Algunas preguntas básicas sobre ciencia

Después de muchas charlas con amigos con formación de letras he podido darme cuenta de que algunos conceptos que es imprescindible conocer para poder entender la ciencia la gente en general los ignora. Este desconocimiento se debe simplemente a que los divulgadores no los explican. En esta entrada voy a tratar de tapar este agujero, que ademas es la causa mas probable de discusión entre un científico y un filósofo.¿Que es una teoría científica? ¿Por que conceptos que antes se suponían válidos ahora parece que no lo son? Por poner un ejemplo, la ley de la gravedad de Newton, ¿Pasó a ser falsa cuando Einstein formuló la teoría de la relatividad? Se trata de conceptos bastante sencillos, pero sin ellos es imposible entender la ciencia.

UN UNIVERSO DE CAPAS DE CEBOLLA

¿Cuantos caballos de potencia tiene un trozo de hierro? Esta es una pregunta absurda, pero si cogemos ese trozo de hierro y lo moldeamos y procesamos hasta convertirlo en un motor de gasolina, entonces la pregunta si que tiene sentido; este es un ejemplo del viejo axioma de “el todo es mas que la suma de las partes”.

En el mundo físico, los diferentes componentes se combinan formando estructuras, y estas estructuras tienen propiedades nuevas que las piezas de las que están hechos no tienen. Ademas, este modelo funciona a muchos niveles; es decir, las estructuras que se forman son a su vez las piezas del siguiente nivel; así las creaciones humanas (coches, aviones, ordenadores, …) están compuestos de piezas mas pequeñas (cables, microchips, bombillas, …), que a su vez están compuestos de piezas aún mas pequeñas (los átomos), que a su vez están compuestos de …

El resultado de esto es que el mundo presenta una estructura de capas, donde cada capa está regida por un conjunto de leyes, leyes que a su vez solo tienen sentido dentro de dicha capa; volviendo al principio de este párrafo, del mismo modo que no tiene sentido preguntar por las revoluciones por minuto de un trozo de acero (a pesar de que los motores están hechos de este metal), tampoco tiene ningún sentido pretender describir su funcionamiento a partir de las propiedades químicas del metal. Otro ejemplo sería que, a pesar de que el acero no flota, los barcos si flotan (a pesar de que están hechos de acero).

En resumen, cuando hablamos de ciencia el primer concepto a tener claro es que las leyes naturales tienen un ámbito de aplicación concreto, y que fuera de ese ámbito no solo no tienen sentido, sino que pueden llevarnos a contradicciones y paradojas.

¿QUE ES UNA TEORÍA?

Este es uno de los motivos de discusión entre la gente de ciencias y de letras. Para la gente con formación de letras, una teoría es una afirmación que se supone que es cierta, pero aún no se ha podido demostrar. En ciencia, a esto se le llama hipótesis, una teoría es algo muy diferente; en ciencia, una teoría es un conjunto de fórmulas matemáticas que describen un determinado aspecto del mundo físico. Para ser mas precisos, la elaboración de una teoría consta de tres pasos:

• Observación: El investigador estudia un determinado fenómeno del mundo físico.
• Formulación: A partir de la información obtenida en las observaciones, el investigador deduce las fórmulas matemáticas que describen ese fenómeno.
• Validación: Utilizando las fórmulas obtenidas en el paso anterior, calculamos sobre el papel que tendría que pasar en unas determinadas condiciones; luego, nos vamos al laboratorio, reproducimos esas condiciones y observamos si pasa lo que las fórmulas han dicho que debe pasar. Si el resultado es el previsto, se considera que la teoría es válida; si no es el previsto, significa que, o bien la teoría no es buena, o bien que la teoría a llegado a sus límites.

Y ahora, para poner un ejemplo concreto de como se elabora una teoría, volveremos al ejemplo del motor. Tomamos un motor de gasolina en marcha y empezamos a tomar medidas de presión en el interior del cilindro y potencia generada; a partir de ahí podremos obtener una fórmula que nos relacione la presión con la potencia.

El siguiente paso será utilizar esa fórmula para calcular, para una presión dada, que potencia debe desarrollar el motor; luego pondremos el motor a esa presión y observaremos si la potencia que realmente se genera es la que habíamos calculado.

Hay que aclara que la validación es un proceso que no se termina nunca, ya que cada vez que la tecnología avanza, se abre la posibilidad de hacer pruebas que antes eran irrealizables. Por poner un ejemplo, en Abril del 2004 se lanzó el satélite Gravity Probe B, destinado a comprobar algunos aspectos de la teoría de la relatividad de Einstein. Si la Relatividad se formuló a principios del S.XX, ¿Como es posible que se haya tenido que esperar tanto para hacer esta prueba? Muy simple, porque la tecnología necesaria para hacer este experimento no existía hasta hace poco.

¿QUE DISTINGUE A LOS CIENTÍFICOS ACTUALES DE LOS SABIOS DE LA GRECIA CLÁSICA?

Precisamente la capacidad de elaborar teorías. Los filósofos griegos observaban el mundo y eran capaces de extraer conclusiones a partir de sus observaciones, pero el siguiente paso, construir teorías científicas, no llegaron a darlo con lo que su trabajo quedó incompleto.

La formulación de teorías es la base del método científico moderno. El método científico se desarrolló durante los siglos XVI y XVII, de la mano de personajes como Kepler o Galileo, aunque es a Isaac Newton a quién se considera el padre de la ciencia moderna, gracias a su obra Principia Mathematica, donde establece las bases del trabajo científico moderno; de hecho, es por esta obra que se considera a Newton el científico mas grande de la historia.

CUANDO APARECE UNA TEORÍA NUEVA, ¿LO ANTERIOR QUEDA DESCARTADO?

Volvamos al ejemplo del motor de gasolina. Tenemos una fórmula que, a partir de la presión en el motor, nos calcula su potencia y la hemos puesto a prueba por la vía de ir elevando la presión en el motor e ir observando si la potencia que medimos se corresponde con la que calculamos matemáticamente. Si seguimos por este camino, llegaremos a un punto en que nuestra fórmula dejará de darnos el resultado correcto; cuando lleguemos a ese punto observaremos ademas otro fenómeno, que el motor empieza a agrietarse y a presentar fugas de gas. Lo que está ocurriendo es que el acero de que está hecho el motor no puede soportar la presión, con lo que empieza a ceder.

A primera vista, podemos pensar que la fórmula que calcula la potencia del motor está mal hecha, pero eso no es cierto; la misión de nuestra fórmula (que es nuestra teoría de ejemplo) es calcular la potencia del motor y esa tarea la cumple a la perfección; lo que ocurre es que llega un punto (la presión supera la resistencia del motor) en que el entorno cambia y por tanto se hace preciso establecer un nuevo marco teórico; para ser mas exactos, necesitamos una nueva teoría que calcule la resistencia de los metales, para saber cual es la presión máxima que puede soportar un motor.

En la “ciencia real” ocurre lo mismo. Por poner un ejemplo, la teoría de la Relatividad no invalidó las leyes de Newton; simplemente, se descubrió que, cuando la fuerza de la gravedad rebasa un cierto valor, aparecen unos fenómenos nuevos (los efectos relativistas).

¿Por que se producen estos cambios? Simplemente, porque hemos cambiado de capa. En el primer párrafo explicaba que la realidad tiene una estructura de capas, y que las leyes de la naturaleza están asociadas a capas concretas, pero los experimentos y las acciones actúan sobre varias capas. Volviendo al ejemplo del motor, la presión actúa tanto sobre la potencia (el nivel del motor) como sobre la resistencia del metal (el nivel del material).

Por último, no puedo quedarme sin mencionar algo de lo que se habla mucho: La teoría del todo. Esta teoría recibe este nombre porque describe el nivel mas profundo de la realidad, el nivel de donde se deriva todo lo demás, todo nuestro Universo. En mi opinión sería mas correcto denominarla “teoría fundamental”, ya que llamarla “teoría del todo” da a entender que se puede aplicar a cualquier cosa, lo que es incorrecto.

Fuente: Astro Web