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Introduzione

Scienza Termine usato per indicare, nel suo senso più ampio, la conoscenza sistematizzata in ogni campo del sapere (la parola latina scientia deriva da scire, “sapere”). Più specificamente, il termine è applicato all’organizzazione delle esperienze sensibili e delle ipotesi sperimentalmente controllabili.

Si parla di scienza anche 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 fa in modo di realizzarli. Per informazioni più specifiche, si vedano i singoli articoli relativi alle diverse scienze menzionate.

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Le origini della scienza

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 ca. a.C. si deduce che i babilonesi conoscevano il teorema di Pitagora, sapevano risolvere equazioni di secondo grado e avevano sviluppato un sistema di numerazione sessagesimale (in base 60), da cui derivano direttamente i nostri attuali sistemi di misura del tempo e degli angoli.

Risalgono circa alla stessa epoca alcuni papiri rinvenuti nella Valle del Nilo (vedi Antico Egitto), contenenti informazioni sul trattamento delle ferite e delle malattie, e sul calcolo del volume del tronco di piramide. Alcune unità di misura di lunghezza tuttora utilizzate si possono far risalire a modelli egizi, mentre l’attuale calendario è il risultato indiretto di osservazioni astronomiche pre-elleniche.

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Nascita della speculazione scientifica

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 dei fenomeni naturali, il filosofo Talete, nel VI secolo a.C., propose un modello cosmologico in cui la Terra era concepita come un disco piatto fluttuante nell’acqua, l’elemento dal quale si riteneva derivasse l’infinita varietà dei fenomeni naturali. Il suo discepolo Pitagora, matematico e filosofo, fondò un movimento che riconosceva nella matematica il fondamento di ogni genere di investigazione scientifica, in particolare dell’astronomia. I pitagorici proposero un modello in cui la Terra, sferica, 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 di tipo matematico della realtà, 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. Nello sviluppo successivo della conoscenza scientifica, questi due diversi approcci hanno giocato entrambi un ruolo determinante.

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 (ovvero centrato sul Sole), tesi che non trovò fortuna per lunghissimo tempo. Il grande matematico Archimede pose le basi della statica e dell’idrostatica (che divenne poi parte 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.

Dopo la distruzione di Cartagine e Corinto da parte dei romani, avvenuta nel 146 a.C., la ricerca scientifica attraversò un periodo di stasi, per riprendere vigore nel II secolo d.C., durante l’impero di Marco Aurelio. A quell’epoca risalgono l’Almagesto di Tolomeo, imponente sintesi astronomica che, proponendo il sistema geocentrico (con la Terra al centro dell’universo), orientò la ricerca fino al Seicento, e gli studi in campo medico del fisico e filosofo Galeno. Circa un secolo dopo nacque l’alchimia, nuova disciplina sperimentale scaturita dalla pratica della metallurgia.

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La scienza nel Medioevo e nel Rinascimento

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. Furono arabi, indiani e cinesi a dare il maggior contributo allo sviluppo della scienza.

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Le culture asiatiche

In Cina la scienza conobbe sporadici periodi di progresso, che però non furono mai sistematici e prolungati. La matematica raggiunse il suo apice nella Cina del XIII secolo, con lo sviluppo del metodo matriciale (l’uso di matrici) per la risoluzione delle equazioni algebriche (vedi anche Algebra lineare). Molto più importante fu l’impatto che ebbero in Europa alcune innovazioni pratiche cinesi; ad esempio, il processo di produzione della seta, della carta e della polvere da sparo, le tecniche di stampa e la bussola.

Dall’India vennero importanti contributi alla scienza quali l’introduzione delle cifre dette indo-arabiche, tuttora in uso, e la rielaborazione della trigonometria in una forma quasi moderna. Questi progressi furono dapprima trasmessi agli arabi, che li sintetizzarono con i contributi migliori provenienti da fonti babilonesi, cinesi, greche e indù. Verso il IX secolo la città di Baghdad, sul fiume Tigri, divenne un importante centro di scambi di conoscenze scientifiche, che a partire dal XII secolo si trasmisero in Europa attraverso la Spagna, la Sicilia e Bisanzio.

Nel XIII secolo lo studio delle antiche opere scientifiche nelle università europee accese una controversia sul metodo scientifico. I cosiddetti realisti sostenevano l’approccio platonico, mentre i nominalisti preferivano il punto di vista aristotelico. Nelle università di Oxford e di Parigi tali discussioni permisero notevoli progressi in ottica e in cinematica, preparando il cammino al lavoro di Galileo Galilei e di Giovanni Keplero.

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Copernico: la rivoluzione astronomica

In Europa, la Peste nera e la guerra dei Cent’anni interruppero lo sviluppo del sapere scientifico per più di un secolo, ma a partire dal Cinquecento si ebbe una rapida ripresa. Nel 1543 l’astronomo polacco Niccolò Copernico pubblicò il De revolutionibus orbium coelestium, che rivoluzionò l’astronomia, con un’ipotesi di moto di rotazione della Terra attorno al proprio asse e intorno al Sole, matematicamente ben fondata, ma ancora priva di sostegno empirico.

Sempre del 1543 è la pubblicazione del De Humani Corporis Fabrica dell’anatomista fiammingo Andrea Vesalio, che rivide e corresse gli insegnamenti medici di Galeno, permettendo di comprendere il sistema di circolazione del sangue. Due anni dopo, l’Ars Magna di Gerolamo Cardano, matematico, fisico e astrologo, inaugurò l’era moderna dell’algebra con il metodo di risoluzione delle equazioni di terzo e quarto grado.

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La scienza nell’età moderna

I principi del metodo scientifico e alcune scoperte che costituiscono la base della scienza moderna risalgono al Seicento, e sono principalmente dovuti al genio di Galileo che, agli antichi metodi della deduzione e dell’induzione su cui si basava la ricerca, aggiunse l’osservazione sperimentale (vedi Esperimento) realizzata con strumenti di recente realizzazione, quali il telescopio, il microscopio e il termometro. Verso la fine del XVII secolo il campo della sperimentazione scientifica si ampliò grazie all’invenzione di altri strumenti d’indagine, tra i quali il barometro del fisico e matematico Evangelista Torricelli, il pendolo del matematico, fisico e astronomo olandese Christiaan Huygens e la pompa aspirante messa a punto dal fisico e chimico inglese Robert Boyle e dal fisico tedesco Otto von Guericke.

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Newton: scienziato e filosofo

Il punto culminante di tutti questi sforzi fu la scoperta della legge di gravitazione universale, enunciata nei Philosophiae naturalis principia mathematica (1687) dal fisico e matematico inglese Isaac Newton. Nello stesso periodo l’invenzione del calcolo differenziale, realizzato dallo stesso Newton e, indipendentemente, dal filosofo e matematico tedesco Gottfried Wilhelm Leibniz, pose le basi per lo sviluppo della scienza e della matematica fino ai livelli di complessità che oggi conosciamo.

Le teorie di Newton e il sistema filosofico del francese Cartesio costituirono le premesse del materialismo scientifico, corrente di pensiero dominante del 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; nello stesso anno il chimico francese Antoine Laurent Lavoisier pubblicò il Trattato elementare di chimica, che segnò l’inizio di una rivoluzione nella chimica quantitativa.

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Le grandi teorie del XIX secolo

Durante il Settecento gli sviluppi scientifici prepararono la strada alle grandi scoperte del secolo successivo, che è ricordato come il “secolo delle correlazioni”, per gli importanti legami che si evidenziarono fra diversi domini della scienza. Ebbero origine in quel periodo la formulazione della teoria atomica della materia, del chimico e fisico inglese John Dalton; le teorie elettromagnetiche (vedi Elettromagnetismo) dell’inglese Michael Faraday e dello scozzese James C. Maxwell; il principio di conservazione dell’energia, enunciata dall’inglese James P. Joule.

Grande rilievo ebbe la teoria biologica dell’evoluzione, espressa dal naturalista britannico Charles Darwin nella sua opera Sull’origine delle specie per mezzo della selezione naturale, pubblicata nel 1859, che scosse la comunità scientifica, come Copernico aveva fatto nel XVI secolo. All’inizio del Novecento la teoria dell’evoluzione era unanimemente accettata, mentre restava controversa la definizione dei meccanismi che inducono la trasmissione dei caratteri genetici (vedi Genetica).

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Il XX secolo

Il XX secolo si aprì con sconvolgenti innovazioni della fisica, conseguenze dirette della teoria della relatività, enunciata dal fisico tedesco Albert Einstein, e della meccanica quantistica. Nel 1927 il fisico tedesco Werner Heisenberg formulò il principio di indeterminazione, che definisce l’impossibilità sperimentale di conoscere con precisione (grande a piacere) la posizione e la velocità di una particella, mentre la meccanica quantistica interpretò statisticamente le grandezze fisiche, mostrando il significato di “probabilità” che deve essere associato all’equazione che descrive il moto di una particella.

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Il trasferimento del sapere scientifico

Nel corso della storia, la conoscenza scientifica è stata trasmessa principalmente per mezzo di documenti scritti, alcuni dei quali hanno ormai quasi cinquemila anni. Dall’antica Grecia non ci è giunto nessuno degli studi fondamentali anteriori agli Elementi di Euclide (300 ca. a.C.), e solo la metà dei trattati scritti dagli scienziati più celebri si è conservata fino ai giorni nostri. Alcuni di questi trattati sono in greco, altri furono tradotti e tramandati da studiosi arabi nel corso del Medioevo. Si deve principalmente alle scuole e alle università medievali l’opera di conservazione di questi testi e la promozione dell’attività scientifica.

A partire dal Rinascimento, invece, questo lavoro venne organizzato dalle società scientifiche; la prima di queste, tuttora esistente, è l’Accademia nazionale dei Lincei (a cui Galileo apparteneva), fondata nel 1603 per promuovere la ricerca nei campi delle scienze matematiche, fisiche e naturali. In seguito, con il supporto dei rispettivi governi, furono istituite la Royal Society (1660) a Londra e l’Académie des Sciences (1666) a Parigi. Si deve a queste organizzazioni la pubblicazione delle prime riviste scientifiche, l’inglese “Philosophical Transaction” e la francese “Mémoires”.

Durante il XVIII secolo altre nazioni crearono le proprie accademie di scienze. Negli Stati Uniti, un club organizzato nel 1727 dallo scienziato e uomo politico Benjamin Franklin divenne, nel 1769, l’American Philosophical Society. Nel 1780 fu istituita l’American Academy of Arts and Sciences a opera di John Adams, che sarà eletto presidente degli Stati Uniti nel 1796. Nel 1831 si tenne la prima riunione della British Association for the Advancement of Science, nel 1848 venne fondata la American Association for the Advancement of Science, e nel 1872 la Association Française pour l’Avancement des Sciences. Queste organizzazioni fondarono, rispettivamente, le riviste scientifiche “Nature”, “Science” e “Compte-Rendus”. Il numero dei giornali scientifici crebbe rapidamente, tanto che, fra gli anni 1930-1933, se ne contavano circa 36.000 in 18 lingue diverse.

A partire dalla fine del XIX secolo la comunicazione tra gli scienziati è stata agevolata da organizzazioni internazionali, come l’International Bureau of Weights and Measures (Ufficio internazionale di pesi e misure, 1873) e l’International Council of Research (Consiglio internazionale delle ricerche, 1919). Quest’ultimo è una federazione internazionale cui fanno capo associazioni internazionali relative a ciascuna disciplina scientifica. Le associazioni tengono congressi a intervalli regolari, dei quali poi vengono pubblicati gli atti. Oltre alle organizzazioni scientifiche nazionali e internazionali, anche numerose industrie hanno dipartimenti di ricerca che pubblicano con regolarità il resoconto del loro lavoro, o lo presentano all’ufficio brevetti, per la pubblicazione di estratti su periodici specializzati.

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I domini della scienza

All’origine della storia umana la conoscenza della natura procedeva in modo asistematico, per osservazioni e analogie. I pitagorici distinguevano solo quattro settori della scienza: aritmetica, geometria, musica e astronomia. Tuttavia, già all’epoca di Aristotele si aggiunsero altre discipline: biologia, fisica, meteorologia, ottica e zoologia. La chimica conquistò la dignità di disciplina scientifica solo nel Seicento, mentre la geologia venne riconosciuta come scienza solo nel secolo seguente. Nello stesso periodo lo studio del calore e dei fenomeni elettrici e magnetici divennero competenza della fisica.

Nel corso dell’Ottocento gli scienziati riconobbero che la matematica pura si distingueva da tutte le altre scienze, poiché non dipendeva dalle leggi della natura, ma si configurava come una logica di relazioni: il suo ruolo essenziale nell’elaborazione di tutte le teorie scientifiche, comunque, le è valso di diritto un posto fra le discipline scientifiche.

Le scienze naturali sono divise in due grandi classi: le scienze fisiche, quali fisica, astronomia, chimica e geologia, e le scienze biologiche, o scienze della vita, 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, mentre, parallelamente, le scienze biologiche si ramificano in fisiologia, anatomia, genetica ed ecologia.

Tutte le classificazioni delle scienze pure sono comunque arbitrarie. Nella formulazione di principi scientifici generali si possono individuare diversi punti di contatto tra le singole discipline, che hanno permesso la nascita di scienze interdisciplinari, grazie alle quali oggi si possono effettuare ricerche in campi quali, ad esempio, la biologia molecolare.

Si sono sviluppate discipline che spiegano i processi biologici vitali da un punto di vista fisico-chimico, come la biochimica, la biofisica, la biomatematica e la bioingegneria. Un importante risultato della biochimica è stato, ad esempio, la scoperta dell’acido desossiribonucleico (DNA), mentre alla collaborazione tra biologi e fisici si deve l’invenzione del microscopio elettronico, capace di osservare strutture di dimensioni atomiche. Anche nel campo delle scienze sociali e delle scienze comportamentali l’applicazione del metodo interdisciplinare può produrre risultati e progressi significativi.

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Scienza applicata

Anche le scienze applicate si possono suddividere in fisiche e biologiche: tra le prime sono annoverate l’ingegneria, la metallurgia, l’aeronautica, l’elettronica e l’informatica; tra le seconde, l’agronomia e la medicina. Come per le scienze pure, anche qui si riconoscono sovrapposizioni tra le discipline, con la possibilità di azioni interdisciplinari. Ad esempio, la cooperazione tra la iatrofisica (un campo della ricerca medica basata sui principi della fisica) e la bioingegneria ha prodotto lo sviluppo della macchina cuore-polmone, usata negli interventi chirurgici a cuore aperto, e la realizzazione di organi artificiali quali cuore, rene, valvole cardiache e vasi sanguigni.

Progressi di questo tipo di solito sono il risultato della collaborazione di diversi gruppi di ricerca, specialisti in diversi settori delle scienze pure e delle scienze applicate. La mutua relazione fra pratica e teoria resta importante per la crescita della scienza così come lo fu al tempo di Galileo (vedi Filosofia della scienza).