1.5: La naturaleza de la ciencia

INTRODUCCIÓN

En algún momento de tu vida has hecho una pregunta sobre el mundo que te rodea. Probablemente has hecho muchas preguntas a lo largo de los años. La mejor manera de responder preguntas sobre el mundo natural es mediante el uso de la ciencia. Los científicos hacen preguntas todos los días y luego usan un conjunto de pasos para responder esas preguntas. Los pasos se conocen como el método científico. Al seguir el método científico, los científicos llegan con la mejor información sobre el mundo natural. Como científico, necesitas hacer experimentos para conocer el mundo. También hay que preguntarse, observar, hablar y pensar. Todo lo que aprendemos nos ayuda a hacer nuevas y mejores preguntas.

MÉTODO CIENTÍFICO

El método científico es un conjunto de pasos que nos ayudan a responder preguntas. Cuando usamos pasos lógicos y controlamos la cantidad de cosas que se pueden cambiar, obtenemos mejores respuestas. A medida que probamos nuestras ideas, podemos llegar a más preguntas. La secuencia básica de pasos seguidos en el método científico se ilustra en la figura 1.

Figura 1. El método científico

Preguntas

Hacer una pregunta es una muy buena manera de comenzar a aprender sobre el mundo natural. Es posible que hayas visto algo que te haga sentir curiosidad. Quizás quieras saber qué cambiar para producir un mejor resultado. Digamos que un agricultor está teniendo un problema de erosión. Ella quiere mantener más tierra en su granja. El agricultor aprende que un método de cultivo llamado “agricultura con labranza cero” permite a los agricultores plantar semillas sin arar la tierra. Ella se pregunta si plantar semillas sin arar reducirá el problema de erosión y ayudará a mantener más tierra en sus tierras de cultivo. Su pregunta es esta: “¿El uso del método de labranza cero me ayudará a perder menos tierra en mi granja?” (figura 2).

Figura 2. El suelo a menudo se pierde del suelo que ha sido arado.

Investigación

Antes de comenzar, la agricultora necesita aprender más sobre este método de cultivo. Ella puede buscar información en libros y revistas en la biblioteca. También puede buscar en Internet. Una buena manera de que ella aprenda es platicar con personas que han probado esta forma de cultivar. Ella puede usar toda esta información para averiguar cómo va a probar su pregunta sobre la agricultura con labranza cero. Las máquinas agrícolas se muestran en la figura 3.

Figura 3. En lugar de romper el suelo como en esta imagen, el agricultor podría probar métodos de cultivo con labranza cero.

Hipótesis

Después de hacer la investigación, el agricultor intentará responder a la pregunta. Ella podría pensar: “Si no aro mis campos, perderé menos tierra que si araba los campos. El arado interrumpe el suelo y rompe las raíces que ayudan a mantener el suelo en su lugar”. Esta respuesta a su pregunta es una hipótesis. Una hipótesis es una explicación razonable. Se puede probar una hipótesis. Puede ser la respuesta correcta, puede ser una respuesta incorrecta, pero debe ser comprobable. Una vez que tiene una hipótesis, el siguiente paso es hacer experimentos para probar la hipótesis. Una hipótesis puede ser probada o desmentida mediante pruebas. Si una hipótesis se prueba repetidamente y se demuestra que es cierta, entonces los científicos la llaman teoría.

Experimento

Cuando diseñamos experimentos, elegimos solo una cosa para cambiar. A lo que cambiamos se le llama la variable independiente. En el ejemplo, el agricultor elige dos campos y luego cambia solo una cosa entre ellos. Ella cambia la forma en que ara sus campos. Un campo será labrado y uno no lo hará. Todo lo demás será igual en ambos campos: el tipo de cultivo que cultiva, la cantidad de agua y fertilizante que usa, y la pendiente de los campos en los que planta. Los campos deben estar orientados en la misma dirección para obtener aproximadamente la misma cantidad de luz solar. Estos son los controles experimentales. Si el agricultor sólo cambia la forma en que ara sus campos, puede ver el impacto de un cambio. Una vez completado el experimento, los científicos miden entonces el resultado. El agricultor mide la cantidad de suelo que se pierde de cada campo. Esta es la variable dependiente. La cantidad de suelo que se pierde de cada campo “depende” del método de arado.

Datos y Error Experimental

Durante un experimento, un científico recopila datos. Los datos pueden ser mediciones, como el agricultor está tomando en la figura 4. El científico debe registrar los datos en un cuaderno o en una computadora. Los datos se mantienen en gráficos que están claramente etiquetados. El etiquetado ayuda al científico a saber qué representa cada número. Un científico también puede escribir descripciones de lo que sucedió durante el experimento. Al final del experimento el científico estudia los datos. El científico podrá crear una gráfica o dibujo para mostrar los datos. Si el científico puede imaginarse los datos, los resultados pueden ser más fáciles de entender. Entonces es más fácil sacar conclusiones lógicas.

Figura 4. Un par de agricultores toman medidas cuidadosas en el campo.

Incluso si el científico es realmente cuidadoso es posible cometer un error. Un tipo de error es con el equipo. Por ejemplo, una balanza electrónica siempre puede medir un gramo de alto. Para arreglar esto, se debe ajustar el saldo. Si no se puede ajustar, cada medición debe ser corregida. Un error puede venir si una medición es difícil de hacer. Por ejemplo, el científico puede detener un cronómetro demasiado pronto o demasiado tarde. Para solucionar esto, el científico debería ejecutar el experimento muchas veces y hacer muchas mediciones. El promedio de las mediciones será la respuesta precisa. A veces el resultado de un experimento es muy diferente de los otros resultados. Si un punto de datos es realmente diferente, puede ser desechado. Es probable que se haya cometido un error en ese experimento.

Conclusiones

El científico debe formar a continuación una conclusión. El científico debe estudiar todos los datos. ¿Qué afirmación explica mejor los datos? ¿El experimento probó la hipótesis? A veces un experimento muestra que una hipótesis es correcta. Otras veces los datos desmienten la hipótesis. A veces no es posible decirlo. Si no hay conclusión, el científico puede volver a probar la hipótesis. Esta vez utilizará algunos experimentos diferentes. No importa lo que demuestre el experimento el científico ha aprendido algo. Incluso una hipótesis desmentida puede dar lugar a nuevas preguntas.

El agricultor cultiva cultivos en los dos campos durante una temporada. Ella encuentra que se perdió 2.2 veces más suelo en el campo arado en comparación con el campo no arado. Concluye que su hipótesis era correcta. El agricultor también nota algunas otras diferencias en las dos parcelas. Las plantas en las parcelas con labranza cero son más altas. La humedad del suelo parece mayor. Ella decide repetir el experimento. Esta vez medirá la humedad del suelo, el crecimiento de las plantas y la cantidad total de agua que consumen las plantas. A partir de ahora utilizará métodos de cultivo con labranza cero. También investigará otros factores que puedan reducir la erosión del suelo.

Teoría

Cuando los científicos tienen los datos y las conclusiones, escriben un artículo. Publican su artículo en una revista científica. Una revista es una revista para los científicos que están interesados en un determinado campo. Antes de que se imprima el papel, otros científicos lo miran para tratar de encontrar errores. Ellos ven si las conclusiones se desprenden de los datos. Esto se llama revisión por pares. Si el papel es sano se imprime en la revista.

Otros artículos se publican sobre el mismo tema en la revista. La evidencia a favor o en contra de una hipótesis es discutida por muchos científicos. A veces se demuestra repetidamente que una hipótesis es verdadera y nunca se muestra falsa. La hipótesis se convierte entonces en una teoría. A veces la gente dice que tiene una “teoría” cuando lo que tienen es una hipótesis.

En la ciencia, se ha demostrado repetidamente que una teoría es cierta. Una teoría es apoyada por muchas observaciones. Sin embargo, una teoría puede ser desmentida si se descubren datos contradictorios. Muchas teorías importantes han demostrado ser ciertas por muchas observaciones y experimentos y es extremadamente improbable que sean desmentidas. Estos incluyen la teoría de la tectónica de placas y la teoría de la evolución.

MODELOS CIENTÍFICOS

Los científicos utilizan modelos para ayudarlos a comprender y explicar ideas. Los modelos explican objetos o sistemas de una manera más sencilla. Los modelos a menudo solo muestran una parte de un sistema. La situación real es más complicada. Los modelos ayudan a los científicos a hacer predicciones sobre sistemas complejos. Algunos modelos son algo que puedes ver o tocar. Otros tipos de modelos utilizan una idea o números. Cada tipo es útil de ciertas maneras.

Los científicos crean modelos con computadoras. Las computadoras pueden manejar enormes cantidades de datos. Esto puede representar con mayor precisión la situación real. Por ejemplo, el clima de la Tierra depende de una enorme cantidad de factores. Los modelos climáticos pueden predecir cómo cambiará el clima a medida que ciertos gases se agreguen a la atmósfera. Para probar qué tan bueno es un modelo, los científicos podrían comenzar una prueba a la vez en el pasado. Si el modelo puede predecir el presente probablemente sea un buen modelo. Es más probable que sea preciso a la hora de predecir el futuro.

Modelos Físicos

Un modelo físico es una representación de algo usando objetos. Puede ser tridimensional, como un globo. También puede ser un dibujo o diagrama bidimensional. Los modelos suelen ser más pequeños y simples que el objeto real. Lo más probable es que dejen fuera algunas partes, pero contienen las partes importantes. En un buen modelo las piezas se hacen o dibujan a escala. Los modelos físicos nos permiten ver, sentir y mover sus partes. Esto nos permite entender mejor el sistema real.

Un ejemplo de un modelo físico es un dibujo de las capas de la Tierra (figura 5). Un dibujo nos ayuda a entender la estructura del planeta. Sin embargo, hay muchas diferencias entre un dibujo y lo real. El tamaño de un modelo es mucho menor, por ejemplo. Un dibujo tampoco da buena idea de cómo se mueven las sustancias. Las flechas que muestran la dirección en que se mueve el material pueden ayudar. Un modelo físico es muy útil pero no puede explicar perfectamente la Tierra real.

Figura 5. Centro de la Tierra.

Ideas como Modelos

Algunos modelos se basan en una idea que ayuda a los científicos a explicar algo. Una buena idea explica todos los hechos conocidos. Un ejemplo es cómo la Tierra consiguió su Luna. Un planeta del tamaño de Marte golpeó la Tierra y material rocoso se desprendió de ambos cuerpos (figura 6). Este material orbitó la Tierra y luego se juntó para formar la Luna. Este es un modelo de algo que sucedió hace miles de millones de años. Reúne muchos hechos conocidos de nuestros estudios sobre la superficie de la Luna. Da cuenta de la composición química de las rocas de la Luna, la Tierra y los meteoritos. Las propiedades físicas de la Tierra y la Luna también figuran en. No todos los datos conocidos se ajustan a este modelo, pero mucho lo hace. También hay más información que simplemente no conocemos todavía.

Figura 6. Una colisión que muestra un meteoro golpeando la Tierra.

Modelos que usan números

Los modelos pueden usar fórmulas o ecuaciones para describir algo. A veces las matemáticas pueden ser la única forma de describirlo. Por ejemplo, las ecuaciones ayudan a los científicos a explicar lo que sucedió en los primeros días del universo. El universo se formó hace tanto tiempo que las matemáticas son la única manera de describirlo. Un modelo climático incluye muchos números, incluyendo lecturas de temperatura, densidad de hielo, niveles de nevadas y humedad. Estos números se ponen en ecuaciones para hacer un modelo. Los resultados se utilizan para predecir el clima futuro. Por ejemplo, si hay más nubes, ¿sube o baja la temperatura global? Los modelos no son perfectos porque son versiones simples de la situación real. Aun así, estos modelos son muy útiles para los científicos. En estos días, se hacen modelos de cosas complejas en computadoras.

RESUMEN DE LA LECCIÓN

• Los científicos hacen preguntas sobre el mundo natural.
• El método científico es un conjunto de pasos lógicos que se pueden utilizar para responder a estas preguntas.
• Una hipótesis es una explicación razonable de algo.
• Una teoría es una hipótesis que se ha demostrado que es cierta muchas veces.
• Los modelos representan cosas reales pero son más simples.

PREGUNTAS DE REFLEXIÓN

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