1.2: Ciencia- Reproducible, Comprobable, Tentativa, Predictiva y Explicativa

Objetivos de aprendizaje

• Describir las diferencias entre hipótesis y teoría como términos científicos.
• Describir la diferencia entre una teoría y un derecho científico.
• Identificar los componentes del método científico.

Aunque muchos han tomado clases de ciencias a lo largo de sus estudios, las ideas incorrectas o engañosas sobre algunos de los principios más importantes y básicos de la ciencia siguen siendo comunes. La mayoría de los estudiantes han oído hablar de hipótesis, teorías y leyes, pero ¿qué significan realmente estos términos? Antes de leer esta sección, considera lo que has aprendido de estos términos anteriormente, y lo que significan para ti. Al leer, fíjate si alguno de los textos contradice lo que pensabas anteriormente. ¿Qué lees que apoya lo que pensabas?

¿Qué es un hecho?

Un hecho es una afirmación básica establecida por experimento u observación. Todos los hechos son ciertos bajo las condiciones específicas de la observación.

¿Qué es una Hipótesis?

Uno de los términos más comunes utilizados en las clases de ciencias es una "hipótesis”. La palabra puede tener muchas definiciones diferentes, dependiendo del contexto en el que se esté utilizando:

• Una suposición educada: una hipótesis científica proporciona una solución sugerida basada en la evidencia.
• Predicción: si alguna vez has realizado un experimento científico, probablemente hiciste este tipo de hipótesis, en la que predeciste el resultado de tu experimento.
• Explicación tentativa o propuesta: las hipótesis pueden ser sugerencias sobre por qué se observa algo. Para que una hipótesis sea científica, un científico debe poder probar la explicación para ver si funciona, y si es capaz de predecir correctamente lo que sucederá en una situación. Por ejemplo, “si mi hipótesis es correcta, debería ver _____ resultado cuando realice _____ prueba”.

Una hipótesis es tentativa; se puede cambiar fácilmente.

¿Qué es una teoría?

La Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos describe una teoría como:

“Algunas explicaciones científicas están tan bien establecidas que no es probable que ninguna nueva evidencia las altere. La explicación se convierte en una teoría científica. En el lenguaje cotidiano una teoría significa corazonada o especulación. No así en la ciencia. En la ciencia, la palabra teoría se refiere a una explicación integral de una característica importante de la naturaleza sustentada en hechos recopilados a lo largo del tiempo. Las teorías también permiten a los científicos hacer predicciones sobre fenómenos aún no observados”.

“Una teoría científica es una explicación bien fundamentada de algún aspecto del mundo natural, basada en un conjunto de hechos que han sido confirmados repetidamente a través de la observación y la experimentación. Tales teorías respaldadas por hechos no son “conjeturas”, sino relatos confiables del mundo real. La teoría de la evolución biológica es más que “sólo una teoría”. Es una explicación tan fáctica del universo como la teoría atómica de la materia (afirmando que todo está hecho de átomos) o la teoría germinal de la enfermedad (que afirma que muchas enfermedades son causadas por gérmenes). Nuestra comprensión de la gravedad sigue siendo un trabajo en progreso. Pero el fenómeno de la gravedad, como la evolución, es un hecho aceptado”.

Tenga en cuenta algunas características clave de las teorías que son importantes de entender a partir de esta descripción:

• Las teorías son explicaciones del fenómeno natural. No son predicciones (aunque podemos usar teorías para hacer predicciones). Son explicaciones de por qué se observa algo.
• No es probable que las teorías cambien. Tienen mucho apoyo y son capaces de explicar muchas observaciones satisfactoriamente. Las teorías pueden, en efecto, ser hechos. Las teorías pueden cambiar en algunos casos, pero es un proceso largo y difícil. Para que una teoría cambie, debe haber muchas observaciones o evidencias que la teoría no pueda explicar.
• Las teorías no son conjeturas. La frase “solo una teoría” no tiene cabida en la ciencia. Ser una teoría científica tiene mucho peso, no es solo la idea de una persona sobre algo

No es probable que las teorías cambien.

¿Qué es una Ley?

Las leyes científicas son similares a las teorías científicas en que son principios que pueden utilizarse para predecir el comportamiento del mundo natural. Tanto las leyes científicas como las teorías científicas suelen estar bien respaldadas por observaciones y/o evidencias experimentales. Por lo general, las leyes científicas se refieren a reglas sobre cómo se comportará la naturaleza bajo ciertas condiciones, frecuentemente escritas como una ecuación. Las teorías científicas son explicaciones generales de cómo funciona la naturaleza y por qué exhibe ciertas características. Como comparación, las teorías explican por qué observamos lo que hacemos, y las leyes describen lo que sucede.

Por ejemplo, alrededor del año 1800, Jacques Charles y otros científicos estaban trabajando con gases para, entre otras razones, mejorar el diseño del globo aerostático. Estos científicos encontraron, después de numerosas pruebas, que existían ciertos patrones en sus observaciones del comportamiento de los gases. Si la temperatura del gas aumentaba, el volumen del gas aumentaba. Esto se conoce como una ley natural. Una ley es una relación que existe entre variables en un grupo de datos. Las leyes describen los patrones que vemos en grandes cantidades de datos, pero no describen por qué existen los patrones.

Leyes vs Teorías

Un error común es que las teorías científicas son ideas rudimentarias que eventualmente se graduarán en leyes científicas cuando se hayan acumulado suficientes datos y evidencias. Una teoría no se transforma en una ley científica con la acumulación de nuevas o mejores evidencias. Recuerde, las teorías son explicaciones; las leyes son patrones vistos en grandes cantidades de datos, frecuentemente escritos como una ecuación. Una teoría siempre seguirá siendo una teoría, una ley siempre seguirá siendo una ley.

Video\(\PageIndex{1}\) ¿Cuál es la diferencia entre el derecho científico y la teoría?

El método científico

Los científicos buscan respuestas a preguntas y soluciones a problemas mediante un procedimiento llamado método científico. Este procedimiento consiste en hacer observaciones, formular hipótesis y diseñar experimentos, que a su vez conducen a observaciones adicionales, hipótesis y experimentos en ciclos repetidos (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\) Los pasos en el método científico.

Paso 1: Hacer observaciones.

Las observaciones pueden ser cualitativas o cuantitativas. Las observaciones cualitativas describen propiedades o ocurrencias de formas que no se basan en números. Ejemplos de observaciones cualitativas incluyen los siguientes: “la temperatura del aire exterior es más fría durante la temporada de invierno”, “la sal de mesa es un sólido cristalino”, “los cristales de azufre son amarillos” y “disolver un centavo en ácido nítrico diluido forma una solución azul y un gas marrón”. Las observaciones cuantitativas son mediciones, que por definición consisten tanto en un número como en una unidad. Ejemplos de observaciones cuantitativas incluyen los siguientes: “el punto de fusión del azufre cristalino es 115.21° Celsius”, y “35.9 gramos de sal de mesa —cuyo nombre químico es cloruro de sodio— se disuelven en 100 gramos de agua a 20° Celsius”. Para la cuestión de la extinción de los dinosaurios, la observación inicial fue cuantitativa: las concentraciones de iridio en sedimentos que datan de hace 66 millones de años fueron 20-160 veces superiores a lo normal.

Paso 2: Formular una hipótesis.

Después de decidir aprender más sobre una observación o un conjunto de observaciones, los científicos generalmente comienzan una investigación formando una hipótesis, una explicación tentativa para la (s) observación (es). La hipótesis puede no ser correcta, pero pone la comprensión del científico del sistema que se está estudiando en una forma que puede ser probada. Por ejemplo, la observación de que experimentamos períodos alternos de luz y oscuridad que corresponden a los movimientos observados del sol, la luna, las nubes y las sombras, es consistente con cualquiera de dos hipótesis:

1. La Tierra gira sobre su eje cada 24 horas, exponiendo alternativamente un lado al sol.
2. El sol gira alrededor de la Tierra cada 24 horas.

Se pueden diseñar experimentos adecuados para elegir entre estas dos alternativas. En el caso de la desaparición de los dinosaurios, la hipótesis era que el impacto de un gran objeto extraterrestre provocó su extinción. Desafortunadamente (o quizás afortunadamente), esta hipótesis no se presta a pruebas directas por ningún experimento obvio, sino que los científicos pueden recopilar datos adicionales que la apoyen o refuten.

Paso 3: Diseñar y realizar experimentos.

Después de que se ha formado una hipótesis, los científicos realizan experimentos para probar su validez. Los experimentos son observaciones o mediciones sistemáticas, preferiblemente realizadas bajo condiciones controladas, es decir, en condiciones en las que cambia una sola variable.

Paso 4: Aceptar o modificar la hipótesis.

Un experimento debidamente diseñado y ejecutado permite al científico determinar si la hipótesis original es válida. En el caso de validez, el científico puede proceder al paso 5. En otros casos, los experimentos pueden demostrar que la hipótesis es incorrecta o que debe ser modificada, requiriendo así una mayor experimentación.

Paso 5: Desarrollo de una ley y/o teoría.

Luego se recopilan y analizan más datos experimentales, momento en el que un científico puede comenzar a pensar que los resultados son suficientemente reproducibles (es decir, confiables) para merecer ser resumidos en una ley, una descripción verbal o matemática de un fenómeno que permita predicciones generales. Una ley simplemente establece lo que sucede; no aborda la cuestión del por qué.

Un ejemplo de una ley, la ley de proporciones definidas (descubierta por el científico francés Joseph Proust [1754—1826]), establece que una sustancia química contiene siempre las mismas proporciones de elementos por masa. Así, el cloruro de sodio (sal de mesa) siempre contiene la misma proporción en masa de sodio a cloro, en este caso, 39.34% de sodio y 60.66% de cloro en masa. La sacarosa (azúcar de mesa) es siempre 42.11% de carbono, 6.48% de hidrógeno y 51.41% de oxígeno en masa.

Mientras que una ley establece solo lo que sucede, una teoría intenta explicar por qué la naturaleza se comporta como lo hace. Es poco probable que las leyes cambien mucho con el tiempo, a menos que se descubra un error experimental importante. Una teoría, en contraste, es incompleta e imperfecta; evoluciona con el tiempo para explicar nuevos hechos a medida que se descubren.

Debido a que los científicos pueden ingresar al ciclo que se muestra\(\PageIndex{1}\) en la Figura en cualquier momento, la aplicación real del método científico a diferentes temas puede tomar muchas formas diferentes. Por ejemplo, un científico puede comenzar con una hipótesis formada por la lectura sobre el trabajo realizado por otros en el campo, en lugar de hacer observaciones directas.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Clasificar cada enunciado como una ley, teoría, experimento, hipótesis u observación.

1. El hielo siempre flota sobre el agua líquida.
2. Las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios.
3. El aire caliente es menos denso que el aire frío, probablemente porque los componentes del aire caliente se mueven más rápidamente.
4. Cuando se agregaron 10 g de hielo a 100 mL de agua a 25°C, la temperatura del agua disminuyó a 15.5°C después de que el hielo se fundió.
5. Se analizaron los ingredientes del jabón Ivory para ver si realmente es 99.44% puro, como se anuncia.

Solución

1. Esta es una declaración general de una relación entre las propiedades del agua líquida y sólida, por lo que es una ley.
2. Esta es una posible explicación del origen de las aves, por lo que es una hipótesis.
3. Se trata de una afirmación que trata de explicar la relación entre la temperatura y la densidad del aire con base en principios fundamentales, por lo que es una teoría.
4. La temperatura se mide antes y después de que se haga un cambio en un sistema, por lo que estas son observaciones.
5. Se trata de un análisis diseñado para probar una hipótesis (en este caso, la afirmación de pureza del fabricante), por lo que es un experimento.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Clasificar cada enunciado como una ley, teoría, experimento, hipótesis, observación cualitativa u observación cuantitativa.

1. Se agregaron cantidades medidas de ácido a una tableta Rolaids para ver si realmente “consume 47 veces su peso en exceso de ácido estomacal”.
2. El calor siempre fluye de los objetos calientes a los más fríos, no en la dirección opuesta.
3. El universo estuvo formado por una explosión masiva que impulsó la materia al vacío.
4. Michael Jordan es el mejor tirador puro de la historia en jugar basquetbol profesional.
5. La piedra caliza es relativamente insoluble en agua, pero se disuelve fácilmente en ácido diluido con la evolución de un gas.

Respuesta 1:

experimento

Respuesta 2:

ley

Respuesta 3:

teoría

Respuesta 4:

hipótesis

Respuesta 5:

observación

Resumen

• Una hipótesis es una explicación tentativa que se puede probar mediante una mayor investigación.
• Una teoría es una explicación bien sustentada de las observaciones.
• Una ley científica es un enunciado que resume la relación entre variables.
• Un experimento es un método controlado para probar una hipótesis.
• El método científico es un método de investigación que implica experimentación y observación para adquirir nuevos conocimientos, resolver problemas y responder preguntas. Los pasos clave en el método científico son:
  • Paso 1: Hacer observaciones.
  • Paso 2: Formular una hipótesis.
  • Paso 3: Probar la hipótesis a través de la experimentación.
  • Paso 4: Aceptar o modificar la hipótesis.
  • Paso 5: Desarrollo de una ley y/o teoría.

Colaboradores y Atribuciones

• CK-12 Foundation by Sharon Bewick, Richard Parsons, Therese Forsythe, Shonna Robinson, and Jean Dupon.

• Wikipedia
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