1.5: El método científico

El método científico es un medio para descubrir y explicar fenómenos físicos. Se basa en la observación y el razonamiento lógico para lograr una visión de las acciones y relaciones de los fenómenos, y un medio para relacionarlo con elementos similares. El método comienza con observaciones y mediciones. A partir de estos y conocimientos de fondo como las matemáticas, la física, el comportamiento de fenómenos similares, etc., se deriva una explicación tentativa, o hipótesis. Luego se prueba la hipótesis utilizando datos experimentales o de campo. La naturaleza precisa de las pruebas depende del área de estudio, pero la idea siempre será la misma: a saber, ver si las predicciones de la hipótesis se confirman bajo condiciones alternativas aplicables o conjuntos de datos. Una hipótesis propiamente dicha debe ser comprobable y falsificable. Es decir, la hipótesis debe poder demostrarse erróneamente mediante la observación posterior. Si no lo es, entonces la hipótesis se clasifica mejor como filosofía. Por ejemplo, la gravitación newtoniana podría demostrarse falsa soltando un martillo suspendido y observándolo permanecer inmóvil o caer hacia arriba, en lugar de caer hacia la Tierra. De igual manera, la evolución podría demostrarse falsa con el descubrimiento de “conejos fósiles en el Precámbrico”, para citar al famoso biólogo J. B. S. Haldane (Haldane estaba siendo algo sarcámpido, pero en general, quiso decir cualquier cosa que quedara claramente fuera de la línea de tiempo esperada, en este caso un pequeño mamífero anterior incluso al criaturas más simples con esqueletos).

Una hipótesis es probada por ciclos repetidos de predicción, observación y medición, y también sujeta a revisión por pares, es decir, la crítica de otros en el campo de estudio que pueden señalar inconsistencias en las explicaciones o lógica, errores en el diseño experimental, etc. Este ciclo continúa hasta que el peso de los datos y la opinión científica eleva la hipótesis a una teoría. Se podría decir que una teoría es una hipótesis que ha resistido los rigores del método científico. Este ciclo fue bien expresado por la Marquesa du Châtelet ¹. Explicó las hipótesis como “proposiciones probables”. Si bien solo se necesitaría una observación para falsificar una hipótesis, se requerirían varias para reivindicarla: “cada resultado no contradictorio se sumaría a la probabilidad de la hipótesis y en última instancia... llegaríamos a un punto donde su 'certidumbre' e incluso su 'verdad', era tan probable que no podíamos negarnos nuestro asentimiento”.

Es importante señalar que el uso científico de la palabra teoría es completamente diferente de su uso popular, que quizás está más cerca de “corazonada” o “suposición del asiento de los pantalones”. Además, una teoría científica no es cierta en el mismo sentido que un hecho. Los hechos vienen en tres variedades principales: observaciones directas, observaciones indirectas y aquellas que lógicamente puedan deducirse. Una observación directa es algo que te has medido a ti mismo, como anotar el tiempo que tarda una pelota en llegar al suelo cuando se libera desde una altura determinada. Una observación indirecta es algo que puede inferirse de otras cantidades conocidas o datos históricos propios, como “George Washington fue el primer presidente de los Estados Unidos de América”. Un ejemplo de la tercera variedad sería “Si\(x\) es un entero par mayor que cuatro y menor que ocho, entonces\(x\) debe ser seis”. A primera vista, puede parecer que los hechos son los más altos en el orden jerárquico, pero las teorías científicas son mucho más útiles que los hechos porque los hechos aislados tienen muy poca capacidad predictiva. Es la capacidad predictiva y explicativa de las teorías la que las hace tan poderosas.

Considera lo siguiente. Supongamos que sostiene una piedra a distancia del brazo y la suelta. Se cae al suelo. Eso es un hecho. Ya lo viste pasar. Desafortunadamente, por sí mismo, no te dice mucho. Supongamos que repites esto varias veces y cada vez que la piedra cae precisamente de la misma manera que lo hizo inicialmente. Esto empieza a ser útil porque estás notando un patrón, y los patrones pueden ser predictivos. Ahora, supongamos que recoges piedras de diferentes tamaños, digamos 100 gramos, 200 gramos, medio kilogramo y un kilogramo, y sueltas cada una de ellas a su vez. Observa que cada uno golpea el suelo en la misma cantidad de tiempo. Además, los dejas caer desde diferentes alturas y notas que cuanto más arriba están, más tiempo les toma golpear el suelo, pero todos tardan la misma cantidad de tiempo en llegar al suelo.

Ahora se podría formular una hipótesis: a saber, que la masa de una piedra no tiene efecto sobre qué tan rápido cae desde una altura determinada y que la altura y el tiempo de caída están directamente relacionados. Tu hipótesis es predictiva. Aunque utilizó sólo cuatro tamaños de piedras y algunas alturas, su hipótesis ampliada debería aplicarse a cualquier piedra caída desde cualquier altura. Entonces ahora tú (y un grupo de amigos) comienzas a recoger pares aleatorios de piedras y dejarlas caer desde alturas aleatorias, y efectivamente, ves el mismo efecto una y otra vez. Si haces esto lo suficiente y se verifica continuamente sin excepción, incluso podrías hacer una “ley de caída de piedras”, particularmente si pudieras cuantificar los tiempos y alturas a través de una medición cuidadosa y reducir la relación a una fórmula agradable. Es útil porque ahora puedes predecir qué pasará con cualquier piedra caída desde cualquier altura. Pero esta ley es bastante limitada. Solo se aplica a las piedras porque es posible que hayas notado que las piedras caen mucho más rápido que los trozos de corcho. Si bien entonces podrías proceder a hacer una “ley de caída de corcho”, eso complicaría innecesariamente las cosas. En cambio, podrías dar un paso atrás e intentar averiguar por qué caen las piedras y el corcho, pero no al mismo ritmo. Eventualmente, podrías descubrir que la diferencia tiene que ver con la fricción del aire y ahora puedes crear una ley que rija a los cuerpos caídos en un ambiente sin fricciones. Eso es aún más útil que la “ley de la caída de piedras” original.

Pero incluso esta nueva y mejorada “ley de cuerpos caídos” no ofrece mucha información sobre lo que realmente está sucediendo en el esquema más amplio de las cosas. A través de repetidas observaciones y experimentos esto podría extenderse para abarcar no solo los cuerpos que caen sobre la Tierra, sino las interacciones entre cualquier cuerpo, incluyendo piedras que caen y corcho en la luna, o la interacción entre la Tierra y el Sol, el Sol y los otros planetas, el Sol y otras estrellas, y así sucesivamente. A lo que habrás llegado es una teoría completa de la gravitación (gravitación newtoniana). Ahora esa es una herramienta sumamente útil. Nos ayuda a diseñar aviones, poner satélites en órbita, incluso llevar a la gente a la luna y regresar con seguridad.

Así, una teoría es una “mejor estimación hasta ahora”, un modelo para explicar algún aspecto observable del universo. Se entiende que a medida que nuestra visión de lo observable se ensancha y nuestro conocimiento se extiende, así también se puede refinar una teoría dada. El modelo de gravitación newtoniana fue suficiente para describir los movimientos de los planetas alrededor del sol y todavía se utiliza para planificar el vuelo de naves espaciales. A principios de 1900, sin embargo, la Teoría de la Relatividad de Einstein refinó la Gravitación Newtoniana para incluir efectos más extremos (relativistas). Es importante señalar que no “desechamos” las ecuaciones de Newton; más bien, ahora tenemos una mejor comprensión del conjunto de condiciones bajo las cuales se aplican. Si bien esta caminata hacia cada vez más refinamiento no es verdad en sí misma, parafrasear al fallecido paleontólogo de Harvard, Stephen Jay Gould, ignorar el peso de los datos científicos detrás de una teoría establecida sería perverso.

Referencias

¹ Du Châtelet fue la más rara de las mujeres del siglo XVIII: matemática y física. Tradujo al francés Principia Mathematica de Newton y fue compañera de Voltaire. Desafortunadamente, después de un romance con el poeta Jean François de Saint-Lambert a principios de sus 40, quedó embarazada y murió seis días después de dar a luz.