Scienza

(Latino, scientia da scire "sapere"), termine usato per indicare, nel suo senso più ampio, la conoscenza sistematizzata in ogni campo del sapere, ma più specificamente applicato all'organizzazione delle esperienze sensibili e delle ipotesi sperimentalmente controllabili. Si parla di scienze pure per indicare la ricerca del sapere fine a se stesso, in opposizione alle scienze applicate, che si occupano degli usi pratici della conoscenza scientifica, e alla tecnologia, che li realizza. Per informazioni più specifiche, si vedano i singoli articoli relativi alle diverse scienze menzionate.

I primi tentativi di ordinare e organizzare la conoscenza si possono far risalire all'epoca preistorica, con le incisioni rupestri delle popolazioni del Paleolitico, i segni numerici scolpiti sul legno o sulla pietra, e alcuni manufatti giunti fino a noi dalle civiltà del Neolitico. I più antichi documenti di indagini protoscientifiche vengono dalle civiltà mesopotamiche: liste di osservazioni astronomiche, di sostanze chimiche, di sintomi di malattie e svariate tavole matematiche incise con scrittura cuneiforme su tavolette d'argilla. Da altre tavolette risalenti al 2000 a.C. circa si evince che i babilonesi conoscevano il teorema di Pitagora, sapevano risolvere equazioni di secondo grado e avevano sviluppato un sistema di numerazione sessagesimale (basato sul numero 60), da cui procedono i nostri attuali sistemi di misura del tempo e degli angoli. Risalgono circa alla stessa epoca alcuni papiri rinvenuti nella Valle del Nilo, contenenti informazioni sul trattamento delle ferite e delle malattie e sul calcolo del volume del tronco di piramide. Alcune unità di misura della lunghezza dei giorni nostri si possono far risalire a modelli egiziani, mentre l'attuale calendario è il risultato indiretto di osservazioni astronomiche pre-elleniche.

La conoscenza scientifica in Egitto e in Mesopotamia aveva perlopiù finalità pratiche ed era priva di un'organizzazione sistematica. Tra i primi studiosi greci alla ricerca delle cause ultime della natura il filosofo Talete, nel VI secolo a.C., propose un modello cosmologico in cui la Terra era concepita come un disco piatto fluttuante nell'elemento dal quale era derivata l'infinita varietà dei fenomeni naturali: l'acqua. Pitagora fondò un movimento in cui la matematica era riconosciuta come il fondamento di ogni genere di investigazione scientifica, in particolare dell'astronomia. I pitagorici proposero un modello in cui la Terra era posta in orbita circolare intorno a un punto centrale detto Fuoco. La filosofia naturale della scuola ionica e le scienze matematiche della scuola pitagorica trovarono una sintesi nel IV secolo a.C., nelle teorie filosofiche di Platone e Aristotele. Se presso l'Accademia di Platone si applicava il metodo deduttivo per elaborare una concezione del reale di tipo matematico, al Liceo di Aristotele il metodo era invece induttivo e la rappresentazione della realtà era prevalentemente descrittiva e incentrata sugli aspetti qualitativi dei fenomeni, in particolare in campo biologico. Si devono all'influsso di entrambi questi diversi approcci gran parte dei successivi progressi nello sviluppo della conoscenza scientifica.

Durante l'età ellenistica, che fece seguito alla morte di Alessandro Magno, Eratostene sostenne la sfericità della Terra, calcolandone la lunghezza della circonferenza; l'astronomo Aristarco di Samo elaborò un modello planetario eliocentrico (centrato sul Sole), tesi che non trovò fortuna per lunghissimo tempo. Archimede pose le basi della statica e dell'idrostatica (un ramo della meccanica dei fluidi); Teofrasto fondò la botanica; l'astronomo Ipparco sviluppò la trigonometria, mentre Erofilo ed Erasistrato posero le basi dell'anatomia e della fisiologia.

Nel 146 a.C., dopo la distruzione di Cartagine e Corinto da parte dei romani, la ricerca scientifica attraversò un periodo di ristagno, a parte una breve rifioritura nel II secolo d.C., durante l'impero di Marco Aurelio. A quest'epoca risalgono l'Almagesto di Tolomeo, imponente sintesi astronomica che orientò la ricerca fino al Seicento, e gli studi in campo medico di Galeno. Circa un secolo dopo nacque l'alchimia, nuova disciplina sperimentale scaturita dalla pratica della metallurgia.

Durante il Medioevo le principali aree culturali nel mondo erano sei: l'Occidente latino, l'area greco-orientale, quella cinese, quella indiana, il mondo arabo e la civiltà maya. Fino al XIII secolo l'Occidente non contribuì significativamente allo sviluppo della scienza, dal mondo greco vennero semplici riformulazioni del sapere dell'antichità, mentre i maya non sortirono alcuna influenza. In Cina la scienza conobbe sporadici periodi di progresso, che però non furono mai sistematici e prolungati. La matematica in Cina raggiunse il suo apice nel XIII secolo, con lo sviluppo del metodo matriciale (l'uso di matrici) e del triangolo aritmetico per la risoluzione delle equazioni algebriche. Molto più importante fu comunque l'impatto che ebbero in Europa alcune innovazioni pratiche cinesi; ad esempio, il processo di produzione della carta e della polvere da sparo, le tecniche di stampa e la bussola. In India i principali contributi alla scienza furono l'introduzione delle cosiddette cifre indo-arabiche, tuttora in uso, e la rielaborazione della trigonometria in una forma quasi moderna. Questi progressi vennero dapprima trasmessi agli arabi, che poi li sintetizzarono con i contributi migliori provenienti da fonti babilonesi, cinesi, greche e indù. Verso il IX secolo la città di Baghdad era divenuta un centro di traduzione di studi scientifici e nel XII secolo tutto il patrimonio di sapere accumulato venne trasmesso in Europa attraverso la Spagna, la Sicilia e Bisanzio.

La ripresa degli studi scientifici nelle università europee innescò nel XIII secolo la controversia sul metodo scientifico. I cosiddetti realisti erano gli strenui sostenitori dell'approccio platonico, mentre i nominalisti preferivano il punto di vista aristotelico. Nelle università di Oxford e di Parigi tali discussioni prepararono la strada a Galileo Galilei e a Johannes Kepler. Tuttavia, la peste e la guerra dei Cent'anni interruppero lo sviluppo del sapere scientifico per più di un secolo. Nel 1543 l'astronomo polacco Niccolò Copernico pubblicò il De revolutionibus orbium coelestium, che rivoluzionò l'astronomia sostituendo la concezione geocentrica dell'universo, propria del sistema tolemaico, con un'ipotesi eliocentrica matematicamente ben fondata, ma ancora priva di sostegno empirico. Sempre del 1543 è la pubblicazione del De humani corporis fabrica dell'anatomista belga Andrea Vesalio, che rivide e corresse gli insegnamenti medici di Galeno. Due anni dopo, l'Ars Magna di Gerolamo Cardano inaugurò l'era moderna dell'algebra con il metodo di risoluzione delle equazioni di terzo e quarto grado.

I principi del metodo scientifico e alcune scoperte che costituiscono la base della scienza moderna risalgono al XVII secolo e sono principalmente dovuti al genio di Galileo, che introdusse nella ricerca l'osservazione sistematica, realizzata con strumenti quali il telescopio e il microscopio. In seguito furono approntati altri strumenti d'indagine, tra i quali il barometro di Evangelista Torricelli; il pendolo di Christiaan Huygens e la pompa aspirante di Robert Boyle e di Otto von Guericke. Uno dei vertici di questi progressi è segnato dalla legge di gravitazione universale, enunciata nei Philosophiae naturalis principia mathematica (1687) da Isaac Newton. Nello stesso periodo, l'invenzione del calcolo differenziale, realizzata dallo stesso Newton e, indipendentemente, da Gottfried Wilhelm Leibniz, fornì all'impresa scientifica gli strumenti per avviare la matematizzazione del reale.

Le teorie di Newton e il sistema filosofico di René Descartes costituirono le premesse del materialismo scientifico, approccio dominante nel XVIII secolo, con il quale i processi della vita venivano spiegati su basi puramente fisico-chimiche. La fiducia nell'approccio scientifico si estese anche alle scienze sociali e ispirò l'età dell'illuminismo, che culminò con la Rivoluzione francese del 1789: in quell'anno il chimico francese Antoine Laurent Lavoisier pubblicò il Trattato elementare di chimica, con cui diede inizio alla rivoluzione della chimica quantitativa.

Gli sviluppi scientifici del XVIII secolo prepararono la strada alle grandi scoperte del secolo successivo: ad esempio, la teoria atomica della materia di John Dalton; le teorie elettromagnetiche di Michael Faraday e James Clerk Maxwell; la teoria biologica dell'evoluzione di Charles Darwin. Mentre la biologia si consolidava su basi teoriche, al principio del XX secolo la fisica fu scossa dalle inaspettate conseguenze della teoria della relatività e della meccanica quantistica. Nel 1927 il fisico tedesco Werner Heisenberg formulò il principio di indeterminazione, secondo cui esistono limiti che impediscono di stabilire con precisione la posizione e la velocità di una particella.

Rami delle scienze

Originariamente la conoscenza della natura procedeva in modo asistematico, per semplici osservazioni e analogie. I pitagorici distinguevano solo quattro rami della scienza: l'aritmetica, la geometria, la musica e l'astronomia. Con Aristotele si aggiunsero invece la biologia, la fisica, la meteorologia, l'ottica e la zoologia. La chimica conquistò la dignità di disciplina scientifica solo nel XVII secolo, mentre la geologia si affrancò nel secolo seguente, quando lo studio del calore, dei fenomeni elettrici e magnetici rientrò tra le competenze della fisica. Durante il XIX secolo gli scienziati riconobbero che la matematica pura si distingue da tutte le altre scienze, poiché non dipende dalle leggi della natura. La sua struttura logica si è comunque confermata, con il passare del tempo, estremamente utile per l'elaborazione di tutte le teorie scientifiche.

Le scienze naturali si dividono in due grandi classi: le scienze fisiche, quali la fisica, l'astronomia, la chimica e la geologia; e le scienze biologiche, tra cui la botanica e la zoologia. Le prime possono essere ulteriormente suddivise in grandi aree come la meccanica, la cosmologia, la chimica fisica e la meteorologia; e, corrispondentemente, le scienze biologiche, in rami quali la fisiologia, l'anatomia, la genetica e l'ecologia.

Tutte le classificazioni delle scienze pure sono comunque arbitrarie. Nella formulazione dei princìpi scientifici generali si possono individuare vari punti di contatto tra le singole discipline, che hanno permesso la nascita di scienze interdisciplinari. Ad esempio, si sono sviluppate discipline che spiegano i processi biologici da un punto di vista fisico-chimico, come la biochimica, la biofisica, la biomatematica e la bioingegneria. Un importante risultato di studi interdisciplinari è stata la scoperta dell'acido desossiribonucleico (DNA); la collaborazione tra biologi e fisici ha portato all'invenzione del microscopio elettronico, attraverso cui si possono osservare strutture di dimensioni atomiche. Ci si aspetta che anche nel campo delle scienze sociali e delle scienze comportamentali l'applicazione di questi metodi interdisciplinari produca progressi significativi.

Anche le scienze applicate si possono suddividere in fisiche e biologiche; tra le prime l'ingegneria, la metallurgia, l'aeronautica, l'elettronica; tra le seconde l'agronomia e la medicina. Come per le scienze pure, anche in questo caso sono individuabili sovrapposizioni tra le discipline, e dunque la possibilità di azioni interdisciplinari. Ad esempio, la cooperazione tra la iatrofisica (un campo della ricerca medica basata sui princìpi della fisica) e la bioingegneria ha prodotto sia lo sviluppo degli strumenti usati negli interventi chirurgici a cuore aperto, sia la realizzazione di organi artificiali quali cuore, rene, valvole cardiache e vasi sanguigni. Progressi come questi sono di solito il risultato della collaborazione di più gruppi di ricerca, esponenti delle scienze pure e applicate. Questa compenetrazione di pratica e teoria è importante per la crescita della scienza, così come lo fu al tempo di Galileo.