20.3: Métodos científicos

No hay nada misterioso o incluso particularmente inusual en las cosas que hacen los científicos. Hay muchas formas de trabajar en los problemas científicos. Todos ellos requieren de sentido común. Más allá de eso, todos muestran ciertos rasgos que son especialmente -pero no singularmente- característicos de la ciencia.

Por ejemplo:

• Escepticismo. Los buenos científicos utilizan estándares altamente críticos en el juicio de la evidencia. Se acercan a los datos, las afirmaciones y las teorías (¡idealmente, incluso las suyas!) con dosis saludables de escepticismo.
• Tolerancia a la incertidumbre. Los científicos suelen trabajar durante años -a veces durante toda una carrera- tratando de entender un problema científico. Esto a menudo implica encontrar hechos que, por un tiempo, no encajan en ningún patrón coherente y que incluso pueden apoyar explicaciones mutuamente contradictorias.

A veces, cuando uno escucha a los científicos que defienden vigorosamente sus puntos de vista, su confianza parece absoluta. Pero en lo profundo de sus corazones, saben que sus puntos de vista se basan en probabilidades y que una nueva pieza de evidencia puede aparecer en cualquier momento y forzar un cambio importante en sus puntos de vista.

• Aunque ciertamente no tienen el monopolio del trabajo duro, su disposición a trabajar largas horas y años persiguiendo un problema es la marca de todos los buenos científicos. Para la ciencia es un trabajo duro.
• Antes de sufrir las frustraciones -templadas por alegrías ocasionales- de arrebatarle más secretos a la naturaleza, debes aprender los fundamentos en los que se basa tu tema.

Si bien los métodos científicos son tan variados como la ciencia misma, existe un patrón en la forma en que los científicos realizan su trabajo.

Los avances científicos comienzan con observaciones.

• Un censo de los miembros de una especie en algún hábitat es una observación.
• Las lecturas en la pantalla de un instrumento de laboratorio son observaciones.

Pero la ciencia es más que un catálogo de hechos. El objetivo de la ciencia es encontrar una explicación de por qué los hechos son como son. Tal explicación es una hipótesis.

Hipótesis de prueba

Una buena hipótesis cumple con varios estándares:

1. Debe proporcionar una explicación adecuada de los hechos observados.
2. Si dos o más hipótesis cumplen con este estándar, se prefiere la más simple.
3. Debe ser capaz de predecir nuevos hechos.

Entonces, si una generalización es válida, entonces de ella se pueden deducir ciertas consecuencias específicas. Uno de los eventos más emocionantes en la ciencia es predecir los resultados de un experimento aún no realizado si la hipótesis es válida y luego realizar el experimento.

La hipótesis nula

La biología experimental a menudo implica establecer un tratamiento experimental y, al mismo tiempo, un control. Luego se comparan los resultados del tratamiento experimental con los resultados en los controles. Si hay una diferencia, ¿cuál es la probabilidad de que se deba solo al azar; es decir, el tratamiento experimental realmente no tuvo efecto?

La hipótesis de que el tratamiento experimental no tuvo efecto se denomina hipótesis nula. La mayoría de los trabajadores sienten que si la probabilidad (designada p) de la diferencia observada es menor de 1 en 20 (p = <0.05), entonces la hipótesis nula es desmentida y la diferencia observada es significativa. Pero la significación no es prueba. De hecho, nunca se puede probar que las hipótesis sean absolutamente “verdaderas” es el sentido que un teorema en geometría puede. Lo más que podemos decir es que existe una alta probabilidad de que la hipótesis proporcione una explicación válida del fenómeno que se está estudiando.

Las hipótesis que son apoyadas por muchas observaciones llegan a llamarse teorías. Entonces, a diferencia de algunas áreas del pensamiento humano, la ciencia nunca puede probar que una teoría es “verdadera”. Pero puede demostrar que una teoría es falsa. Para que la naturaleza tentativa de la ciencia no haga que pierdas la confianza en ella, piensa en lo que la ciencia ha producido. Los muchos logros de los métodos científicos, a pesar de la ausencia de certeza absoluta, han sido bien expresados en el soneto “Paradoja” por el fallecido matemático Clarence Wylie, Jr.

Ni la verdad, ni la certeza. Estos los presagié

En mi noviciado, como llamaban los jóvenes

A las órdenes sagradas hay que abjurar al mundo.

“Si..., entonces...”, esto sólo afirmo;

Y mis éxitos son pero bonitas cadenas

Vinculando dudas gemelas, pues es vano preguntar

Si lo que postulo se justifica,

O lo que demuestre poseer el sello de hecho.

Sin embargo, los puentes se mantienen y los hombres ya no se arrastran

En dos dimensiones. Y tales triunfos madre

En gran medida desde el poder de este juego,

Jugó con los tonos atenuados tres veces

De las cosas, tiene sobre sus originales.

¡Qué frágil es la varita, pero qué profundo es el hechizo!

Reproducibilidad del trabajo científico

El rasgo único que es más característico de la ciencia es su reproducibilidad. Si los científicos no pueden duplicar sus primeros resultados, se ven obligados a concluir que estos no eran válidos. Este problema ocurre a menudo. Su causa suele ser algún factor no reconocido, y por lo tanto incontrolado, en el experimento (por ejemplo, variación no reconocida en las propiedades de diferentes lotes de los materiales utilizados en el experimento). Con suerte, la incapacidad de reproducir experimentos será descubierta por los mismos científicos que hicieron los primeros experimentos. Es por ello que los científicos generalmente repiten sus experimentos varias veces antes de reportarlos en un artículo científico.

En otras ocasiones, los trabajadores de otro laboratorio no logran asegurar los mismos resultados cuando repiten experimentos que se han publicado o, más a menudo, realizan experimentos diseñados para llevar el estudio a nuevas áreas, pero estos fallan por una falla en los experimentos originales. Cuando esto sucede, todas las partes interesadas deben reunirse para ver si pueden averiguar por qué difieren sus resultados.

• A menudo se trata simplemente de no utilizar precisamente los mismos materiales y métodos.
• A veces, sin embargo, se puede descubrir una falla grave en el diseño y/o ejecución de los experimentos originales.
• Y a veces resulta imposible averiguar por qué los experimentos que alguna vez parecían funcionar ya no lo hacen.

En cualquiera de estos casos, se debe reportar la falta de confirmación de los experimentos. Aunque esto es muy vergonzoso para los investigadores originales, representa una de las grandes fortalezas de la ciencia: su sistema incorporado para la autocorrección.

Fraude científico

En la gran mayoría de los casos, los resultados irreproducibles en la ciencia son causados por errores honestos. En raras ocasiones, sin embargo, los reportes de laboratorio no pueden ser confirmados por ser fraudulentos. Esto es angustiante para todos los interesados. Si tal fraude se hace ampliamente conocido, también es probable que cause mucha emoción entre el público en general. Creo, sin embargo, que en lugar de arrojar una nube sobre la empresa científica, estas raras aberraciones revelan su gran fortaleza.

Probablemente no haya otra área de actividad humana donde se detecte y corrija el error con mayor rapidez. Confío en que se pueda pensar en una serie de otros campos de estudio y actividad humana donde se han cometido errores que estuvieron sin corregir durante años y causaron daños generalizados. Los científicos deshonestos suelen hacerse daño solo a sí mismos. Están deshonrados; sus carreras a menudo terminan. Pero el progreso de la ciencia suele avanzar tan rápido como (a veces más rápido que) antes.

Construyendo sobre el Trabajo de Otros

Sólo en raras ocasiones surge un descubrimiento científico en toda regla en la escena. Cuando lo hace, es probable que se cree una revolución en la forma en que los científicos perciben el mundo que les rodea y que abra nuevas áreas de investigación científica. La teoría de la evolución de Darwin y las reglas de herencia de Mendel son ejemplos de tales desarrollos revolucionarios.

La mayor parte de la ciencia, sin embargo, consiste en agregar otro ladrillo a un edificio que ha sido construido lenta y minuciosamente por trabajos anteriores. De hecho, es posible construir un árbol genealógico que rastree el desarrollo histórico de cualquier descubrimiento científico (incluso, hasta cierto punto, el de Darwin y el de Mendel). La forma en que la ciencia construye sobre el trabajo de otros es otra ilustración de lo que es una ciencia de actividad comunal.

El desarrollo de una nueva técnica a menudo sienta las bases para avances rápidos a lo largo de muchas vías científicas diferentes. Basta considerar los avances en biología que han hecho posible el descubrimiento del microscopio óptico y, posteriormente, del microscopio electrónico. A lo largo de estas páginas, hay muchos ejemplos de procedimientos experimentales. Cada uno fue desarrollado para resolver un problema en particular. No obstante, cada uno fue entonces retomado por trabajadores de otros laboratorios y aplicado a sus problemas.

De manera similar, la creación de una nueva explicación (hipótesis) en un campo científico a menudo estimula a los trabajadores de campos relacionados a reexaminar su propio campo a la luz de las nuevas ideas. La teoría de la evolución de Darwin, por ejemplo, ha tenido un enorme impacto en prácticamente todas las subespecialidades de la biología (y también en otros campos). Hasta el día de hoy, biólogos en especialidades tan diferentes como la bioquímica y el comportamiento animal se guían en su trabajo por la teoría evolutiva.

Ciencias Básicas Versus Aplicadas

La distinción entre ciencia básica y aplicada es más una de metas que de métodos. Las mismas reglas y estándares se aplican a cada uno. No obstante, la motivación detrás del trabajo es algo diferente. Los investigadores en ciencias aplicadas tienen ante sí un problema práctico a resolver. Gran parte de la investigación que se desarrolla en medicina y en agricultura se aplica. El investigador en ciencia básica, por otro lado, está impulsado principalmente por la curiosidad: el deseo de conocer más sobre cómo funciona la naturaleza. Ambos tipos de investigación no sólo son profesiones honorables y exigentes, sino que también son mutuamente dependientes.

• La ciencia aplicada pierde impulso repetidamente sin infusiones periódicas de ideas frescas y descubrimientos de la investigación básica. (¡La bombilla nunca habría sido descubierta en el departamento de investigación y desarrollo (R y D) de un fabricante de velas!)
• Por otro lado, gran parte de la investigación básica ha dependido del desarrollo de nuevas herramientas e instrumentos y, la mayoría de las veces, estos se han desarrollado en laboratorios dedicados a la investigación aplicada.