleo centrale. Era chiaro che il nucleo atomico conteneva un’enorme quantità di energia, ma Rutherford non riusciva a immaginare alcun modo per estrarre questa 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 richiesto energia per liberarla. Chiunque dica che possiamo sfruttare l’energia atomica “parla a vanvera”, dichiarò Rutherford. Per essere giusti, Rutherford qualificò l’osservazione lunare dicendo “con le nostre conoscenze attuali”, quindi in un certo senso forse stava anticipando la scoperta della fissione nucleare pochi anni dopo. (E alcuni storici hanno suggerito che Rutherford immaginava davvero il potente rilascio di energia nucleare, ma pensava che fosse una cattiva idea e voleva scoraggiare le persone dal tentare).

[…]

4. Età della Terra

La reputazione dell’immaginazione di Rutherford fu rafforzata dalla sua deduzione che la materia radioattiva nel sottosuolo potesse risolvere il mistero dell’età della Terra. A metà del 19° secolo, William Thomson (più tardi conosciuto come Lord Kelvin) calcolò che l’età della Terra fosse poco più di 100 milioni di anni, e forse molto meno. I geologi insistevano che la Terra doveva essere molto più vecchia – forse miliardi di anni – per spiegare le caratteristiche geologiche del pianeta.

Kelvin calcolò la sua stima assumendo che la Terra fosse nata come una massa rocciosa fusa che poi si raffreddò fino alla temperatura attuale. Ma dopo la scoperta della radioattività alla fine del XIX secolo, Rutherford fece notare che essa forniva una nuova fonte di calore all’interno della Terra. Mentre teneva un discorso (in presenza di Kelvin), Rutherford suggerì che Kelvin aveva praticamente profetizzato una nuova fonte di calore planetario.

Mentre la trascuratezza di Kelvin per la radioattività è la storia standard, un’analisi più approfondita mostra che aggiungere quel calore ai suoi calcoli non avrebbe cambiato molto la sua stima. Piuttosto, l’errore di Kelvin fu quello di assumere 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 notevolmente i calcoli di Kelvin – abbastanza da permettere alla Terra di avere miliardi di anni. Si scoprì che il mantello terrestre è fluido su lunghe scale temporali, il che non solo spiega l’età della Terra, ma anche la tettonica a placche.

3. Violazione della parità di carica

Prima della metà degli anni ’50, nessuno immaginava che le leggi della fisica si preoccupassero della parità di carica. Le stesse leggi dovrebbero governare la materia in azione quando la si guarda dritta o in uno specchio, così come le regole del baseball si applicano 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 “parità”) potrebbe essere violata dalla forza nucleare debole, e gli esperimenti confermarono presto il loro sospetto.

Ripristinare la sanità mentale in natura, pensavano molti fisici, richiedeva l’antimateria. Se ci si limitava a scambiare la sinistra con la destra (immagine speculare), alcuni processi subatomici mostravano una mano preferita. Ma se si sostituiva anche la materia con l’antimateria (invertendo la carica elettrica), si ripristinava l’equilibrio tra sinistra e destra. In altre parole, invertendo sia la carica (C) che la parità (P) il comportamento della natura rimaneva invariato, un principio noto come simmetria CP. La simmetria CP doveva essere perfettamente esatta, altrimenti le leggi della natura sarebbero cambiate se si andava indietro (invece che avanti) nel tempo, e nessuno poteva immaginarlo.

Nei primi anni ’60, James Cronin e Val Fitch testarono la perfezione della simmetria CP studiando le particelle subatomiche chiamate kaoni e le loro controparti antimateria. I kaon e gli antikaon hanno entrambi carica zero ma non sono identici, perché sono fatti di quark diversi. Grazie alle strane regole della meccanica quantistica, i kaon possono trasformarsi in antikaon e viceversa. Se la simmetria CP è esatta, ognuno dovrebbe trasformarsi nell’altro altrettanto spesso. Ma Cronin e Fitch hanno scoperto che gli antikaon si trasformano in kaon più spesso che il contrario. E questo implicava che le leggi della natura permettevano una direzione preferita del tempo. “La gente non voleva crederci”, ha detto Cronin in un’intervista del 1999. La maggior parte dei fisici ci crede oggi, ma le implicazioni della violazione del CP per la natura del tempo e altre questioni cosmiche rimangono misteriose.

Commento (Ing. Tufano):
Il mistero è presto detto .. attualmente si suppone che sia la materia che la antimateria abbiano lo stesso spin. Viceversa ciò è infondato. La dimostrazione richiede tempo e ve la risparmio. ma un delle conseguenze notevoli e la formazione del nostro universo per collisione di universi di proto_materia e proto_antimateria. Quindi ci sono universi di antimateria che ce la inviano dal cosmo come è misurabile.

2. Il comportamentismo contro il cervello

All’inizio del XX secolo, il dogma del comportamentismo, iniziato da John Watson e sostenuto poco più tardi da B.F. Skinner, ha intrappolato gli psicologi in un paradigma che ha letteralmente escluso l’immaginazione dalla scienza. Il cervello – sede di tutta l’immaginazione – è una “scatola nera”, insistevano i comportamentisti. Le regole della psicologia umana (per lo più dedotte da esperimenti con ratti e piccioni) potevano essere stabilite scientificamente solo osservando il comportamento. Era scientificamente insensato indagare sul funzionamento interno del cervello che dirigeva tale comportamento, poiché tale funzionamento era in linea di principio inaccessibile 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 accade dentro di lei”, proclamava Skinner, “l’indagine è portata alla fine”.

La BS comportamentista di Skinner ha fatto il lavaggio del cervello a una o due generazioni di seguaci, facendogli credere che il cervello non potesse essere studiato. Ma fortunatamente per le neuroscienze, alcuni fisici prevedevano metodi per osservare l’attività neurale nel cervello senza aprire il cranio, mostrando un’immaginazione che mancava ai comportamentisti. Negli anni ’70 Michel Ter-Pogossian, Michael Phelps e colleghi svilupparono la tecnologia di scansione PET (tomografia a emissione di positroni), che utilizza traccianti radioattivi per monitorare l’attività cerebrale. La scansione PET è ora integrata dalla risonanza magnetica, basata sulle idee sviluppate negli anni ’30 e ’40 dai fisici I.I. Rabi, Edward Purcell e Felix Bloch.

1. Onde gravitazionali

Oggi gli astrofisici sono tutti agitati per le onde gravitazionali, che possono rivelare tutti i tipi di segreti su ciò che accade nell’universo lontano. Tutti acclamano Einstein, la cui teoria della gravità – la relatività generale – spiega l’esistenza delle onde. Ma Einstein non è stato il primo a proporre l’idea. Nel XIX secolo, James Clerk Maxwell ideò la matematica che spiega le onde elettromagnetiche e ipotizzò che la gravità potesse indurre onde simili in un campo gravitazionale. Non riuscì però a capire come. Più tardi altri scienziati, tra cui Oliver Heaviside e Henri Poincaré, specularono sulle onde gravitazionali. Quindi la possibilità della loro esistenza era stata certamente immaginata.

Ma molti fisici dubitavano che le onde esistessero, o se esistevano, non potevano 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”. Anche Einstein non aveva idea di come rilevare le onde gravitazionali, sebbene avesse elaborato la matematica che le descriveva in un articolo del 1918. Nel 1936 decise che la relatività generale non prevedeva affatto le onde gravitazionali. Ma il documento che le rifiutava era semplicemente sbagliato.

Commento (Ing. Tufano):
Infatti la RG (Relatività Generale) va modifica per misurare le onde gravitazionali che sono un effetto di una sorgente gravitazionale, così come serve una sorgente elettromagnetica per avere onde elettromagentiche.
L’articolo in cui spiego come si producono è al link seguente:

Time Might Not Exist, According to Physicists – Il tempo potrebbe non esistere, secondo i fisici

link: https://6viola.wordpress.com/2022/04/23/time-might-not-exist-according-to-physicists-il-tempo-potrebbe-non-esistere-secondo-i-fisici/

[…]

Come si è scoperto, naturalmente, le onde gravitazionali sono reali e possono essere rilevate. All’inizio sono state verificate indirettamente, dalla diminuzione della distanza tra pulsar in orbita reciproca. E più recentemente sono state rilevate direttamente da enormi esperimenti basati su 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 possa talvolta ottundere 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 l’immaginazione più sfrenata di filosofi e poeti.