Il ruolo positivo dell’errore nella Scienza Franco Prati Università dell’Insubria - Como NINDA URUK Il pane dei Sumeri 6 novembre 2013.

Presentazione sul tema: "Il ruolo positivo dell’errore nella Scienza Franco Prati Università dell’Insubria - Como NINDA URUK Il pane dei Sumeri 6 novembre 2013."— Transcript della presentazione:

1 Il ruolo positivo dell’errore nella Scienza Franco Prati Università dell’Insubria - Como NINDA URUK Il pane dei Sumeri 6 novembre 2013

2 blunder = errore grossolano to make a blunder = prendere un granchio “Una delle cose più importanti che distingue la scienza dalla religione è che nella scienza siamo felici di cambiare idea. Questo è l’apprendimento. Molti importanti progressi nella scienza hanno coinvolto false partenze o strade senza sbocco” Darwin: ereditarietà Kelvin: età della Terra Pauling: DNA a tripla elica Hoyle: universo stazionario Einstein: costante cosmologica

3

4 Charles Darwin 1809-1882

5 4 PILASTRI DELLA TEORIA DI DARWIN 1)Evoluzione: le specie che conosciamo adesso non sono sempre esistite 2) Gradualismo (Lyell, geologo): l’evoluzione avviene nell’arco di centinaia o migliaia di generazioni 3) Antenati comuni: tutti i vertebrati discendono da un antenato comune e “probabilmente tutti gli esseri che sono mai vissuti sulla terra discendevano da un’unica forma primordiale”. 4) La diversità è assicurata dalla speciazione : “the tree of life” da un unico tronco si formano sempre nuovi rami attraverso biforcazioni successive

6 ECONOMIA DI PENSIERO la teoria di Darwin spiega tutto ciò che riguarda la vita sulla Terra (a parte la sua origine) in un’unica visione Se chi sopravvive è il più adatto, gli insetti surclassano gli umani Cosa si può dire a proposito di Dio studiando la creazione ? Haldane: che ha una passione sfrenata per gli scarafaggi Il genoma dell’ameba Polychaos dubium è 200 volte più grande di quello umano LA BELLEZZA DELLA TEORIA DI DARWIN PRINCIPIO COPERNICANO gli uomini sono solo uno dei tanti rami dell’albero della vita

7 1)Ogni specie produce molti più discendenti di quanti possano sopravvivere 2) Gli individui di una specie non sono mai perfettamente identici Se un individuo possiede un carattere che aumenta la sua probabilità di sopravvivenza e se questo vantaggio si può trasmettere ai suoi discendenti, gradualmente nel tempo questo carattere si trasmetterà a gran parte della specie Combinazione di caso e necessità LA SELEZIONE NATURALE Selezione naturale vs. disegno La selezione naturale: 1)non ha alcun piano strategico 2)deve lavorare con quello che c’è Le imperfezioni sono la vera impronta della selezione naturale Dennet: la migliore singola idea che qualcuno abbia mai avuto

8 Si può dimostrare ? La scala di tempo è troppo lunga, però i fossili mostrano una chiara evoluzione da forme di vita più semplici a più complesse MRSA methicillin resistant sthaphylococcus aureus dal 1961 è resistente a molti antibiotici L’evoluzione è compressa nel tempo CRITICHE ALLA SELEZIONE NATURALE Tautologia: sopravvive il più adatto Chi è il più adatto ? Quello che sopravvive Darwin: il più adatto è quello che, confrontato con gli altri, ci si aspetta che sopravviva perché possiede i mezzi per prevalere nella lotta per la vita Darwin fu per il XIX secolo quello che Newton fu per il XVII e Einstein per il XX. Quale fu il suo errore ?

9 BREVE STORIA DELLA TEORIA DELL’EREDITARIETA’ Nel 700 era ancora dominante il PREFORMISMO: tutte le caratteristiche dei figli sono già Contenute nell’ovulo o nello spermatozoo BUFFON: TEORIA EPIGENETICA entrambi i genitori contribuiscono ma nel feto possono prevalere le molecole provenienti dal padre o dalla madre Fine 700: l’ibridazione mostra che la prima generazione ha caratteristiche intermedie ma nelle successive si possono ripresentare le caratteristiche dei nonni

10 1860 – Accademia delle scienze di Francia bandisce un concorso per fare chiarezza sulla questione NAUDIN: “Gli ibridi sono mosaici viventi in cui l’occhio non riconosce gli elementi discordanti fintanto che restano mescolati tra loro. La combinazione delle due essenze nell’ibrido è molto instabile, e combinando due ibridi le due essenze si possono dissociare nuovamente, ma è vano tentare di districarsi nel caos generato dalla dissociazione” Le idee di Darwin sull’ereditarietà erano vicine a quelle di Buffon

11 EREDITARIETA’ MISCELANTE Le caratteristiche dei genitori si mescolano nella prole come i colori. La prole ha caratteristiche intermedie tra quelle dei due genitori. Dopo poche generazioni si tende all’uniformità.

12 FLEEMING JENKIN recensione alla quarta edizione dell’origine della specie (1867) In una specie ogni coppia produce 100 figli, ma in media solo uno sopravvive e procrea. Per una mutazione genetica nasce un soggetto con probabilità doppia di sopravvivere. Sopravvive e si accoppia con un esemplare normale. Producono 100 figli con probabilità 1.5 di sopravvivere. La generazione successiva sarà formata da 150 elementi con probabilità 1.25 di sopravvivere. 2 di questi sopravvivono (1.25/100 * 150=1.875), si accoppiano con due esemplari normali e producono 200 figli con probabilità 1.125 di sopravvivere. La superiorità si affievolisce di generazione in generazione e dopo poche generazioni non dà più nessun vantaggio nella lotta per la sopravvivenza

13 1869 – quinta edizione dell’Origine delle specie variazione -> variazioni un individuo - > differenze individuali PANGENESI (1868) (abbozzo di teoria “atomistica” ) Le cellule di tutto il corpo, riproducendosi, sprigionano minuscole gemmule (pangeni) che circolano attraverso il sistema, e possono produrre cellule simili a quelle da cui derivano. Queste gemmule vengono trasmesse ai discendenti e si sviluppano normalmente nella prima generazione ma possono anche rimanere latenti per varie generazioni. REAZIONE DI DARWIN ALLE CRITICHE DI JENKIN Tante piccole variazioni diffuse in tutta la popolazione piuttosto che una grossa variazione individuale

14 EREDITARIETA’ “ATOMISTICA” DI MENDEL (1822-1884) Risultati presentati a Brno nel 1865 ma passati inosservati fino al 1900

15 Origine delle specie: “quando un carattere che si perde nella prima generazione riappare dopo un gran numero di generazioni la cosa più probabile è che in ogni generazione ci sia una tendenza a riprodurre quel carattere”. Gennaio 1866, lettera a Wallace “Ho fatto incrociare piselli di due differenti colori e ho ottenuto nelle successive generazioni solo piselli di quei due colori, nessun colore intermedio” In un altro esperimento con bocche di leone (simmetria bilaterale) e orchidee (simmetria a stella) trova che nella prima generazione si ha solo il tipo a simmetria bilaterale, mentre nella seconda 37 su 125 hanno simmetria a stella A un passo da Mendel DARWIN AVREBBE POTUTO ARRIVARCI DA SOLO ?

16 Darwin non conosceva Mendel Mendel possedeva la seconda edizione dell’origine (1863) Conferenza episcopale tedesca (1860) “I nostri primi antenati furono creati immediatamente da Dio, Pertanto affermiamo che l’opinione di coloro che sostengono che l’essere umano è emerso come risultato di continui cambiamenti spontanei dalla natura imperfetta a quella perfetta è chiaramente contrario alla Sacra Scrittura e alla Fede” DIALOGO MANCATO Focke: “gli ibridi delle piante” Mendel

17 Jenkin(1866) La selezione naturale richiede tempi lunghissimi incompatibili con i calcoli pubblicati nel 1862 da William Thomson (Lord Kelvin) 1824-1907

18 QUANTO E’ VECCHIA LA TERRA ? Lightfoot: il mondo fu creato nel 3928 A.C. Ussher: 22 Ottobre 4004 A.C. Kant: è sbagliato fare riferimento alle generazioni umane per misurare l’età e la grandezza dell’opera divina “Il nostro giardiniere è molto vecchio, nella memoria delle rose è sempre stato così, non cambia e non morirà mai” Le risposte della religione

19 Primi tentativi di risposta scientifica (XVIII sec.) DE MAILLET La Terra era inizialmente sommersa dall’acqua Il livello dell’acqua diminuisce di circa tre pollici (7.62 cm) in un secolo. Età della terra: 2.4 miliardi di anni BUFFON La Terra era inizialmente una sfera fusa 2905 anni per solidificarsi 74832 anni per raggiungere la temperatura attuale QUANTO E’ VECCHIA LA TERRA ?

20 GEOLOGIA Le azioni delle forze geologiche richiedono tempi lunghissimi idealmente infiniti LYELL (1830-1833) - Principi di Geologia La Terra si trova in uno stato quasi stazionario, dove i cambiamenti avvengono ad una velocità lentissima in un tempo quasi infinito QUANTO E’ VECCHIA LA TERRA ? ATTUALISMO: le cause dei cambiamenti geologici sono uguali a quelle attuali UNIFORMISMO: anche l’intensità delle cause è rimasta la stessa Opposti a CATASFROMISMO e DILUVIALISMO Darwin: “i miei libri sono usciti per metà dal cervello di Lyell”

21 Lord Kelvin dal 1892 Precedentemente “Second Wrangler del Trinity College of Cambridge” Vanity Fair Album (1897) “… conosce tutto quello che c’è da conoscere sul calore, tutto quello che è noto del magnetismo e tutto quello che si può dire a proposito dell’elettricità Un grandissimo, onesto e umile scienziato, che ha scritto molto e fatto di più” Ma già prima di morire la sua reputazione scientifica subì un crollo, anche se fu sepolto vicino a Newton nell’abbazia di Westminster WILLIAM THOMSON (1862)

22 PRIMO ARGOMENTO “ON THE SECULAR COOLING OF THE EARTH” L’interno della Terra è più caldo della superficie La Terra è un pianeta caldo che si sta raffreddando A meno che ci sia un meccanismo che compensi la perdita di calore, la Terra non può trovarsi in uno stato stazionario, come sostiene Lyell Lyell: reazioni chimiche generano calore, che produce correnti elettriche, che dissociano i composti chimici negli elementi iniziali, e il ciclo ricomincia Kelvin: sarebbe un moto perpetuo

23 La Terra si raffredda per CONDUZIONE 3) Temperatura iniziale 1) Temperatura a diverse profondità 2) Conduttività termica della crosta terrestre 1 grado Fahrenheit ogni 50 piedi circa 0.5 gradi Celsius ogni 15 metri Media tra la sabbia e due tipi di roccia Ipotesi: la temperatura nel momento della solidificazione era uniforme e uguale a quella di fusione delle rocce 7000 – 10000 F Età della terra: tra 20 e 100- 400 milioni di anni COME CALCOLARE L’ETA’ DELLA TERRA ? 3800 – 5500 Celsius

24 Il sole trasforma energia gravitazionale in calore contraendosi Età del sole: tra 100 e 500 milioni di anni SECONDO ARGOMENTO “ON THE AGE OF SUN’S HEAT”

25 Una sfera liquida che ruota su sé stessa assume una forma oblunga. Misurando la deviazione dalla sfericità si può risalire alla velocità di rotazione iniziale. Sapendo che il periodo di rotazione diminuisce di circa 22 sec al secolo si può calcolare quanto tempo è passato dalla solidificazione George Darwin (quinto figlio) dimostra che l’argomento non può essere usato per calcoli quantitativi perchè anche dopo la solidificazione la Terra continua a deformarsi TERZO ARGOMENTO IL RALLENTAMENTO DELLA ROTAZIONE TERRESTRE Darwin padre esulta !

26 George Bernard Shaw: “La scienza diventa pericolosa solo quando immagina di aver raggiunto il suo obiettivo” Dibattito tra Huxley (il mastino di Darwin) e Tait (autoproclamato mastino di Kelvin) Tait: “Tanto peggio per la gelogia” (1876) e accorcia l’età della terra fino a 10-15 milioni di anni Valore attualmente ritenuto valido: 4 milardi 540 milioni di anni Sesta edizione dell’Origine delle specie (1872): “E’ probabile, come fa rilevare Sir William Thomson, che il mondo nelle epoche più antiche, andasse soggetto a cambiamenti delle condizioni fisiche più rapidi e violenti di quelli che avvengono attualmente”

27 JOHN PERRY – L’ALLIEVO CORAGGIOSO Kelvin assume che la conducibilità del calore sia la stessa a diverse profondità Se l’età della Terra fosse maggiore di 100 milioni di anni, gli strati inferiori della crosta sarebbero molto più freddi. Ma se l’interno della terra fosse parzialmente fluido il calore si trasmetterebbe anche per convezione, in modo molto più efficiente. La temperatura attuale degli strati inferiori della crosta terrestre è compatibile con una età di 3 miliardi di anni 1895- Lettera a Nature

28 Potrei aver sbagliato a calcolare la conducibilità interna ma rimane vero che l’età massima del Sole è 500 milioni di anni Nuovi esperimenti sulla dipendenza della conducibilità dalla temperatura che mostrano che la conducibilità è costante o diminuisce leggermente con la temperatura 1895 – Lettera a Nature: “Non è lecito pensare che l’età della terra sia maggiore di 24 milioni di anni” 1912 Wegener: Tettonica a zolle e deriva dei continenti Si basano sull’idea di una crosta che si può muovere su Un mantello parzialmente fluido Produzione interna di calore Nella Terra: radioattività (1896) Nel Sole: fusione di idrogeno in Elio (1920) REAZIONE DI KELVIN ALLE CRITICHE DI PERRY Nuove evidenze:

29 PSICOLOGIA DELLA CONOSCENZA Più ci siamo impegnati a favore di un’opinione, più è difficile cambiarla, anche di fronte a prove evidenti Test: dare un voto da 1 a 8 a 8 oggetti in base alla loro desiderabilità Scegliere uno tra due da portare a casa Viene ripetuto il test: il voto per l’oggetto scelto aumenta Il nostro cervello tende a ridurre la dissonanza tra il concetto “Ho scelto il numero 3” e “in fondo anche il 7 non è male” Le cose sembrano migliori dopo che le abbiamo scelte. Topi: schiacciano il bottone che attiva il circuito della gratificazione fino a 6000 volte all’ora e lo preferiscono al Bottone che gli procura cibo, fino a morire di fame Imbarcarsi in un processo di pensiero richiede una gratificazione La gratificazione ripetuta può dare assuefazione Necessità crescente di avere ragione Difficoltà crescente ad ammettere un errore

30 Gotthold Lessing: “L’aspirazione alla verità è più preziosa del suo possesso”