Joseph Weber e le onde gravitazionali - Vittime illustri di modi ideologici di fare scienza

Dopo la storia del medico ungherese Ignác Semmelweis (raccontata qui), trattiamo oggi un altro esempio¹ di vittima illustre di un modo ideologico di fare scienza²: il caso del fisico statunitense Joseph Weber (1919 – 2000). Egli fu uno scienziato brillante e stimato, ma emarginato.

L’inizio

Negli anni ’60 Weber costruì il primo prototipo di rilevatore di onde gravitazionali, un fenomeno fisico la cui esistenza era stata predetta più di mezzo secolo prima dalla teoria della relatività di Albert Einstein. Secondo l’equazione di campo – l’equazione fondamentale della relatività generale – il repentino cambiamento di massa di un corpo produrrebbe delle increspature nello spazio-tempo. Secondo Einstein, queste perturbazioni ondulatorie dovevano essere estremamente diffuse nell’universo, ma allo stesso tempo molto difficili da rilevare perché straordinariamente flebili.

Lo strumento costruito da Weber, in un seminterrato del suo dipartimento dell’Università del Maryland, era costituito da cilindri di alluminio della lunghezza di 2 metri e del diametro di un metro; al passaggio di un’onda gravitazionale, questi cilindri ne avrebbero registrato il transito grazie a una variazione di 10-12 millimetri (in proporzione, e per intenderci, è come se la distanza dal sole alla stella più vicina variasse del diametro di un capello umano!). Weber aveva investito anni della sua carriera nella costruzione di questi rilevatori, trascorrendo mesi in laboratorio e imparando a conoscerli in ogni dettaglio. All’inizio degli anni Settanta, lo scienziato statunitense pubblicò i primi risultati e disse di aver registrato un primo alto flusso di onde gravitazionali. 

La pubblicazione di Weber fu fin da subito accolta con molto scetticismo. I risultati infatti contenevano una fondamentale contraddizione: sebbene la conferma dell’esistenza delle onde gravitazionali fosse una prova a sostegno della teoria di Einstein, l’intensità delle onde che Weber aveva registrato era invece molto più alta del previsto e suggeriva, sempre secondo la teoria della relatività, che l’universo avrebbe dovuto avere una vita estremamente corta e ciò era considerato, dalla comunità dei fisici, molto improbabile. 

Dilemmi scientifici e metodologici

Qui sorge il primo dilemma: la teoria della relatività era stata confutata o confermata dalle osservazioni di Weber? Secondo Weber la teoria della relatività era stata confermata, ma richiedeva qualche aggiustamento per non fornire previsioni sulla vita dell’universo molto poco verosimili. Secondo i critici dell’esperimento, al contrario, l’intensità delle onde gravitazionali registrata era semplicemente incompatibile con la relatività e quindi le osservazioni di Weber dovevano, necessariamente, essere errate.

Per smentirle, nell’arco di qualche anno, una mezza dozzina di gruppi di ricerca costruì dei rivelatori simili a quelli dell’Università del Maryland, con l’intento di ripetere l’esperimento e invalidarlo. E così fu. Nessun altro rivelatore aveva riprodotto gli stessi risultati ottenuti da Weber. 

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Ed ecco il secondo rompicapo: i critici di Weber, che avevano smentito le sue osservazioni per riabilitare la relatività, non avevano forse contraddetto la relatività stessa con il mancato rilevamento delle onde gravitazionali? E come decidere chi tra Weber e i suoi rivali avesse preparato l’esperimento nel modo più appropriato per lo studio di un fenomeno così sfuggente? Certo, risultati negativi si erano ripetuti più volte, ma questo non significava necessariamente che le onde gravitazionali non esistessero. Anzi, la mancanza di risultati poteva essere dovuta all’imperizia dei rivali di Weber, che non potevano certo vantare la sua esperienza nella progettazione di strumenti così sofisticati. Se è vero infatti che molti scienziati si trovavano d’accordo nel ritenere poco credibili le affermazioni di Weber, le ragioni del loro scetticismo erano tuttavia molto differenti – e talvolta in contraddizione – fra loro. In particolare, il fisico della IBM Richard Garwin aveva opposto una decisa resistenza alle conclusioni di Weber per principio; e solo per rendere il suo attacco ancor più convincente aveva effettuato delle misurazioni che avevano inferto colpi decisivi all’ipotesi di Weber. 

Un abbandono prematuro

La contesa durò per tutto un decennio, periodo durante il quale Weber si impegnò a dimostrare come ciascun esperimento “rivale” fosse in qualche modo vittima di fallacie metodologiche. Così egli tentava, a sua volta, di screditare coloro che lo avevano attaccato. 

A partire dall’inizio degli anni Ottanta, la maggioranza della comunità scientifica perse interesse per la ricerca delle onde gravitazionali. Questo fenomeno, infatti, non solo si era dimostrato difficile da individuare, ma aveva anche reso ardua la carriera di molti brillanti fisici che vi si erano dedicati, a causa della penuria di fondi e dello scetticismo generale dovuto alle continue controversie interne alla comunità.

L’inaspettata conferma

Fu soltanto alla fine degli anni Novanta che una nuova generazione di antenne interferometriche, il cui design manteneva alcuni elementi cardine degli strumenti progettati da Weber, rilanciò la caccia alle onde gravitazionali. L’annuncio della scoperta salì agli onori delle cronache il 1 febbraio 2016, quando in una conferenza stampa congiunta di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-waves Observatory) e Virgo (il nome di un ammasso di galassie nella costellazione della Vergine), due gruppi di ricerca che avevano collaborato al progetto, annunciarono che nel settembre del 2015 avevano misurato le onde gravitazionali scaturite dalla collisione di due buchi neri distanti a circa 1 miliardo e 300 milioni di anni luce dal sistema solare. Ironia della sorte, le tracce di uno degli eventi più rari dell’universo avevano colpito i nuovissimi rilevatori dopo soltanto due settimane dalle loro attivazione, concludendo così in un tempo brevissimo una caccia che durava da un secolo e si pensava potesse protrarsi per molti altri decenni ancora.

Addirittura, il Nobel

Al giorno d’oggi, dopo la conferma dell’esistenza delle onde gravitazionali che è valsa il premio Nobel nel 2017 a Kip Thorne, Barry Barish e Rainer Weiss (nel frattempo Weber era morto nel 2000, avvolto da un’amarezza inconsolabile)³, all’interno della comunità scientifica esiste un consenso pressoché generale; anche se il consenso potrebbe non essere assoluto, tuttavia esso ha ormai raggiunto un livello tale per cui sarebbe molto difficile per un fisico scettico (sulle interpretazioni dei dati raccolti da Ligo e Virgo) essere ritenuto sufficientemente credibile da permettergli di pubblicare un articolo scientifico su una rivista prestigiosa.

La lezione (ancora non appresa) per una scienza ideologica

L’esperimento di Weber aveva fornito dei risultati che si trovavano solo parzialmente in accordo con la teoria della relatività di Einstein, a partire dalla quale l’esperimento era stato progettato. Infatti, da un lato, l’esistenza delle onde gravitazionali sembrava fornire una conferma empirica della relatività; dall’altro, l’esubero di onde gravitazionali rispetto a quelle predette poneva non pochi interrogativi. Neanche la costruzione da parte di altri sei gruppi di ricerca di altrettanti strumenti per controllare l’attendibilità delle misurazioni di Weber risolse il rompicapo. E questo è inconcepibile per una scienza ideologica, che non accetta di convivere con le contraddizioni.

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Peraltro, secondo Weber le rilevazioni effettuate dai suoi colleghi non rappresentavano una sconfessione della sua ipotesi perché, a suo parere, erano i nuovi rilevatori a non essere attendibili (reliable). I rilevatori di onde gravitazionali sono infatti strumenti delicatissimi e nessuno degli altri fisici possedeva le competenze (che aveva acquisito lui) per costruirli in così breve tempo. Il fatto che questi nuovi strumenti non confermassero l’esistenza delle onde gravitazionali era, secondo Weber, semplicemente frutto della imperizia dei suoi colleghi. 

Nondimeno, gli scienziati dovevano confrontarsi su un nuovo problema: che cos’era a non funzionare? Quale degli esperimenti andava rigettato? Se gli scienziati avessero seguito il falsificazionismo popperiano (un altro pilastro, forse inconsapevole, di una scienza ideologica), avrebbero dovuto rigettare la teoria della relatività, fino a quel momento ritenuta corretta, poiché in disaccordo con la misurazione dell’intensità delle onde gravitazionali. Ma così non fu. E questo è molto interessante, soprattutto per i seguaci di Popper…

NOTE

¹ Tratto dal volume di Giampietro Gobo e Valentina Marcheselli, Sociologia della scienza e della tecnologia. Un’introduzione (2021).

² Per ”ideologico“ intendo quell’atteggiamento pre-costituito (e la relativa pratica) per cui una qualsiasi idea, proposta o procedura che non rientri in determinati schemi pre-definiti non viene accolta nemmeno come possibilità, e di conseguenza non le viene attribuito lo status di ipotesi possibile su cui sospendere cautelativamente il giudizio.

³ https://www.science.org/content/article/remembering-joseph-weber-controversial-pioneer-gravitational-waves