Hipótesis, teorías, leyes, modelos

Hipótesis, teorías, leyes, modelos

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Por Prof. Bartolomé Yankovic, octubre, 2011

Para esto… dice más de alguien, tengo mi propia explicación. Otros, más arriesgados, dicen haber elaborado sus propias teorías sobre algún fenómeno particular, como los agujeros negros, la formación del universo, la teoría unificada, o el fin del mundo… Los científicos recomiendan guardar las teorías propias o comunicarlas si se tiene la fundamentación matemática. Claro, porque las intuiciones no son ciencia… y la ciencia secreta tampoco lo es. Un principio básico de la ciencia moderna es el intercambio de información, universal, libre y cooperadora.

1 I. Newton

2 J. Dalton

3 C. Darwin

4 A. Einstein


Científicos que cambiaron la historia del mundo: 1. Isaac Newton (1642-1727); una obra científica monumental: las leyes el movimiento, la fuerza de gravedad, el cálculo, la óptica; 2. John Dalton (1766-1844); postula (1808), el primer modelo atómico de base científica; 3. Charles Darwin (1809-1882); su teoría de la evolución es un pilar de la biología moderna; 4. Albert Einstein (1879-1955): su teoría de la relatividad cambió la concepción del universo.

Los hallazgos científicos se comunican a través de publicaciones especializadas que tienen rigurosas normas para aceptar un trabajo. Una de ellas, la reproducción: el investigador debe describir lo que ha hecho, los experimentos, los datos obtenidos, etc., de tal forma que otro científico – en cualquier lugar del mundo -, pueda repetir o recorrer el mismo camino y alcanzar los mismos resultados. Otra exigencia es considerar el cuerpo de conocimientos disponible, independientemente de lo audaz que pueda ser la investigación misma.

¿Nuestras propias explicaciones? Las hacemos cotidianamente. Si en el ascensor de nuestro edificio percibimos olor a comida una tarde del viernes, podemos inferir que el vecino del 6º piso ha encargado una pizza, etc. Estas explicaciones, sobre un hecho particular, se llaman inferencias. Las hipótesis, en cambio, son de carácter general. Se pueden formular hipótesis sobre el calentamiento global (asumiendo que ese es un hecho), o sobre la desaparición de especies en la Tierra (un hecho objetivo), o sobre el poblamiento humano en Marte (por ahora en el ámbito de la ciencia ficción). Las hipótesis, como explicaciones provisorias, son aproximaciones a la verdad, que se formulan para explicar determinados hechos o fenómenos y deben considerar el conocimiento disponible; de traspasar estos límites se transforman en adivinanzas o conjeturas. ¿Y las teorías, leyes, modelos? Todos hemos oído hablar de la teoría de la relatividad, de la teoría atómica, de las leyes de Mendel, de los principios de la termodinámica… de los modelos atómicos. La teoría de la relatividad también se conoce como principio, etc. ¿Son sinónimos estos términos? Las teorías son explicaciones, creaciones lógicas, resultado de cuidadosas observaciones y trabajo experimental que permiten, aunque sea momentáneamente, comprender el mundo natural. Una teoría científica no es de ninguna manera la última verdad. Siempre está sujeta a revisión, y puede ser modificada o rechazada si nuevos datos, nuevas evidencias, la contradicen. La teoría de la relatividad general de Einstein, por ejemplo, reemplazó el concepto de gravedad de Newton incluyendo al tiempo como una cuarta dimensión, tal como ocurre con las otras tres dimensiones del espacio, longitud, ancho (profundidad), y altura… que se ilustran fácilmente observando una caja cualquiera. Einstein combina las tres dimensiones con lo que llama espacio – tiempo. Hasta hoy la teoría de Einstein ha sido confirmada por los experimentos realizados. Pero sigue siendo una teoría... Pero… en setiembre de 2011 se constata experimentalmente que los neutrinos contradicen a Einstein, porque son partículas subatómicas más rápidas que la luz. Los científicos de la Comisión Nacional francesa de Investigaciones Científicas (CERN) están perplejos: los neutrinos pueden alcanzar una velocidad superior a la de la luz… un resultado inesperado. A comienzos del siglo pasado, la teoría de la relatividad de Einstein afirmaba que nada en la naturaleza puede viajar más rápido que la luz. Sin embargo, ¡calma! La dirección del CERN reaccionó pidiendo cautela. La institución, formada por 20 países, advirtió que "es poco probable que los datos" obliguen a modificar "la teoría de Einstein". ¿Explicaciones? "Los neutrinos podrían propagarse en un espacio - tiempo curvo, mientras la luz lo haría en otro ordinario; los neutrinos, al contrario que la luz, pueden tomar un atajo a través del espacio y por eso parecen más rápidos", etc. Estas explicaciones – u otras - nos obligan a no tirar por la borda la teoría de la relatividad;

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obligan a añadirle una nueva dimensión. ¿Y qué pensaría hoy Albert Einstein si estuviese vivo? “Estoy seguro – dice un investigador - que ya tendría una teoría muy buena para explicar esto". Las teorías, entonces, están sujetas a cambios; se consideran parcial o totalmente verdaderas, verificables, y tiene validez para un tiempo y lugar determinados. Cuando se comprueba su validez en todo tiempo y lugar se transforma en ley. Por ejemplo, la gravitación es una ley o principio. La teoría de la evolución, que hoy forma parte del armazón de la biología moderna, es un cuerpo teórico que se perfecciona a partir de nuevas evidencias, nuevos descubrimientos, mientras que la gravitación es una ley: ocurre en todo tiempo y lugar del universo conocido. Una ley puede considerarse como una teoría que ha sido verificada de forma consistente a través de la observación y la experimentación. Tiene validez para todos los hechos o fenómenos que abarca. Por ejemplo las leyes de la herencia, que se refieren a un tema específico - la transmisión de los rasgos hereditarios - , tienen validez para todos los seres vivos en todo el universo conocido… ya se trate una ameba, una zanahoria o un hipopótamo.

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1 La genética como ciencia, definida como el estudio de la herencia y la variación en los seres vivos, fue fundada por Gregorio Mendel (1822-1844), quien en 1865 descubrió las leyes del mecanismo hereditario. Antes de Mendel se creía en “la herencia a través de la sangre”. 2 En 1953, James Watson y Francis Crick describen el modelo del ADN, la macromolécula que contiene la información genética.

Los modelos representan las ideas o conceptos sobre un hecho o fenómeno. Las ciencias usan modelos para representar cómo funciona una parte determinada del universo y pueden representarse en forma gráfica. Por ejemplo, todos los modelos atómicos de la materia se plasman en dibujos. Pero los modelos también pueden ser conceptuales, por ejemplo, representarse con una ecuación.

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1. Dalton

2. Thomson

3. Rutherford

4. Bohr

5. Schrodinger

Evolución de los modelos atómicos: 1. John Dalton (1808); el átomo está formado por minúsculas partículas esféricas indivisibles e inmutables entre sí en cada elemento químico; 2. Joseph John Thomson (1904) el átomo es una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones; 3 Ernest Rutherford (1911) el átomo está formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente; 4. Niels Bohr (1913) los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos; 5. El modelo atómico actual – de la nube electrónica- fue desarrollado durante la década de 1920, por Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg. Es un modelo de gran complejidad matemática, tanta que sólo puede resolver con exactitud el átomo de hidrógeno. Para resolver átomos distintos al de hidrógeno se recurre a métodos aproximados. En este modelo no se habla de órbitas, sino de orbitales, que son regiones del espacio donde la probabilidad de encontrar el electrón es máxima.

Los modelos cambian… por ejemplo, el modelo de la Tierra plana fue superado por la Tierra esférica; el modelo atómico ha sufrido grandes cambios, desde Demócrito y Leucipo, en el siglo VI a. de C., hasta el modelo ondulatorio contemporáneo.

1. Modelo geocéntrico

2. Modelo heliocéntrico

El modelo de membrana celular que explica los mecanismos de transporte hacia y desde la célula, también ha evolucionado. La organización de un modelo parte aclarando cuál es el problema y qué hechos son relevantes a dicho problema. En el caso de la célula, es obvio que los intercambios ocurren a través de la membrana y que esta debe ser porosa, pero se trata de explicar las variables que influyen en el ir y venir de materiales, a partir de la funcionalidad de sus estructuras y la naturaleza de los materiales que entran y salen. Hay en este caso, una ventaja: la célula se puede observar al microscopio y eso ayuda a identificar sus estructuras. El paso siguiente – para el cual el microscopio no sirve – es investigar las funciones de las estructuras, su composición, cómo se relacionan e interactúan. El modelo final es extremadamente complejo y en él confluyen aspectos biológicos, físicos, químicos… y de paso nos muestra que el aporte de ciencias interrelacionadas como físico - química, bioquímica y aún, la matemática, facilitan la comprensión del mundo biológico. Un modelo puede explicar fenómenos diferentes de los que se usaron para construirlo. Por ejemplo, el modelo esférico de la Tierra se ideó para la navegación, pero los astrónomos, a partir del modelo, pudieron entender y explicar los eclipses lunares. Los modelos – como el atómico -, ayudan a imaginar la realidad: la teoría atómica de la materia, base de la química moderna experimental, se sostiene en los átomos… aunque nadie haya visto un átomo. Los científicos, además de curiosidad, tienen imaginación, pero esta se apoya en datos duros, experimentales. Nadie duda de la existencia de los átomos… Es más, se han descrito con detalle sus componentes, y la investigación continúa. En síntesis, las preguntas científicas surgen de la observación. Las explicaciones provisorias, razonables, son las hipótesis y abarcan un conjunto amplio de situaciones o hechos: organización básica de los seres vivos, estructura de la materia, formación del sistema solar, etc. Si estas confirman su ámbito de validez se transforman en teorías. Y cuando las teorías se comprueban en todo tiempo y lugar se transforman en leyes o principios.

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