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.
27 respuestas ↓
1 Suso // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 12:29 am
Muy interesante, enhorabuena por el post. Me parece un enfoque muy acertado el de las “capas”. Sin embargo me gustaría dar otro punto de vista, que no invalida ese, sino que lo complementa. A veces, sobre todo en física se habla de “modelos”. Un modelo suele ser un conjunto de fórmulas matemáticas que tratan de describir un aspecto de la realidad. Cuanto más se aproximen los resultados experimentales a las predicciones de las fórmulas, mejor diremos que es el modelo.
Lo que ocurre (y esto es otra forma de ver lo de las capas) es que podemos tener modelos complejos que reflejen efectos sutiles (por ejemplo, la relatividad general), pero en muchos ámbitos, donde esos efectos no son apreciables, resulta más útil un modelo más sencillo (por ejemplo, el modelo gravitatorio de Newton).
2 monti // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 2:06 am
Suso: Muchas gracias. Respecto a lo que dices de “modelos”, esa es exactamente la definición de teoría!!
Una teoría es un modelo (normalmente matemático) que describe el mundo o un aspecto del mundo.
Con el modelo de capas es mostrar los diferentes niveles de complejidad, el hecho de que los elementos que forman la realidad son las piezas de estructuras mas complejas, que a su vez son las piezas de otras estructuras aún mas complejas.
3 fisikoloko // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 7:13 am
No estoy de acuerdo con esa definición de modelo. Llamamos “modelo” cuando no tenemos una teoría que explique todos los resultados de una capa, sino que tenemos diferentes explicaciones para distintos detalles de la realidad, pero sin que estén realmente unificados. Por eso no adquiere el nombre de teoría.
El “modelo estándar” por ejemplo, que intenta explicar el comportamiento de las partículas subatómicas, necesita una pequeña teoria para cada conjunto de partículas (estoy simplificando mucho para el gran publico), pero no tiene ninguna fórmula de la que derive todo (al contrario que en Relatividad donde todo deriva de E=MC²). Sin embargo esto no quiere decir que no sea correcto, simplemente es que todavía no hemos encontrado el “quid” del asunto.
4 KTAL // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 9:36 am
Sinceramente, te doy la enhorabuena y espero que puedas seguir con esta labor de divulgación. Muy correcto el coemntario sobre la mal llamada Teoria del Todo, para eso todavía nos falta un poquito. Salu2.
5 KTAL // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 9:53 am
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).
No es correcto, los fenómenos relativistas aparecen con cualquier fuerza de gravedad o más bién con cualquier velocidad, lo que ocurre es que a velocidades no relativistas (lentas) las diferencias entre Einstein y Newton son despreciables.
6 Blog d’un palamosí » Blog Archive » Hipòtesi, teoria, model… // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 10:18 am
[…] Aquí penjo un enllaç a un article amè sobre conceptes bàsics de ciència com “hipòtesi, teori, model”. http://teleobjetivo.monteagudo.net/archives/2007/11/19/algunas-preguntas-basicas-sobre-ciencia/ […]
7 daniel // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 10:53 am
“para la gente de letras” ni que fueramos tontos yo soy de letras y he estudiado ciencias y me siento ofendido,si tus colegas de letras son tontos o no leen o no estudian no es mi problema chaval.
8 CRS // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 10:55 am
Muy adecuado el tono general de divulgación; las explicaciones son claras y adecuadas, aunque yo comenzaría por el barco de acero que flota más que por el motor. Diría que tiendes a asumir que “la ciencia” son las ciencias naturales (en realidad, me parece que estás refiriéndote sólo a la física). Me parece correcto haber mencionado el ámbito de los modelos -para analizar el lanzamiento de una piedra sobre la corteza terrestre, el modelo aristotélico está vigente y el modelo newtoniado sólo se queda corto a partir de ciertas velocidades-. Creo que yo abundaría más sobre el método científico y quizá sobre el propio Descartes, así como los diferentes estados de hipótesis y teoría. No mencionas la estadística ni el ámbito de los experimentos ni los modelos que validan ni la necesidad de una repetitibilidad. Insisto en que el motor de un coche no es el ejemplo más evidente para todo el mundo, y que se podrían encontrar mejores opciones.
Por lo demás, felicidades: creo que, en lineas generales, es un buen “mini-ensayo”. Por mi parte, es la mejor crítica constructiva que soy capaz de hacer.
Un saludo
9 meneame.net // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 1:09 pm
Algunas cuestiones 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 l…
10 monti // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 1:39 pm
KTAL: Es cierto que los fenómenos relativistas siempre están ahí, pero no se hacen perceptibles hasta que la gravedad o la velocidad alcanzan unos ciertos valores. Volviendo al ejemplo del motor, es obvio que el acero tiene una resistencia limitada, pero mientras la presión no sea suficiente para romper el motor, no lo sabremos.
11 monti // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 1:47 pm
daniel: Por favor, no me seas susceptible…
¿Conoces el dicho “nadie nace enseñado”? No dudo que quien tenga una buena formación científica ya conoce todo lo que explico en este texto, pero formarse adecuadamente adecuadamente en cualquier tema (tanto de ciencias como de letras) requiere mucho tiempo, así que no tiene nada raro que una persona que ha preferido dedicar su tiempo a otras ramas del saber no sepa lo suficiente de física.
12 andres // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 3:01 pm
Hola, Lamento diferir en cuanto a la definición de teoría que das. Una teoría es algo que no esta demostrado, lo que defines es un Teorema
13 Fistroman // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 3:50 pm
Me ha gustado mucho.. a pesar de tener media formación de ingeniero, me ha gustado que me aclaren un poco las diferencias entre conceptos…
Yo pienso que la gente entendería mejor la ciencia si entendiese su motivación principal, los límites a los que está sometida y la humildad que hace falta para hacer ciencia…
Lo malo de las matemáticas (p.e.) es que están enseñadas por gente que no las entiende y que divulga sus afirmaciones como cintas de casete. Revowing play revowing play.. :D.
Lo que la gente debería entender sobre todo es que un modelo NO ES LA REALIDAD… es una abstracción de ésta que nos permite predecirla y manipularla con cierta seguridad.
Usando un modelo de Forrest Gump “la vida es como una caja de bombones”… este modelo muy sencillo nos permite entender que la vida está llena de sorpresas, pero es estúpido buscarle la tapa de la caja a la vida.
14 monti // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 3:53 pm
andres: Esa es la definición de teoría en matemáticas
En física no existe el concepto de teorema.
15 Mormakil // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 5:35 pm
“… al contrario que en Relatividad donde todo deriva de E=MC²”
Va a ser que no… más bien es todo lo contrario. La famosa fórmula es una consecuencia de la relatividad especial (o restringida, no confundir con la relatividad general), es decir, E=mc² deriva de lo que hoy conocemoscomo relatividad especial. Aunque ambos trabajos se publicaron en 1905, en el que describe dicha equivalencia entre masa y energía fue publicado dos meses después como una especie de corolario. De hecho Einstein empieza dicho artículo diciendo que su anterior artículo sobre electrodinámica (el que da origen a la relatividad especial) lleva a una “conclusion interesante”, cuya deducción es lo que conforma ee artículo.
16 Mormakil // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 6:45 pm
Me parece excelente el articulo. Sin embargo hay que aclarar que el modelo descrito por ti, lamentablemente no se puede aplicar a todas las ramas de la ciencia. En medicina por ejemplo, es muy dificil establecer modelos puramente matematicos para establecer teorias. en cuantoa la discusion sobre los nombres “hipotesis” “teorema” teoria”; es cierto que en cada rama de la ciencia, incluso en cada pais puede haver variaciones al respecto. Lo importante aqui es establecer la gran diferencia que existe entre lo que se define como “CIENTIFICO”, y lo considerado filosofico o racional. No creo que los humanistas sean tontos ni nada de eso, lo que pasa es que usan un sistema de conocimiento distinto al utilizado por nosotros los cientificos. Al usar el metodo racional (tambien llamado apriori); los deja fuera del ambito cientifico.
17 monti // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 7:01 pm
Vaaaale, admito el error; donde dije “ciencia” debería haber puesto “física”
18 lfmonreal // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 7:03 pm
Yo también he tenido esas discusiones, pero no solo con filósofos, existen estudiantes de pedagogía, abogados, sociólogos, etc. que defienden el método racional. Este consiste en observar los fenomenos y llegar a conclusiones sin someter esta información a comprobación empírica (experimental) dado que creen que sus conclusiones son validas y no necesitan confirmación. El método científico es riguroso en eso. Por ejemplo, la teoría de Einstein requiere forzosamente validación empírica y no deja de ser teoría hasta que se confirme empíricamente. La teoría puede estar formulada perfectamente pero no tendría valides hasta su confirmación empírica. Ese rigor de la ciencia es lo que permite el desarrollo de la Tecnica, que es el motor del desarrollo actual de la humanidad.
19 Uno que pasaba por aqui // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 8:03 pm
Mmmm ésa distinción que haces entre lo que uno de letras entiende por teoria y lo que entiende uno de ciencias no me parece muy acertada.
Segun tu “A partir de la información obtenida en las observaciones, el investigador deduce las fórmulas matemáticas”
Bien, a éso lo llamo yo “hacer una hipótesis sobre las fórmulas matemáticas que se cree describen los fenómenos observados”.
Es decir, la deducción de fórmulas matemáticas no surge porque sí. Las fórmulas no salen del aire. Se tienen unos datos observados, éso sí, pero las fórmulas matemáticas que los describen salen de unas hipótesis que se hacen.
Por tanto, a mi entender, el significado primigenio de “teoria” viene a ser lo mismo seas de letras o de ciencias. Quizás los de ciencias lo matizamos, pero nada más.
Por otro lado creo que el uso de la palabra “validación” tampoco es muy acertada. Para ser estrictos, una teoria nunca se puede demostrar (=validar). Lo que sí se puede hacer es “falsarlas” (invalidarlas), es decir, demostrar que son incorrectas. Todo esto está relacionado con lo que he dicho anteriormente de que una teoria no deja de ser un conjunto de hipótesis, que si repasamos los apuntes de lógica veremos que les sucede lo mismo: nunca se puede demuestrar su “correctez”/”validez” sinó, como mucho, su “incorrectez”/”invalidez” (llámalo como quieras)
20 Uno que pasaba por aqui // 20 de Noviembre de 2007 a la(s) 8:13 pm
Hay un buen libro al respecto que se llama 100 preguntas basicas para la ciencia, de Isaac Asimov
21 Suso // 21 de Noviembre de 2007 a la(s) 12:32 am
fisioloko, no estoy de acuerdo contigo. En muchas disciplinas científicas, y especialmente en física, siempre se tiene un “modelo”, que es una manera matemática de predecir la realidad, pero no hay un “quid” de la cuestión. Sólo una aproximación mejor que la del modelo anterior. Y como dice “uno que pasaba por aquí” las teorías no se verifican, sino que se van invalidando, lo que fuerza a buscar otras mejores. Respecto a esto último recomiendo echar un vistazo a la entrada sobre Karl Popper y sobre el Falsacionismo en la Wikipedia.
22 Damián Contreras // 21 de Noviembre de 2007 a la(s) 12:47 am
Respecto a este artículo. Es cierto que en ciencia primero se hacen observaciones, luego se formula una teoría, pero esa teoría no necesariamente tiene que estar dada por una fórmula matemática, esto es un error, nada más te dejo de tarea pensar acerca de las teorías biológicas; lo que debes decir es que una teoría científica esta basada principalmente en lógica, no en fórmulas, la formulación de una teoría se hace mediante predicados lógicos, que nunca se pueden demostrar universalmente ciertos pues siempre tienen la propiedad de ser refutables, este es el principio de “falsabilidad” de Popper.
Sobre los griegos confirmas que estás muy equivocado en tu idea de ciencia, pues existió Arquímedes, él formuló una teoría sobre el empuje del agua en los cuerpos, y no porque no lo haya dado en términos de la mecánica que tú conoces significa que eso no es una teoría, de igual el modo el principio de las palancas.
23 Manuel // 21 de Noviembre de 2007 a la(s) 3:19 am
Hola, muy interesante aunke con algunas “paradojas” seguimos creyendo lo ke mejor cae ennuestra FILOSOFIA Creyente ¿
Recopilo informacion sobre el origen de la vida y cargo en
http://www.infojardin.com/foro/showthread.php?t=38762
Se necesita aclarar conceptos de hipotesis y teorias.
Un saludo
24 anonimo // 22 de Noviembre de 2007 a la(s) 6:47 pm
KTAL: Es cierto que los fenómenos relativistas siempre están ahí, pero no se hacen perceptibles hasta que la gravedad o la velocidad alcanzan unos ciertos valores.
Aquí creo que hai un un sutil error de concepto, los efectos relativistas siempre están ahí, y además siempre son perceptibles, aunque a bajas velocidades (lo de la gravedad lo dejo porque si no nos aclaramos con relatividad restringida no merece la pena meternos a GR) coincide con la teoría de Newton, pero que también sean efectos newtonianos no quiere decir que no sean relativistas. Es decir, F=m·a es un efecto relativista (como aproximacion a 1º orden de la teoria), aunque no es válido para todo el rango de validez de la teoría y coincide con un resultado totalmente general de la mecánica clásica.
25 Paquita // 22 de Noviembre de 2007 a la(s) 8:10 pm
Muy interesante. Ay si no fuese por quirón…!
26 jessica // 28 de Febrero de 2008 a la(s) 3:56 pm
actualizate ok
27 licha // 29 de Agosto de 2008 a la(s) 12:33 am
hola
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