Piccoli pensieri eretici su teorie e modelli in geologia

 

Sandra Piacente

 

Teoria e modello due parole molto frequenti nelle scienze sperimentali, a volte usate, erroneamente, come sinonimi, comunque due termini che portano ad analizzare i modi che l’uomo ha utilizzato per giungere alla conoscenza e i mezzi per conseguirla. La parola teoria deriva dal greco θεορειν, termine che indica l’azione del contemplare: nel suo significato sono racchiusi lo spirito e la saggezza dei filosofi greci che, attribuendo supremazia dell’atto contemplativo, lo assimilano, anzi lo identificano, all’atto del conoscere. Quando si osservano i fatti concreti, così come si presentano ai nostri occhi, o come più frequentemente accade nelle scienze sperimentali, quando si è davanti alle conseguenze di quanto è accaduto, si ha la sensazione di avere a che fare con una realtà innegabile, certa, comunque esistente, indipendentemente da qualsiasi spiegazione che di essa si voglia, o si possa dare, una realtà, quindi, autoreggente. Nasce così la tentazione di accordare un ruolo primario a questo tipo di certezza e di imboccare inevitabilmente la strada dell’empirismo: la necessità di ricorrere a una teoria apparirebbe superflua. Se si supera però la fase puramente osservativa e descrittiva, la τεχνη dei greci, i fatti e i fenomeni osservati acquistano rilevanza soltanto se è possibile intravedere il loro inserimento in uno schema concettuale accettabile; subentra allora la necessità di formulare dei principi nei quali collocare le dimostrazioni logiche: si tenta allora di formulare una teoria.

 

Ma il ricercatore sa perfettamente che nel mondo della scienza certezze assolute e definitive non ve ne sono. Ha senso allora parlare di una forma teorica ideale per spiegare i fenomeni naturali, se con il termine di “teoria ideale” si deve intendere quella che comporta una validità assoluta dei principi e degli schemi esplicativi che essa contiene? Che fare allora? Le possibilità sono due: rinunciare a ogni tentativo di acquisire delle certezze e accontentarsi dell’efficacia di un certo numero di conoscenze empiriche; oppure tentare di costruire delle reti di conoscenze più sicure, nella consapevolezza però che al massimo si potrà giungere a formulare delle teorie molto parziali, incomplete, perfettibili e, cosa più importante ancora, mutabili. Nel campo scientifico, e soprattutto nel settore delle scienze sperimentali, e ancora di più nelle scienze geologiche che non possono essere definite “sperimentali” in assoluto (ma questo è tutto un altro discorso che meriterebbe un approfondito e specifico dibattito), le teorie che si formulano o che si adottano, non solo devono tener conto di un certo equilibrio tra i contributi dell’osservazione e quelli della ragione, ma per essere accettate devono essere compatibili con il contesto culturale e sociale del tempo in cui sono state formulate.

 

Occorre quindi spiegare quali siano le fonti possibili delle nostre certezze. Però bisogna intendersi sulla parola spiegare. Spiegare significa rendere conto dei fenomeni a partire da qualcosa di diverso da essi, qualcosa a cui essi possano essere associati attraverso relazioni considerate come necessarie o quanto meno altamente possibili. La spiegazione implica sempre l’intervento di processi elementari che si ritiene ne siano all’origine, in modo da formulare delle ipotesi di interazioni tra le parti. Inoltre la spiegazione, come la definizione, deve mettere in luce non soltanto ciò che lega l’oggetto studiato ad altri, ma anche i tratti e le peculiarità che lo differenziano. Una delle maggiori difficoltà dell’elaborazione teorica sta allora nella scelta di un livello di generalità adeguato, che è sempre legato al grado di precisione e di attendibilità dei dati e delle osservazioni accessibili e alla scelte di quelle variabili ritenute qualitativamente e quantitativamente pertinenti. Non va dimenticato, inoltre, che in ogni campo della scienza esistono dei periodi di relativa tranquillità, di assuefazione ed accettazione di alcuni "dogmi", separati da radicali cambiamenti, in cui si passa da un sostegno quasi esclusivo nei confronti di una teoria ad uno ugualmente totale di appoggio ad un’altra spesso incompatibile con la precedente. Ogni passaggio di questo tipo è caratterizzato sovente da un modo radicale di intendere l’intera disciplina. Uno dei compiti della scienza è anche quello di far emergere questi problemi e queste contraddizioni e di cercare di capirli, cosa che già si realizza mettendone in evidenza la loro origine e utilizzando un linguaggio che non sia esso stesso contraddittorio.

 

In Geologia le regole quasi sempre devono riguardare processi e fenomeni non direttamente osservabili, che fra l’altro si collegano con processi accessibili alla nostra comprensione solo attraverso la mediazione di una teoria, ma la teoria a sua volta per essere definita ha bisogno della precisazione di un modello di descrizione scelto (vedi teoria della tettonica delle placche, vedi modello delle correnti subcrostali). Gran parte dei modelli sono fatti per deduzioni: se accade questo da una parte.. allora può essere che... Ne è un esempio quanto accade nelle dorsali medio - oceaniche: se la formazione (documentata) di una nuova crosta oceanica avviene in un globo di dimensioni pressoché uniformi - ma è poi veramente uniforme? Secondo alcuni scienziati il diametro terrestre sarebbe soggetto ad un aumento medio di 1,5 cm all’anno - allora una quantità equivalente di vecchia crosta deve scomparire lontano dalle dorsali. Ne consegue, per deduzione, che la vecchia crosta deve essere distrutta per sprofondamento nel mantello. Ma un sapere, ovvero dei principi formulati, ha valore anche se non è collocabile in una teoria? D’altra parte il voler inserire una teoria in un contesto intellettuale precostituito, può rivelarsi un freno alla propulsione di nuove idee o alla ricerca di ulteriori elementi conoscitivi. Ad esempio la teorizzazione a priori si è dimostrata quasi sempre più dannosa che utile in geologia. Ne è un esempio eclatante la teoria del “ciclo di erosione” di W. M. Davis che, fondata su sei principi fondamentali che individuano precise sequenze geomorfologiche evolutive, attribuiva significato universale all’evoluzione di forme specifiche del rilievo, assunte come modello ideale per tutta la superficie terrestre.

 

Quando si studia un oggetto - ad esempio la Terra - e si individuano i dati quantitativi di certe grandezze ad esso relative, molto spesso si è interessati a determinare altre grandezze, relative anch’esse all’oggetto di studio e funzione di queste. Tra queste grandezze ve ne possono essere alcune non facilmente determinabili, in questo caso può essere utile ricorrere a dei modelli, cioè determinare le leggi in base alle quali è possibile costruire un’astrazione dell’oggetto, un secondo oggetto tale che ogni sua grandezza possa essere messa in relazione biunivoca con una corrispondente grandezza del primo oggetto. La mente può così cercare di verificare se l’intuizione è giusta, se tiene conto cioè delle leggi che regolano il mondo fenomenico. Ma ci si può domandare, come è possibile un tale procedimento se non si conoscono le leggi, se il modello serve proprio per ricavare delle leggi? E la natura ha poi delle leggi? Secondo alcuni la mente stessa è modello ad ogni modello possibile perché è la sola capace di individuare gli assi portanti della propria intuizione. Il termine originale modello, dal latino modellus, esprimeva ciò che si deve copiare o ciò che si impone allo stesso titolo di stampo o di matrice. Successivamente la nozione di modello venne applicata non più come riferimento a ciò che si copia, bensì al risultato dell’operazione di copiatura, cioè a una rappresentazione formalizzata.

 

Già nell’antichità gli scienziati fecero spesso ricorso alla costruzione di modelli teorici per spiegare il decorso dei fatti osservati: essi ritenevano che il modello dovesse rispecchiare la vera realtà che si nasconde sotto l’apparenza dei fenomeni. E’ evidente che la sostituzione o l’abbandono di un modello era un passo molto difficile che presupponeva un radicale mutamento di concezione filosofica. Oggi invece la costruzione di un modello teorico per spiegare dei fenomeni o la sostituzione di uno vecchio con un altro più efficiente è assai frequente e interessa essenzialmente la metodologia scientifica adottata. Costruire un modello teorico significa far corrispondere agli elementi del fenomeno da spiegare certe entità concettuali desunte da una scienza già nota. Quindi anche nella rappresentazione più favorevole non si può escludere che si possano trovare dei modelli più soddisfacenti o che altre ricerche sperimentali possano far acquisire dei dati che non trovano riscontro in un modello già assunto. Un modello è soddisfacente se fornisce una risposta esaustiva alla domanda che ha motivato la sua creazione. A partire dal momento in cui una determinata realtà è riconosciuta come indimostrabile e nel momento in cui la sola descrizione dei fenomeni sembra arbitraria e insufficiente per la formulazione di saperi, è molto meglio parlare di modello, con il suo intriseco significato di qualcosa di ipotetico e spesso di più limitato, rispetto alla generalizzazione che comporta invece il concetto di teoria.

 

Due sono quindi i limiti dell’uso di un modello:

- rappresenta una realtà artificiale, quindi una “non realtà”

- è efficace in un ambito molto limitato, che è quello relativo alla validità (nel tempo e nello spazio) delle variabili che lo determinano.

Una notevole conquista moderna è la consapevolezza della provvisorietà di qualsiasi modello: tale provvisorietà non diminuisce la validità metodologica e l’utilità del procedimento, anzi la discutibile bontà di un modello è stimolo per precisare e ricercare la radice della sua non veridicità.

 

Il modello matematico

Il modello matematico parte da principi autosufficienti, senza seguire necessariamente una direzione che sarebbe quella imposta dai fenomeni - cioè da ciò che effettivamente accade -. Esso trova il giusto senso in se stesso e vi rimane fedele, è quindi un modello definito e definitivo: i fenomeni dovranno quindi adattarsi a trovare una collocazione nel posto che a loro compete secondo una logica matematica. La matematizzazione riflette il desiderio di trasferire alla descrizione e alla spiegazione del fenomeno un carattere di certezza, collegato al fatto che la matematica costituisce un linguaggio univoco, il migliore che l’uomo abbia elaborato. La sua utilizzazione nei settori delle scienze non esatte, come la Geologia, può creare delle serie difficoltà. La matematica, infatti, opera su definizioni, concetti, assiomi posti a priori, senza preoccupazione di concordanza con la realtà; le deduzioni da essi derivate sono valutate soltanto dal punto di vista della loro coerenza interna. Il rigore della matematica non si trasmette automaticamente ai ragionamenti che la utilizzano, occorre perciò rispettare altri criteri riguardo alle premesse che portano all’impostazione delle equazioni matematiche. Ne consegue che la formalizzazione matematica, nelle scienze sperimentali, deve avere un posto secondario: essa non è infatti adatta a trattare il divenire dei concetti e ancor meno il succedersi degli eventi. Per quanto riguarda quindi la Geologia, che è scienza storica per eccellenza - prende in considerazione fatti e fenomeni nel tempo - evidentemente ricorrere a un modello comporta dei rischi non solo concettuali ma anche sostanziali. Le simulazioni, siano esse matematiche, siano esse analogiche, non dovrebbero essere finalizzate solo a dimostrare come funziona un certo fenomeno, ma anche a mettere in chiaro le caratteristiche del particolare modello in base al quale la simulazione è stata costruita.

 

Conclusioni

A questo punto appare pretenzioso e pretestuoso cercare di arrivare a delle conclusioni. Questa breve e insufficiente riflessione su teorie e modelli in Geologia può tutt’al più suggerire qualche considerazione. Il sistema naturale è un sistema complesso, aperto e con una sua storicità; le teorie e i modelli che utilizziamo per studiarlo costituiscono invece dei sistemi isolati e artificiali. E’ l’uomo che con la sua ragione tenta di dare una conformità all’ordine del mondo e utilizza e trasmette una cultura fondata spesso su realtà che non esistono. Ne deriva quindi una crisi del concetto, che sembrava ormai consolidato, di “legge della natura”, concetto sul quale finora si era appoggiata la legalità e la legittimità della ricerca scientifica. Entra anche in crisi l’idea della scienza come regno delle certezze e della neutralità. Non va dimenticato, infatti, che la scienza fornisce dei modelli sia di tipo concettuale che comportamentali che spesso indirizzano le scelte in molti settori della vita sociale. La scienza è quindi un settore fondamentale della società, anche se questa forse non ne ha una percezione diretta precisa, e investe sia direttamente che indirettamente tutti i suoi aspetti, non solo quelli culturali, ma anche quelli morali e sociali.

 

La nuova immagine e il nuovo linguaggio è quello della complessità, della contemporaneità di più sistemi in evoluzione, con non chiare e individuabili strutture gerarchiche. Quindi linguaggi diversi per i diversi oggetti e diversi oggetti per problemi diversi. Acquista così validità l’esperimento mentale come tecnica di costruzione metodologica. Modelli esplicativi teorici e esperimenti mentali costituiscono la prova della complessità e della pluralità dei metodi scientifici che non possono più essere catalogati in vecchi schemi che prevedono solo due strade per la conoscenza: il metodo deduttivo e quello induttivo. Quelle caratteristiche che negli anni ’70 erano sembrate una limitazione e una debolezza delle scienze non esatte e in particolare della Geologia: l’approssimazione, l’indeterminatezza, la mancanza di dati e di strumenti precisi per quantizzare e per matematizzare, negli anni ’90 avrebbero potuto diventare - se messe opportunamente in evidenza - una forza, un motivo peculiare e qualificante. La Geologia non può avere delle certezze e dei risultati definitivi, non arriva “alla fine”, necessita di continui aggiustamenti e di continue ricerche, si pone sempre in modo critico, si mette continuamente in discussione nel momento in cui decide di affermare la infinita pluralità delle prospettive, si trova quindi in una posizione filosofica privilegiata alle soglie del 2000 in cui si richiede appunto la possibilità di continui adattamenti a realtà in forte dinamismo ed evoluzione.

 

 

Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1994, 7 (3), 8-10.