Realismo e Ontologia della Dark Matter nella ricerca contemporanea

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Introduzione 
 
La storia della scienza testimonia che la scoperta di alcuni ‘oggetti ’, e quindi la prova della loro 
esistenza, è avvenuta per osservazione diretta (pensiamo all’osservazione di Galileo dei satelliti 
di Giove), mentre in altri casi l’ipotesi teorica circa la realtà di nuove entità ha preceduto la loro 
diretta osservazione (pensiamo all’ipotesi atomica) e la ricerca sperimentale è stata diretta alla 
giustificazione dell’ipotesi proposta. Nel caso della materia oscura scoperta e giustificazione 
vanno di pari passo, le prove sperimentali nel loro insieme sono al tempo stesso scoperta e 
giustificazione della stessa. 
Da tempo è stata spazzata via l’idea che tutto ciò che vediamo sia tutto ciò che esiste. Il nostro 
vedere, sia esso effettuato ad occhio nudo o con strumenti esterni che potenziano la nostra 
capacità visiva, nel piccolo e nel grande, prova l’esistenza di ciò che si osserva, ma non prova la 
non esistenza di ciò che non è visto. L’esistente non si limita a tutto ciò che siamo in grado di 
vedere in un dato momento storico utilizzando la migliore strumentazione, ma può arricchirsi in 
seguito grazie a degli occhi migliori, ad una più precisa o tecnicamente nuova strumentazione.  
Sappiamo, inoltre, che il metodo che gli scienziati utilizzano per vedere un oggetto ha a che fare 
con le radiazioni elettromagnetiche che esso scambia con la strumentazione: per vederlo 
dobbiamo o illuminarlo con una opportuna radiazione (come nel caso degli atomi) o osservare la 
radiazione che emette (come nel caso di oggetti molto lontani come le stelle).  Al tempo stesso 
le osservazioni vanno interpretate all’interno di un quadro teorico e quindi la conoscenza che 
abbiamo è sempre da un punto di vista.  
L’analisi di dati cosmologici degli ultimi 50 anni porta a pensare che la maggior parte della materia 
esistente starebbe ben nascosta alla nostra vista e noi vedremmo solo la punta dell’iceberg 
dell’esistente. Vi è materia ordinaria che ancora non si è resa visibile perché la tecnologia 
adeguata non è stata ancora sviluppata? Questo era quanto si pensava fino agli anni ’70, ma la 
ricerca contemporanea fornisce prove che la materia nascosta non può essere barionica, ossia 
materia ordinaria. Il problema potrebbe essere risolto continuando a sondare la parte di mondo 
che non si vede con altri metodi di indagine perché la materia esotica potrebbe manifestare la 
sua presenza in un modo diverso dall’essere vista. In effetti, non sono mancate negli ultimi 50 
anni ripetute testimonianze indirette della sua esistenza anche se la sua osservazione diretta 
sembra essere un percorso irto di difficoltà.
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Si aprono due questioni non nuove nella filosofia della scienza. La prima riguarda il grado di verità 
da attribuire ai frutti dei rami di indagine della fisica contemporanea. La seconda verte sulla 
metodologia di ricerca contemporanea. Infatti, quali garanzie abbiamo che le difficoltà di trovare 
particelle di materia oscura non possano essere ricondotte ad una ‘cristallizzazione’
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 della 
metodologia tradizionale di ricerca?  
Partendo da queste premesse, obiettivo del presente scritto è analizzare i metodi utilizzati dalla 
fisica contemporanea nella ricerca della materia oscura, ricerca che si intreccia con quella di dare 
risposta a questioni antiche quanto l’esistenza dell’uomo: come è fatto il mondo che ci circonda? 
Cosa lo costituisce? 
Se da una parte la fisica contemporanea si affanna per fornire risposte a tali domande, dall’altra 
apre lo spazio alla discussione riguardante il grado di affidabilità circa la visione della realtà che 
essa stessa fornisce, tramite i suoi modelli e le sue teorie. La scienza, la fisica in particolare, ci 
informa su come realmente è fatto il mondo?  
L’attenzione di questa tesi verrà posta su una entità specifica, che i fisici contemporanei 
sostengono di poter definire reale, pur non sapendo ancora di cosa sia fatta: la materia oscura - 
il cui studio vede impegnati gli sforzi di molti studiosi sia nell’ambito della cosmologia che della 
fisica delle particelle. Parlare di realtà di qualcosa che si può solo immaginare esistere ma non si 
sa di cosa sia fatta ha un sapore metafisico, ma cercherò di mostrare come la realtà della materia 
oscura possa essere provata, o meglio giustificata, senza sapere ancora di cosa sia costituita. Qui 
non è solo in gioco la realtà di nuove particelle, ma l’intera visione di come è strutturato 
l’Universo.  
La materia oscura, che da questo momento in poi indicherò con DM - abbreviazione di Dark 
Matter - non è sicuramente l’unico mistero, oscurità, della fisica contemporanea ma è uno dei 
più affascinanti e sembra offrire grosse potenzialità per l’ingresso di una nuova fisica. Molti fisici 
contemporanei credono che la DM sia un tipo di materia, sostanza, invisibile, nascosta all’interno 
delle galassie e nello spazio tra esse. Pur essendo una materia che non può essere vista, la sua 
presenza può essere rilevata indirettamente tramite i suoi effetti ma non solo, i fisici hanno anche 
 
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 Prendo a prestito il termine ‘cristallizzazione’ da Ana-Maria Cretu, Diagnosis Disagreements: The 
Authentication of the Positron 1931-1934,  arXiv:1910.06042 [physics.hist-ph]
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predisposto degli esperimenti per indagarne la natura tramite rilevazioni dirette, indirette, o 
cercando di produrla in laboratorio. Il fatto che nessun esperimento sia ancora riuscito a rivelarne 
delle tracce apre appunto alle questioni filosofiche circa la sua realtà (nel mondo là fuori c’è 
veramente questo tipo di materia?), e circa le metodologie di ricerca (incontreremo nuova fisica 
con i metodi di indagine consolidati o dobbiamo modificare il quadro teorico? la ricerca si è 
fossilizzata su linee ormai non più produttive?) 
Le risposte fornite nel tempo all’interrogativo riguardo cosa componga il mondo sono state 
molteplici. Nell’antichità la questione aveva catturato l’attenzione di molti filosofi e nel IV sec 
a.C. Aristotele aveva piena coscienza della sua complessità quando affermava che ’sulla 
questione se ci debba essere un unico principio, o se debbano essere molti, e quanti, e sulla loro 
specie, non tutti dicono la medesima cosa’
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. Il riferimento del grande filosofo di Stagira erano i 
filosofi suoi predecessori, che per primi avevano filosofato attorno alla verità, ma l’affermazione 
è ancora attualissima, specialmente nello studio della DM: la ricerca di base nel suo cercare di 
spiegare i misteri dell’Universo è una fucina di nuove idee e nuove vie di indagine, di nuove 
prospettive da cui partire per studiare l’Universo.      
Certamente affermare l’esistenza della materia oscura in un quadro di ampliamento dell’attuale 
Modello Standard ci porta ad aggiungere ai mattoni dell’Universo che costituiscono la materia 
ordinaria, i fermioni, i bosoni e i neutrini, un quarto mattoncino e, se per Empedocle tutta la 
materia trae origine da quattro elementi (aria, acqua, terra, fuoco) non riconducibili l’uno 
all’altro, nell’attuale Modello Cosmologico Standard tutta la materia è spiegata in termini di 
quattro tipologie di particelle, anch’esse non riconducibili l’una all’altra.  
La questione che verrà affrontata in questo scritto non è tanto quale sia (o se vi sia) il principio 
primo all’origine di tutte le cose, l’aretè, ma quale è il metodo seguito dai fisici contemporanei, 
che siano teorici o sperimentali, per arrivare a scoprire cose nuove rispetto al mondo, inteso non 
solo la parte che abitiamo, ma l’intero Universo, e quanto ci possiamo sentire impegnati riguardo 
alla realtà delle teorizzazioni della fisica contemporanea. Infatti, con il proliferare della ricerca 
scientifica condotta nei grandi centri di ricerca, si avverte la necessità di chiarire l’ontologia delle 
ricerche in atto e il loro avanzamento, in particolare nell’ambito dello studio del nostro Universo 
e della materia di cui esso è costituito. Inoltre, la vastità dei contributi della ricerca sul tema della 
 
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 Metafisica I,3
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DM sembra portare con sé il pericolo di perdersi e fissarsi sulla linea che si è scelto di seguire, 
con l’effetto di costruire diverse ‘cristallizzazioni’, prospettive infruttuose che non aprono a 
nuove vie di indagine. In realtà si trovano testimonianze di ricercatori passati da una parte della 
ricerca alla sua rivale perché convinti che la prima linea seguita non era più convincente. È il caso, 
ad esempio, di ricercatori provenienti dagli ambienti di ricerca della DM poi convertiti alle teorie 
MOND. Vi sono anche aperture verso nuovi metodi di analisi dell’enorme quantità di dati raccolti 
che, sfruttando ad esempio le reti neurali, potrebbero guidare verso alternative teoriche ancora 
non concepite.  
Con la piena consapevolezza della difficoltà di affrontare la descrizione di qualcosa in un 
momento storico in cui la ricerca non ha ancora risposto a tante domande sull’entità in studio, 
un momento in cui i ricercatori sono ancora imbrigliati nella rete delle varie ipotesi – una rete a 
maglie molto larghe e qualche strappo - cercherò anzitutto di individuare i caratteri principali del 
tema in oggetto. 
Il primo capitolo è dedicato a fornire un quadro generale della DM e delle questioni 
metodologiche che la ricerca delle DM si porta appresso. Il secondo capitolo è dedicato a spiegare 
il realismo prospettico e la sua compatibilità con il realismo. Nel terzo capitolo l’analisi dello stato 
dell’arte della ricerca contemporanea e di alcune tra le più importanti vie di ricerca permetterà 
di entrare nel tema della materia oscura analizzando le prove a sostegno della sua esistenza e le 
ipotesi sulla sua costituzione. Seguirà, nel quarto capitolo, un’analisi dei risultati ottenuti per 
cercare di capire se possano essere presi come una descrizione veritiera della realtà che ci 
circonda e se, e quanto, gli insuccessi della ricerca possano essere legati ad una cristallizzazione 
della stessa su metodologie tradizionali; verrà anche rivisto il tema della materia oscura dal punto 
di vista del realismo prospettico. Nel quinto capitolo, partendo da una visione scettica sulla 
possibilità di nuove scoperte scientifiche con gli attuali metodi di indagine, la ricerca sulle reti 
neurali viene presentata come una possibile nuova via di indagine.
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CAPITOLO 1 
1.1 La questione Dark Matter 
Mai come oggi la fisica di base (quella teorica) è vicina alla metafisica, entrambe mirano alla 
fondazione della realtà oggettiva, stabilendo come sia effettivamente fatto il mondo che 
abitiamo. Indagando l’Universo i cosmologi si accorgono che serve pensare ad una diversa 
descrizione della realtà. Oltre la materia ordinaria e la radiazione sembra che un’altra materia, 
oscura, imponga la sua presenza. L’esistenza di questa nuova materia si presenta senza timidezza 
agli scienziati ma a tutt’oggi un velo di mistero lo circonda, non si sa cos’è ciò che si mostra 
esistere. Ed è sull’essenza della materia oscura che oggi molta della ricerca della fisica 
contemporanea è concentrata. Il dibattito è ancora aperto e sarebbe una grossa delusione non 
trovare nulla tenuto anche conto del fatto che l’attuale comprensione dell’Universo, basata su 
osservazioni astronomiche e sulla teoria di gravità, è ben descritta dal modello cosmologico 
CDM (al cui interno, oltre alla materia ordinaria e la radiazione trovano parte anche la costante 
cosmologica  e la ‘cold dark matter’, nota come CDM). Questo modello non solo fornisce la 
miglior interpretazione dei dati osservativi ed è in completo accordo con questi, ma descrive la 
formazione delle strutture su larga scala dell’Universo. Sulla base del modello cosmologico 
attuale si stima che la quantità totale di massa-energia dell’Universo sia costituita di circa il 4% 
di materia barionica (ordinaria materia visibile come stelle e gas), per la restante parte di due 
nuove misteriose entità ormai accettate dalla maggior parte dei cosmologi, Dark Matter (24%) e 
Dark Energy (72%).
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WMAP data (Bennett et al. 2003; Spergel et al. 2003; Hinshaw et al. 2007; Spergel et al. 2007), along 
with a host of pioneering CMB experiments (Miller et al. 1999; Lee et al. 2001; Netterfield et al. 
2002; Halverson et al. 2002; Pearson et al. 2003; Scott et al. 2003; Benoˆıt et al. 2003), and other 
cosmological measurements (Percival et al. 2001; Tegmark et al. 2004; Cole et al. 2005; Tegmark et 
al. 2006; Eisenstein et al. 2005; Percival et al. 2007; Astier et al. 2006; Riess et al. 2007; Wood-Vasey 
et al. 2007) have established ΛCDM as the standard model of cosmology: a flat universe dominated 
by dark energy, supplemented by dark matter and atoms […]
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.  
 
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Melissa Jacquart, Dark Matter and Dark Energy, For The Routledge Companion to Philosophy of Physics, 
2017. 
http://philsci-archive.pitt.edu/16893/1/Jacquart-2017-DarkMatterDarkEnergy%20PhilSciArx.pdf 
5
 Hinshaw, G. et al., Five-year wilkinson microwave anisotropy probe* observations: data processing, sky 
maps, and basic results, The Astrophysical Journal Supplement Series, 2009. 
https://arxiv.org/pdf/0803.0732.pdf
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A riguardo vi sono anche pareri discordanti nel mondo scientifico. Alcuni credono che dark matter 
e dark energy siano solamente delle entità inserite ad hoc nel modello cosmologico per far sì che 
questo ben si accordi con i dati sperimentali: 
Cosmologists do not usually work within the framework of alternative cosmologies because they feel 
that these are not at present as competitive as the standard model. Certainly, they are not so 
developed, and they are not so developed because cosmologists do not work on them. It is a vicious 
circle. The fact that most cosmologists do not pay them any attention and only dedicate their 
research time to the standard model is to a great extent due to a sociological phenomenon (the 
“snowball effect” or “groupthink”).
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Most cosmologists are pretty sure that they have the correct theory, and that they do not need to 
think about possible major errors in the basic notions of their standard theory. Most works in 
cosmology are dedicated to refining small details of the standard model and do not worry about the 
foundations. There is still, however, a significant number of results in isolated and disconnected 
papers that are usually ignored by the leading cosmologists, and that are more challenging and critical 
of the standard model.
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La situazione attuale è quindi la seguente: dalle osservazioni i cosmologi inferiscono l’esistenza 
della Dark Matter, tuttavia, dal momento che non riescono ad osservarla direttamente, si 
conosce molto poco sulla sua natura. 
1.2 L’era di una nuova fisica 
Siamo in un momento storico molto particolare per quanto riguarda la conoscenza del nostro 
Universo, potremmo essere alle soglie di una nuova rivoluzione, vi sono infatti segnali di crisi che, 
secondo i ricercatori, potrebbero preparare la via all’emergere di una nuova fisica oltre l’ormai 
più che testato Modello Standard, che si presenta però incompleto, non più adatto a spiegare 
quanto di nuovo viene osservato e non in grado di fornire nuove predizioni. Sembra essere finito 
il periodo dei rompicapi della ‘scienza normale’ di cui parlava T. S. Kuhn, rappresentata dal 
Modello Standard, la teoria che oggi meglio spiega l’Universo a partire dai suoi mattoni 
fondamentali, le particelle elementari. Ma uno stesso insieme di dati sperimentali potrebbe 
fornire diverse costruzioni teoriche, provenienti anche da prospettive completamente diverse. 
Questo è quello che sta accadendo nel campo della ricerca della materia oscura dove l’ipotesi di 
una gravità modificata (MOND) si contrappone alla più popolare ipotesi particellare, e 
 
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 López-Corredoira, M., Non-standard models and the sociology of cosmology, Studies in History and 
Philosophy of Modern Physics, 2014.  https://arxiv.org/pdf/1311.6324.pdf 
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 López-Corredoira, M. (2017), Tests and problems of the standard model in cosmology, Foundations of 
Physics. https://arxiv.org/pdf/1701.08720.pdf
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quest’ultima, a sua volta, viene indagata da diverse prospettive (WIMPS, assioni…). Il mondo in 
cui viviamo potrebbe così offrirci una immagine diversa da quella finora pensata. Qualcosa infatti 
di nuovo c’è, ancora non si sa cos’è ma si sa che c’è.  
Pur essendo ancora tutto sotto indagine, da più parti si invoca l’esistenza di una nuova materia, 
un elemento in più da aggiungere al quadro del Modello Standard: tante prove cosmologiche su 
scale diverse evidenziano delle anomalie, delle discrepanze tra le teorie in atto e i dati 
sperimentali. Sono le teorie a dover essere modificate o i dati che abbiamo sono sottostimati e 
stiamo considerando solo parte della massa dell’Universo, motivo per cui le previsioni della fisica 
consolidata non corrispondono a quanto si osserva?   
Le grandi opportunità fornite dalla ricerca sulla materia oscura sono state recentemente 
suggellate nella motivazione al premio Nobel per la Fisica del 2019 a James Peebles “for 
theoretical discoveries in physical cosmology”: la Dark Matter per la fisica contemporanea 
rappresenta sia un mistero che una sfida.  
James Peebles’ insights into physical cosmology have enriched the entire field of research and laid 
a foundation for the transformation of cosmology over the last fifty years, from speculation to 
science. His theoretical framework, developed since the mid-1960s, is the basis of our 
contemporary ideas about the universe.  
The Big Bang model describes the universe from its very first moments, almost 14 billion years ago, 
when it was extremely hot and dense. Since then, the universe has been expanding, becoming 
larger and colder. Barely 400,000 years after the Big Bang, the universe became transparent and 
light rays were able to travel through space. Even today, this ancient radiation is all around us and, 
coded into it, many of the universe’s secrets are hiding. Using his theoretical tools and calculations, 
James Peebles was able to interpret these traces from the infancy of the universe and discover new 
physical processes.  
The results showed us a universe in which just five per cent of its content is known, the matter 
which constitutes stars, planets, trees – and us. The rest, 95 per cent, is unknown dark matter and 
dark energy. This is a mystery and a challenge to modern physics.
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Una nuova fisica, come quella legata alla ricerca della DM, porta anche a nuove opportunità in 
ambito della riflessione filosofica. Le nuove idee della fisica teorica sono scienza o metafisica? In 
particolare, la riflessione sui modelli della scienza, sono delle finzioni? Sono solo delle utili 
rappresentazioni ma non dicono nulla di vero? Su quale base si afferma la realtà degli 
inosservabili? 
 
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 Press release: The Nobel Prize in Physics 2019 - NobelPrize.org 
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/press-release/