Determinismo e probabilismo nei metodi di indagine scientifica

La meccanica classica insegna che se si conoscono le proprietà di un corpo (massa, forma, etc.), le sue condizioni iniziali di moto (posizione, velocità etc.) e le condizioni esterne (campi di forze, condizioni al contorno, etc.) è possibile determinarne in modo esatto il suo comportamento negli istanti successivi. Ciò nonostante, è sufficiente analizzare il semplice esperimento del lancio di una moneta o di un dado per capire che non è affatto facile prevedere il risultato, cioè l'occorrenza rispettivamente di testa/croce o di un certo numero impresso nella faccia superiore. Un caso simile si verifica quando si tenta di trattare un sistema costituito da un gas di cui si voglia descrivere l'evoluzione partendo dai moti delle singole molecole.

Questo non implica che le leggi della meccanica classica siano necessariamente violate. Anche supponendo che il tipo di processo sia tale che, istante per istante, gli oggetti obbediscano alle leggi di Newton in ogni interazione con l'ambiente, il numero di parametri che determinano il moto rende proibitivo sia calcolare esattamente il risultato a partire dalle condizioni iniziali che cercare di riprodurre le stesse condizioni ad ogni lancio.

Diventa allora più opportuno cambiare metodo scientifico. Si preferisce rinunciare a predire l'esatto esito dell'esperimento e limitarsi ad esprimere affermazioni sulla plausibilità di ciascuno dei risultati possibili. In altri termini, sebbene si seguiti ad assumere che le leggi ``di base'' siano di tipo deterministico, il nostro stato di incertezza riguardo i dettagli del moto ci impedisce di arrivare a conclusioni certe.

Il grado di incertezza può essere ridotto se le leggi della fisica che governano il processo sono ben note e se le condizioni sperimentali sono sotto controllo. Questo significa che alcuni esiti (o intervalli di possibili valori) saranno ritenuti molto plausibili, mentre altri saranno considerati inverosimili, se non addirittura impossibili. In altri termini, si parla genericamente della probabilità di un possibile risultato di un certo esperimento.

Ci sono poi fenomeni in cui è la stessa meccanica classica a non essere adeguata alla descrizione del processo elementare. Questo succede sulle scale atomiche e inferiori. In questo caso sono le stesse leggi fondamentali che assumono natura aleatoria; si perde il carattere deterministico ``almeno in linea di principio'' della meccanica classica e si deve utilizzare il linguaggio della meccanica quantistica. È da notare comunque che, sebbene le due situazioni siano sostanzialmente differenti dal punto di vista fisico, esse sono simili dal punto di vista conoscitivo: in entrambe siamo in stato di incertezza rispetto ai possibili esiti, anche se nel caso quantistico c'è la convinzione che, pur partendo da un ben preciso stato di preparazione del sistema iniziale, l'evoluzione sia intrinsecamente probabilistica. Le diversità delle problematiche si riflette sia sul modo di intendere le leggi fisiche che sui metodi usati per valutare la probabilità dei possibili esiti. Identico sarà invece il nostro atteggiamento psicologico nei riguardi del risultato: un valore ``molto elevato'' della probabilità incoraggia le nostre aspettative su un certo esito, indipendentemente che si tratti del decadimento di una particella subnucleare o di lanci di dadi^1.1.