Introducción a las ciencias de la naturaleza // Ciencias de Joseleg //

1. Introducción

Las ciencias de la naturaleza o ciencias naturales son una rama de la ciencia relacionada con la descripción, la predicción y la comprensión de los fenómenos naturales, basada en la evidencia empírica de la observación y la experimentación. Mecanismos como la revisión por pares y la repetibilidad de los resultados se utilizan para tratar de garantizar la validez de los avances científicos. Las ciencias naturaleza se puede dividir en dos ramas principales: ciencias de la vida (o ciencias biológicas) y ciencias físicas. Las ciencias físicas se subdividen en ramas, que incluyen física, química, astronomía y ciencias de la tierra. Estas ramas de las ciencias de la naturaleza se pueden dividir en ramas más especializadas (también conocidas como campos), las cuales a su vez pueden basarse en interacciones de ramas diferentes de la ciencia, como la bioquímica que surge de la interacción entre la biología y la química (van de Lagemaat, 2014).

En la tradición analítica de la sociedad occidental, las ciencias empíricas y especialmente las ciencias naturales utilizan herramientas de las ciencias formales, como las matemáticas y la lógica, convirtiendo la información sobre la naturaleza en medidas que pueden explicarse como declaraciones claras de las "leyes de la naturaleza", las cuales generalmente se expresan en términos de fórmulas matemáticas simples. Las ciencias sociales también usan tales métodos, pero confían más en la investigación cualitativa debido a que sus sistemas de estudio son más complejos y tratar de reducirlos a sistemas matemáticos simples es inviable, de modo que a veces se les llama "ciencias blandas", mientras que las ciencias naturales, en tanto enfatizan los datos cuantificables producidos, probados y confirmados a través del método científico, a veces se llaman "ciencias duras".

La ciencia natural moderna sucedió a los enfoques más clásicos de la filosofía natural, que generalmente se remontan a la Grecia antigua. Galileo, Descartes, Bacon y Newton debatieron sobre los beneficios de utilizar enfoques que eran más matemáticos y más experimentales de forma metódica. Aun así, las perspectivas filosóficas, las conjeturas y los presupuestos, a menudo pasados por alto, siguen siendo necesarios en la ciencia natural, pues sin ellos no se puede llegar a un modelo matemático claro (Gauch & Gauch Jr, 2003). La recolección sistemática de datos, sucedió a la historia natural, que surgió en el siglo XVI al describir y clasificar plantas, animales, minerales, etc (Ogilvie, 2008).

2. Historia de las ciencias de la naturaleza

Algunos estudiosos rastrean los orígenes de la ciencia natural desde las sociedades humanas pre-alfabetizadas, donde la comprensión del mundo natural era necesaria para la supervivencia (Grant & Grant, 2007). Las personas observaron y acumularon conocimiento sobre el comportamiento de los animales y la utilidad de las plantas como alimento y medicina, que se transmitió de generación en generación (Grant & Grant, 2007). Estos entendimientos primitivos dieron paso a una investigación más formalizada alrededor de 3500 a 3000 aC en las culturas de Mesopotamia y el Antiguo Egipto, que produjo la primera evidencia escrita conocida de la filosofía natural, el precursor de la ciencia natural. Si bien los escritos muestran un interés en la astronomía, las matemáticas y otros aspectos del mundo físico, el objetivo final de la investigación sobre el funcionamiento de la naturaleza fue en todos los casos religioso o mitológico (Grant & Grant, 2007).

Figura 2.1. Tales de Mileto. Es reconocido como el primer filósofo, y el primero en aplicar el principio de explicaciones naturales para fenómenos naturales sin acudir a los dioses, propio del pensamiento científico moderno.

2.1. China

Una tradición de investigación científica también surgió en la antigua China, donde los alquimistas y filósofos taoístas experimentaron con elixires para extender la vida y curar dolencias. Se enfocaron en el yin y el yang, o elementos contrastantes en la naturaleza; el yin se asoció con la feminidad y la frialdad, mientras que el yang se asoció con la masculinidad y la calidez. Las cinco fases (fuego, tierra, metal, madera y agua) describieron un ciclo de transformaciones en la naturaleza. El agua se convirtió en madera, que se convirtió en fuego cuando se quemó. Las cenizas dejadas por el fuego eran tierra. Utilizando estos principios, los filósofos y médicos chinos exploraron la anatomía humana, caracterizando los órganos predominantemente yin o yang y comprendieron la relación entre el pulso, el corazón y el flujo de sangre en el cuerpo siglos antes de que fuera aceptado en Occidente (Ledoux, 2002).

2.2. India

Poca evidencia sobrevive de cómo las antiguas culturas indias alrededor del río Indo entendían la naturaleza, pero algunas de sus perspectivas pueden reflejarse en los Vedas, un conjunto de textos sagrados hindúes. Revelan una concepción del universo en constante expansión y que constantemente se recicla y reforma. Los cirujanos en la tradición ayurvédica vieron la salud y la enfermedad como una combinación de tres humores: viento, bilis y flema. Una vida sana fue el resultado de un equilibrio entre estos humores. En el pensamiento ayurvédico, el cuerpo consistía en cinco elementos: tierra, agua, fuego, viento y espacio vacío. Los cirujanos ayurvédicos realizaron cirugías complejas y desarrollaron una comprensión detallada de la anatomía humana (Ledoux, 2002).

2.3. Grecia

Los filósofos presocráticos en la cultura griega antigua llevaron la filosofía natural un paso más cerca de la investigación directa sobre causa y efecto en la naturaleza entre 600 y 400 aC, aunque permaneció un elemento de magia y mitología. Los fenómenos naturales como los terremotos y los eclipses se explicaron cada vez más en el contexto de la naturaleza en vez de atribuirse a dioses enojados (Grant & Grant, 2007). Tales de Mileto, el primer filósofo que vivió entre el 625 y el 546 aC, explicó los terremotos al teorizar que el mundo flotaba en el agua y que el agua era el elemento fundamental en la naturaleza.

En el siglo V a. C., Leucipo fue uno de los primeros exponentes del atomismo, la idea de que el mundo está compuesto de partículas fundamentales indivisibles. Pitágoras aplicó las innovaciones griegas en matemáticas a la astronomía, y sugirió que la tierra era esférica (Barr, 2014).

Figura 2.2. Aristóteles. Formuló uno de los mecanismos principales de la ciencia, la lógica, sin embargo, muchas de sus conclusiones se basaron en análisis cualitativo que llevó a conclusiones erradas sobre la naturaleza que fueron tomadas casi como verdades por casi 2000 años.

Posteriormente, el pensamiento socrático y platónico se centró en la ética, la moral y el arte y no intentó una investigación del mundo físico; Platón criticó a los pensadores presocráticos como materialistas y antirreligiosos. Aristóteles, sin embargo, un estudiante de Platón que vivió entre 384 y 322 aC, prestó más atención al mundo natural en su filosofía. En su Historia de los animales, describió el funcionamiento interno de 110 especies, incluida la raya, el bagre y la abeja. Investigó embriones de pollo al romper huevos abiertos y observarlos en diversas etapas de desarrollo. Las obras de Aristóteles fueron influyentes durante el siglo XVI, y se le considera el abuelo de la biología por su trabajo pionero en esa ciencia. También presentó filosofías sobre física y astronomía usando el razonamiento inductivo en sus trabajos Física y Meteorología (Grant & Grant, 2007).

Mientras que Aristóteles consideraba la filosofía natural más seriamente que sus predecesores, la enfocó como una rama teórica de la ciencia. Aun así, inspirado por su trabajo, los filósofos de la antigua Roma de principios del siglo I d. C., incluidos Lucrecio, Séneca y Plinio el Viejo, escribieron tratados que trataban las reglas del mundo natural en diversos grados de profundidad. Muchos neoplatonistas romanos antiguos de los siglos III al VI también adaptaron las enseñanzas de Aristóteles sobre el mundo físico a una filosofía que enfatizaba el espiritismo. Los primeros filósofos medievales, incluyendo Macrobio, Calcidio y Martianus Capella, también examinaron el mundo físico, en gran medida desde una perspectiva cosmológica y cosmográfica, presentando teorías sobre la disposición de los cuerpos celestes y los cielos, que se postularon como compuestos de éter (Grant & Grant, 2007).

Las obras de Aristóteles sobre filosofía natural continuaron siendo traducidas y estudiadas en medio del surgimiento del Imperio bizantino y el Califato abasí (Grant & Grant, 2007). En el Imperio bizantino, John Philoponus, un comentarista aristotélico alejandrino y teólogo cristiano, fue el primero que cuestionó la enseñanza de la física de Aristóteles. A diferencia de Aristóteles, que basó su física en el argumento verbal, Philoponus en cambio se basó en la observación y defendió la observación en lugar de recurrir a la argumentación verbal (Philoponus, 1887). Él introdujo la teoría del ímpetu. La crítica de John Philoponus a los principios aristotélicos de la física sirvió de inspiración para Galileo Galilei durante la Revolución Científica. Un renacimiento en las matemáticas y la ciencia tuvo lugar durante la época del Califato Abasí del siglo noveno en adelante, cuando los eruditos musulmanes se expandieron sobre la filosofía natural griega e india (Lindberg, 2010). Las palabras alcohol, álgebra y cenit tienen raíces árabes y muy probablemente algunas de las leyes naturales más antiguas, como la ley de Snell (Barr, 2014).

2.4. La edad media

Las obras de Aristóteles y otras filosofías naturales griegas no llegaron a Occidente hasta mediados del siglo XII, cuando las obras se tradujeron del griego y el árabe al latín. El desarrollo de la civilización europea más tarde en la Edad Media trajo consigo más avances en la filosofía natural.

Los inventos europeos como la herradura, el collar de caballo y la rotación de cultivos permitieron un rápido crecimiento de la población, dando paso a la urbanización y la fundación de escuelas conectadas a monasterios y catedrales en la Francia actual e Inglaterra. Con la ayuda de las escuelas, se desarrolló un enfoque de la teología cristiana que buscaba responder preguntas sobre la naturaleza y otros temas utilizando la lógica.

Figura 2.3. La alquímica árabe. Durante la edad media, fueron los árabes islámicos quienes preservaron los avances científicos de los griegos, egipcios y de los pueblos del cercano oriente; posteriormente los mejoraron, con nuevas palabras, nuevas ideas y nuevos instrumentos, de ellos provienen términos como alquimia, alambique, álgebra, algoritmo entre otros.

Figura 2.4. La muerte de Hipatia. Las relaciones entre el cristianismo y los científicos siempre han sido complejas, a finales de la edad antigua y principios de la edad media tenemos el ejemplo de la muerte de la filósofa, matemática y astrónoma alejandrina Hipatia a manos de una turba de fanáticos instigados por el obispo local.

Este enfoque, sin embargo, fue visto por algunos detractores como una herejía. En el siglo XII, los eruditos y filósofos de Europa Occidental entraron en contacto con un cuerpo de conocimiento del que previamente habían sido ignorantes: un gran corpus de obras en griego y árabe que fueron conservadas por eruditos islámicos. A través de la traducción al latín, Europa Occidental fue presentada a Aristóteles y su filosofía natural. Estas obras fueron enseñadas en nuevas universidades en París y Oxford a principios del siglo XIII, aunque la práctica fue mal vista por la iglesia católica. Un decreto 1210 del Sínodo de París ordenó que "no se dicten conferencias en París, ni pública ni privadamente, utilizando los libros de Aristóteles sobre filosofía natural o los comentarios, y prohibimos todo esto bajo pena de excomunión" (Grant & Grant, 2007).

A finales de la Edad Media, el filósofo español Dominicus Gundissalinus tradujo un tratado del estudioso persa Al-Farabi titulado On the Sciences in Latin, que denominaba el estudio de la mecánica de la naturaleza o ciencia natural. Gundissalinus también propuso su propia clasificación de las ciencias naturales en su trabajo de 1150 sobre la División de Filosofía. Esta fue la primera clasificación detallada de las ciencias basadas en la filosofía griega y árabe para llegar a Europa occidental. Gundissalinus definió la ciencia natural como "la ciencia que considera solo las cosas no abstraídas y con movimiento", a diferencia de las matemáticas y las ciencias que se basan en las matemáticas. Después de Al-Farabi, luego separó las ciencias en ocho partes, que incluyen física, cosmología, meteorología, ciencia de los minerales y ciencia de plantas y animales (Grant & Grant, 2007).

Figura 2.5. San Alberto Magno. No todo el cristianismo se opone al estudio de las ciencias, de hecho, los obispos de Roma fueron conocidos por financiar a eruditos locales, e incluso dos doctores de la iglesia fueron conocidos por su apoyo a la independencia del trabajo científico con respecto a la teología, San Alberto Magno y Santo Tomas de Aquino.

Filósofos posteriores hicieron sus propias clasificaciones de las ciencias naturales. Robert Kilwardby escribió Sobre el orden de las ciencias en el siglo XIII que clasificaba la medicina como una ciencia mecánica, junto con la agricultura, la caza y el teatro, mientras que definía la ciencia natural como la ciencia que trata con cuerpos en movimiento. Roger Bacon, un fraile y filósofo inglés, escribió que la ciencia natural se ocupaba de "un principio de movimiento y descanso, como en las partes de los elementos fuego, aire, tierra y agua, y en todas las cosas inanimadas hechas de ellos". Estas ciencias también cubrieron plantas, animales y cuerpos celestes. Más tarde en el siglo XIII, el sacerdote y teólogo católico Santo Tomas de Aquino definió la ciencia natural como tratar con "seres móviles" y "cosas que dependen de la materia no solo para su existencia, sino también para su definición". Hubo amplio acuerdo entre los eruditos en la época medieval que las ciencias naturales trataban de cuerpos en movimiento, aunque había división sobre la inclusión de campos que incluían medicina, música y perspectiva. Los filósofos consideraron cuestiones como la existencia de un vacío, si el movimiento podría producir calor, los colores del arco iris, el movimiento de la tierra, si existen sustancias químicas elementales y en qué parte de la atmósfera se forma la lluvia (Grant & Grant, 2007).

Figura 2.6. Johannes Kepler. Inició su investigación con una presuposición teológica de que los planetas se mueven en círculos perfectos alrededor del Sol, poro posteriormente, gracias al análisis matemático tuvo el coraje de abandonar este presupuesto en favor de un modelo elíptico. Los científicos comúnmente cambian sus puntos de vista para ajustarse a los datos, ese es el motor del mejoramiento.

En los siglos finales de la Edad Media, la ciencia natural a menudo se mezcló con filosofías sobre la magia y el ocultismo. La filosofía natural apareció en una amplia gama de formas, desde tratados hasta enciclopedias y comentarios sobre Aristóteles. La interacción entre la filosofía natural y el cristianismo fue compleja durante este período; algunos teólogos tempranos, incluso Tatian y Eusebius, consideraron la filosofía natural un afloramiento de la ciencia griega pagana y sospecharon de ella. Aunque algunos filósofos cristianos posteriores, incluido Tomás de Aquino, llegaron a ver las ciencias naturales como un medio para interpretar las escrituras, esta sospecha persistió hasta los siglos XII y XIII. La Condena de 1277, que prohibió establecer la filosofía a un nivel igual a la teología y el debate de constructos religiosos en un contexto científico, mostró la persistencia con la que los líderes católicos resistieron el desarrollo de la filosofía natural incluso desde una perspectiva teológica. Santo Tomás de Aquino y San Alberto Magno, otro teólogo católico de la época, buscaron distanciar la teología de la ciencia en sus obras. "No veo cuál es la interpretación que tiene Aristóteles de la enseñanza de la fe", escribió en 1271 (Grant & Grant, 2007).

2.5. La Revolución científica

En los siglos XVI y XVII, la filosofía natural experimentó una evolución más allá del comentario sobre Aristóteles a medida que se descubría y traducía más filosofía griega primitiva. La invención de la imprenta en el siglo XV, la invención del microscopio y el telescopio y la Reforma Protestante alteraron fundamentalmente el contexto social en el que evolucionó la investigación científica en Occidente. El descubrimiento de Cristóbal Colón de un mundo nuevo cambió las percepciones sobre la composición física del mundo, mientras que las observaciones de Copérnico, Tyco Brahe y Galileo dieron una imagen más precisa del sistema solar como heliocéntrico y probaron que muchas de las teorías de Aristóteles sobre los cuerpos celestes eran falsas. Varios filósofos del siglo XVII, como Thomas Hobbes, John Locke y Francis Bacon, rompieron el pasado al rechazar abiertamente a Aristóteles y sus seguidores medievales, calificando su enfoque de la filosofía natural como superficial (Grant & Grant, 2007).

Figura 2.7. sir Isaac Newton. En su obra, Principios Matemáticos de Filosofía Natural, sir Isaac Newton sienta las bases de la ciencia moderna; un intento de modelar la naturaleza en base a procesos analíticos basados en la matemática; de aquí en adelante, una ciencia verdadera deberá estar matematizada, de lo contrario se la considerará una técnica u oficio de segundo nivel.

Los títulos de la obra de Galileo Las dos Nuevas Ciencias y la Nueva Astronomía de Johannes Kepler subrayaron la atmósfera de cambio que se produjo en el siglo XVII cuando Aristóteles fue despedido en favor de nuevos métodos de investigación del mundo natural. Bacon fue instrumental en popularizar este cambio; argumentó que la gente debería usar las artes y las ciencias para ganar dominio sobre la naturaleza. Para lograr esto, escribió que "la vida humana [debe] estar dotada de nuevos descubrimientos y poderes". Definió la filosofía natural como "el conocimiento de Causas y movimientos secretos de las cosas, y ampliando los límites del Imperio Humano, a la realización de todas las cosas posibles". Bacon propuso una investigación científica respaldada por el estado y alimentada por la investigación colaborativa de científicos, una visión que no tenía precedentes en su alcance, ambición y forma en ese momento. Los filósofos naturales llegaron a ver a la naturaleza cada vez más como un mecanismo que podía desmontarse y entenderse, como un reloj complejo. Los filósofos naturales como Isaac Newton, Evangelista Torricelli y Francesco Redi realizaron experimentos centrados en el flujo de agua, midiendo la presión atmosférica utilizando un barómetro y refutando la generación espontánea. Las sociedades científicas y las revistas científicas surgieron y se propagaron ampliamente a través de la imprenta, desencadenando la revolución científica. Newton en 1687 publicó su Principios Matemáticos de Filosofía Natural, o Principia Mathematica, que sentó las bases para las leyes físicas que se mantuvieron vigentes hasta el siglo XIX. Principia sentó las bases que se habían ido sentando desde principios del siglo de 1600, entender el mundo desde una perspectiva matemática, empleando las leyes del álgebra para hacer predicciones precisas e irrefutables de los fenómenos físicos, lo cual le daría a los filósofos naturales un poder, el poder de la profecía, pero una profecía precisa, cuantificable, la predicción científica. Con el poder de la predicción científica precisa nace un nuevo tipo de investigador de la ciencia natural, lo que llamamos el científico (Grant & Grant, 2007).

Algunos estudiosos modernos, como Andrew Cunningham, Perry Williams y Floris Cohen, argumentan que la filosofía natural no es propiamente llamada ciencia, y que la investigación científica genuina comenzó solo con la revolución científica. Según Cohen, "la emancipación de la ciencia desde una entidad global llamada 'filosofía natural' es una característica definitoria de la Revolución Científica". Otros historiadores de la ciencia, incluido Edward Grant, afirman que la revolución científica que floreció en el siglo XVII , Los siglos XVIII y XIX ocurrieron cuando los principios aprendidos en las ciencias exactas de la óptica, la mecánica y la astronomía comenzaron a aplicarse a cuestiones planteadas por la filosofía natural. Grant argumenta que Newton intentó exponer la base matemática de la naturaleza -las reglas inmutables que obedecía- y al hacerlo se unió a la filosofía natural y las matemáticas por primera vez, produciendo una obra temprana de la física moderna (Grant & Grant, 2007).

Figura 2.8. Robert Boyle. Aunque Robert Boyle no matematizo la química, si la separó de las explicaciones religiosas, por lo que se considera uno de los primeros químicos modernos.

La revolución científica, que comenzó a consolidarse en el siglo XVII, representó una ruptura aguda con los modos de investigación aristotélicos. Uno de sus principales avances fue el uso del método científico para investigar la naturaleza. Se recogieron datos y se realizaron mediciones repetibles en experimentos. Luego, los científicos formaron hipótesis para explicar los resultados de estos experimentos. La hipótesis fue luego probada usando el principio de falsabilidad para probar o refutar su precisión. Las ciencias naturales siguieron llamándose filosofía natural, pero la adopción del método científico llevó a la ciencia más allá del dominio de la conjetura filosófica e introdujo una forma más estructurada de examinar la naturaleza (Barr, 2014).

Newton, un matemático y físico inglés, fue la figura fundamental en la revolución científica. Inspirándose en los avances hechos en astronomía por Copérnico, Brahe y Kepler, Newton derivó la ley universal de la gravitación y las leyes del movimiento. Estas leyes se aplicaron tanto en la Tierra como en el espacio exterior, unificando dos esferas del mundo físico que anteriormente se creía que funcionaban independientemente unas de otras, de acuerdo con reglas físicas separadas. Newton, por ejemplo, demostró que las mareas fueron causadas por la atracción gravitacional de la luna. Otro de los avances de Newton fue hacer de las matemáticas una poderosa herramienta explicativa para los fenómenos naturales. Si bien los filósofos naturales utilizaron durante mucho tiempo las matemáticas como un medio de medición y análisis, sus principios no se usaron como un medio para comprender la causa y el efecto en la naturaleza hasta Newton (Grant & Grant, 2007).

En el siglo XVIII y XIX, científicos como Charles-Augustin de Coulomb, Alessandro Volta y Michael Faraday se basaron en la mecánica newtoniana explorando el electromagnetismo o la interacción de fuerzas con cargas positivas y negativas sobre partículas cargadas eléctricamente. Faraday propuso que las fuerzas en la naturaleza operaban en "campos" que llenaban el espacio. La idea de campos contrastaba con la construcción newtoniana de la gravitación como simplemente "acción a distancia", o la atracción de objetos sin nada en el espacio entre ellos para intervenir. James Clerk Maxwell en el siglo XIX unificó estos descubrimientos en una teoría coherente de la electrodinámica. Usando ecuaciones matemáticas y experimentación, Maxwell descubrió que el espacio estaba lleno de partículas cargadas que podían actuar sobre sí mismas y entre sí, y que eran un medio para la transmisión de ondas cargadas (Grant & Grant, 2007).

Avances significativos en química también tuvieron lugar durante la revolución científica. Antoine Lavoisier, un químico francés, refutó la teoría del flogisto, que postulaba que las cosas ardían liberando "flogisto" en el aire. Joseph Priestley descubrió el oxígeno en el siglo XVIII, pero Lavoisier descubrió que la combustión era el resultado de la oxidación. También construyó una tabla de 33 elementos e inventó la nomenclatura química moderna. La ciencia biológica formal permaneció en su infancia en el siglo XVIII, cuando el foco estaba en la clasificación y categorización de la vida natural (Grant & Grant, 2007). Este crecimiento en la historia natural fue liderado por Carl Linnaeus, cuya taxonomía de 1735 del mundo natural todavía está en uso. Linneo en la década de 1750 introdujo nombres científicos para todas sus especies (Manktelow, 2010).

En el siglo XIX, el estudio de la ciencia había entrado en el ámbito de profesionales e instituciones. Al hacerlo, gradualmente adquirió el nombre más moderno de la ciencia natural. El término científico fue acuñado por William Whewell en una revisión de 1834 de On Somerville's On the Connexion of the Sciences (Holmes, 2015). Pero la palabra no entró en uso general hasta casi el final del mismo siglo. Durante este mismo siglo, la ciencia biológica formal adquirió su estatus de ciencia madura, con la separación con el pensamiento mitológico gracias a las obras de Charles Darwin, Gregor Mendel, August Weismann, Hugo de Vries y Carl Correns (Kutschera & Niklas, 2004). Hacia el siglo XX tanto las ciencias físicas como las biológicas impactaron directamente en la tecnología, y el estilo de vida de los seres humanos.

Figura 2.9. Charles Darwin. Separó a los estudios de los seres vivos de sus explicaciones religiosas, por lo que se lo considera uno de los padres de la biología como ciencia moderna.

3. Epistemología de la ciencia

Las llamamos ciencias naturales, porque se buscan explicaciones naturales a los fenómenos naturales.

Para entender la naturaleza y el mundo en que se vive, todos los seres humanos consciente o inconscientemente poseen una posición epistemológica. Aunque no sepan sus nombres posiblemente toda postura epistemológica puede clasificarse en alguna de las cuatro categorías siguientes: idealismo ontológico, naturalismo ontológico; idealismo metodológico y naturalismo metodológico. Un individuo debe poseer al menos una postura en el eje ontológico y una postura en el eje metodológico.

Figura 3.1. Georges Lamaitre. Fue un sacerdote católico y un físico teórico que sentó las bases de la teoría del BigBang, para él la ciencia es como nadar, los creyentes y no creyentes deben hacerla del mismo modo para que funcione y no implica creer en un dios específico.

El eje ontológico hace referencia a las verdades inmutables o a las verdades personales, es lo que la persona piensa que es, mientras que el eje metodológico hace referencia a un medio para el estudio, en este caso el estudio de la naturaleza. El eje naturalista o materialista implica un arraigo a los fenómenos naturales y a explicaciones naturales o físicas, a veces lo llaman fisicismo o fisicalismo, mientras que el eje idealista representa explicaciones de orden metafísico como los dioses, los espíritus etc. Bajo este orden de ideas las cuatro posturas pueden definirse del siguiente modo (Blanco, 2012):

Idealismo ontológico: considera que la verdad inmutable de las cosas, el ser en sí y no el ser en otros, la realidad última se encuentra más allá de las entidades materiales o naturales, siendo generalmente esta la postura de las religiones, pero también una postura filosófica como en el platonismo. Para estas personas las entidades materiales son sombras imperfectas de una realidad más sublime.

Naturalismo ontológico: considera que la verdad inmutable de las cosas, el ser en sí y no el ser en otros, la realidad última se encuentra únicamente en este mundo físico sujeto a las interacciones de la materia, toda entidad que se presume metafísica o no existe o es una dimensión física que aún no ha sido adecuadamente representada, en esta perspectiva se encuentran los ateos.

Idealismo metodológico: considera que el mejor medio para estudiar la naturaleza es por medio de entidades metafísicas, como Dios, los dioses, los espíritus o inclusive la razón pura desconectada de todo argumento material como aseguraba Platón en el mito de la caverna.

Naturalismo metodológico: considera que el mejor medio para estudiar la naturaleza es por medio de explicaciones naturalistas, en otras palabras, emplear explicaciones naturales para los fenómenos naturales sin acudir a los dioses. En este caso la razón pura debe conectarse con la materia a través de un aparato lógico-matemático y un sistema experimental. Las explicaciones naturalistas siempre se presumen imperfectas, por lo que su prestigio se desprende de su utilidad práctica.

El naturalismo metodológico es un auto-límite que se imponen los científicos en la actualidad para poder explicar los fenómenos naturales empleando únicamente causas naturales. Ya habíamos introducido esta regla mediante la expresión: La ciencia es como un juego donde la principal regla es emplear a las causas secundarias para explicar los fenómenos naturales, apelar a la causa primaria “Dios” es hacer trampa. Antes que plantear una justificación filosófica al naturalismo metodológico resulta importante justificarlo a través de sus logros tangibles. Hemos aprendido mucho a cerca del universo al adoptar al naturalismo metodológico como el espíritu subyacente de las ciencias de la naturaleza aun cuando puede parecer una tara o limite en las justificaciones personales. El naturalismo metodológico se opone a explicaciones sobrenaturales y fue empleado de forma importante durante la revolución científica, algunos ejemplos notables son Galileo o Lamaitre, ambos fervorosos católicos (Blanco, 2012).

El naturalismo metodológico no implica un naturalismo ontológico, uno puede ser lo primero sin ser lo segundo. Usted puede ser tranquilamente un naturalista metodológico en el contexto científico y al mismo tiempo ser un idealista ontológico en su espiritualidad “creer en dios” o en otras facciones “como creer en extraterrestres, las hadas etc etc etc”. Desde la historia de las ciencias podemos ver a una gran cantidad de idealistas ontológicos “teístas” que creen en Dios, una realidad espiritual trascendente y al mismo tiempo en su labor académica y científica emplean el naturalismo metodológico. De hecho, todas las grandes teorías de la naturaleza se basan en haber sido construidas por el naturalismo metodológico, pero por alguna razón solo la evolución resulta cuestionada por serlo (Blanco, 2012).

Figura 3.2. Pensamiento científico en la escuela. En la actualidad, igual que en su nacimiento, el pensamiento científico aún tiene relaciones complejas y tensas con ciertas concepciones religiosas, especialmente en el currículo escolar de algunos países como Estados Unidos o Turquía entre otros, especialmente en la biología relacionada a las explicaciones naturalistas sobre el origen del hombre.

Newton, Mendel, Lamaitre, Einstein todos fueron teístas y la mayoría creyentes fervorosos en Dios, pero aun así de ellos debemos teorías que son metodológicamente naturalistas en las que apelar a la causa primera es innecesario, no por que no exista, sino porque es inválido para las reglas de juego de la ciencia. Cabe destacar que la alternativa al naturalismo metodológico es el idealismo metodológico, sin embargo, tal programa de investigación ya se intentó, floreció en la edad media y en muchos lugares de la edad antigua, donde se empleaba el poder de los dioses o de la mente pura para intervenir en la naturaleza o sanar las enfermedades, sin embargo, las capacidades de esta metodología son en el mejor de los casos cuestionables, fe-dependientes y poco reproducibles. Los logros del naturalismo metodológico es lo que le aporta su prestigio, no su belleza filosófica, los científicos se enorgullecen del naturalismo metodológico en base a sus logros corporizados a través de una tecnología que puede usar cualquier individuo independientemente de sus posturas ontológicas, en otras palabras, el naturalismo metodológico no es fe-dependiente. De hecho, Lamaitre dijo alguna vez que la ciencia es como nadar, no necesitas creer en Dios para hacerlo, pero tanto religiosos como ateos deben nadar de la misma manera, por mucha fe que se tenga en Dios no se puede esperar a que él te haga flotar por arte de magia; en otras palabras, el naturalismo metodológico al no depender de la fe o la cultura es universal, un científico es igual de científico en Japón, Europa o América latina (Blanco, 2012).

Existen varias razones por la cual los científicos al hacer ciencia limitan sus explicaciones solo unas cuantas permitidas por los presupuestos del naturalismo metodológico. La primera es el empirismo y a experimentación. La posibilidad de generar hipótesis a través de las teorías que luego sean revisadas por la experimentación, depende de la existencia metodológica de las leyes de la naturaleza. Sin la regularidad que las leyes naturales proponen, no podrían realizarse predicciones confiables sobre la naturaleza, por lo que diseñar experimentos seria problemático. Peor aún, sin la posibilidad de manipular las leyes de la naturaleza la capacidad de generar tecnología sería imposibilitada debido a que no sería posible predecir el comportamiento de los instrumentos que manipulan o emplean los principios rectores de las leyes de la naturaleza (Blanco, 2012).

¿Si existen causas metafísicas como podemos experimentar sobre ellas? Las causas metafísicas son por definición inmateriales, por lo que cualquier diseño experimental por definición no podría estudiarlas. Adicionalmente aun cuando se generarán datos de varios experimentos, si se explicaran a través de causas metafísicas no habría forma de proponer otros experimentos para probar las anomalías. Incluso la noción misma del análisis de los datos sería inviable ya que no podría saberse si los resultados del primer experimento se deben a errores experimentales, limitaciones tecnológicas o a los caprichos de alguna deidad o entidad espiritual (Blanco, 2012).

Apelar a in idealismo metodológico, es decir a emplear causas supernaturales en el momento en que se llega a un problema complejo es un muro para plantear nuevas preguntas. No podría saberse si el problema son tecnologías inadecuadas, instrumentos matemáticos poco desarrollados, presupuestos teóricos erróneos, o tecnología anticuada. No habría razón para seguir investigando más allá cuando se encuentra con una respuesta todo poderosa e incuestionable de “Dios lo hizo”, sobre todo si al preguntarse por el cómo existe un bloqueo fundamental de procesos metafísicos que no pueden ser repetidos mediante diseños experimentales directos o indirectos.

Como un científico que también practica una de las religiones más populares del planeta llamada Cristianismo Católico, yo empleo el naturalismo metodológico como una presunción fundamental para aprender más a cerca de la creación hecha por Dios. Usando las presunciones del naturalismo metodológico es posible aplicar las herramientas de la ciencia de forma tal que podemos percibir la belleza de la creación en un sentido mucho más profundo y especialmente mucho más detallado. Sin embargo, la percepción de esta belleza proviene de mis raíces religiosas y no del trabajo científico.

A pesar de que se puede apelar a los orígenes mismos de la palabra ciencia para criticar la postura que reconcilia el idealismo ontológico con el naturalismo metodológico, desde que las ciencias abandonaron la postura empiro-positivista la cuestión ha sido muy diferente. El objeto de la ciencia no es encontrar verdades absolutas e inalterables como si se tratara de dogmas religiosos. El objetivo de las ciencias es la formulación de modelos y teorías que permiten explicar, predecir y manipular a la naturaleza, generando una relación dialógica con la tecnología para el mejoramiento de nuestras condiciones de vida. Los modelos teóricos deben tener una coherencia interna entre sus postulados y una coherencia externa con la mayoría de los resultados experimentales. Sin embargo, ninguna teoría tiene como condición para ser científica, concordar con todos los datos, con todos los experimentos. Si fuera de este modo ya no existirían nuevas preguntas por realizar, nuevos problemas por resolver, nuevos trabajos por realizar, en otras palabras, si una teoría científica fuera perfecta, no habría más ciencia por hacer.

4. Teorías

Sin embargo, la mera observación de un fenómeno no aporta mucho a menos que se emplee el método científico. El método científico generalmente es definido como el método de estudio sistemático de la naturaleza que incluye las técnicas de observación, reglas para el razonamiento y la predicción, ideas sobre la experimentación planificada y los modos de comunicar los resultados experimentales y teóricos. El método científico está compuesto por los siguientes conceptos: hipótesis, experimentación, ley y teoría. Es importante no visualizarlo de forma lineal, las hipótesis no aparecen de la nada o de la observación aleatoria de la naturaleza. El orden en el que se procede a aplicar el método científico dependerá de la necesidad del investigador. Aunque se nos dice que el método inicia con las observaciones, en la actualidad esto es cada vez más y más raro, hay que tener en cuenta que nos encontramos en un cierto grado de sofisticación investigativa en todas las áreas del conocimiento por lo que es más práctico decir que el método debe comenzar con las consecuencias lógicas, aunque aún no investigadas, de alguna teoría científica que puede traducirse a un modelo de situación concreto. Pero ¿Qué es una teoría?

Figura 4.1. El método científico. Existen muchos esquemas lineales del método científico con diferentes grados de complejidad, sin embargo, una forma de entenderlo es como un ciclo que inicia y termina con una teoría, la cual es la máxima expresión del conocimiento de un campo científico en un determinado momento. En la actualidad hay cuatro teorías primordiales, la teoría de la relatividad para la física, la teoría cuántica y la teoría atómica para la física y la química, y la teoría sintética de la evolución para la biología.

Para muchas personas, una teoría es una suposición, no comprobada de un fenómeno determinado, y muchas veces, utilizan el primer significado del diccionario. De hecho, según el diccionario de la real academia de la legua la palabra teoría tiene varios significados.

Conocimiento especulativo considerado con independencia de toda aplicación

Este es el significado que le endosan a la palabra teoría, y por extensión a la teoría evolutiva, la teoría de la relatividad, la teoría atómica o la teoría del BigBang, asociando o suponiendo que, las teorías no están comprobadas, que funcionan muy bien metafóricamente, pero que no funcionan absolutamente en el ambiente práctico. Sin embargo, existen otras definiciones, que muy convenientemente olvidan. Sin ir más lejos, el segundo y tercer significado del diccionario de la real academia de la lengua.

serie de las leyes que sirven para relacionar determinado orden de fenómenos

hipótesis cuyas consecuencias se aplican a toda una ciencia o a parte muy importante de ella.

Observen bien, aquí tenemos la introducción de otros dos conceptos muy utilizados en la ciencia: la ley y la hipótesis, que junto con la teoría están englobadas en lo que se conoce como el método científico.

4.1. Que es una teoría científica

El modelo teórico es un mecanismo que permite interpretar las leyes y los fenómenos, explicándolos, organizándolos, manipulándolos y lo más, más importante, prediciendo NUEVAS leyes y nuevos fenómenos. Esta predicción es la que va generando el programa de investigación al cual deben someterse las nuevas generaciones de científicos para poder lograrse un verdadero avance en las ciencias. debido a que es imposible obtener todos los datos del universo que son, fueron y serán sobre un tema de estudio, ninguna teoría es una verdad absoluta, todos son modelos transitorios que pueden ser mejorados o desplazados por nuevas y mejores teorías. Las características de la teoría científica serán descritas en base a la propuesta de T. S. Kuhn: ciencia normal, revolución científica y anomalías.

4.2. Ciencia normal

Es común que el afianzamiento de nuevas leyes, creen nuevas preguntas con lo cual la teoría debe crear nuevos modelos para nuevas situaciones. En esta situación de normalidad, el conocimiento acumulado concuerda con la teoría y la fortalece. Durante el estado de ciencia normal es posible hacer lo siguiente:

👉 Crear nueva tecnología para los diseños experimentales.

👉 Acumular información para contrastarla con las predicciones del modelo.

👉 Acumular anomalías.

De los tres aspectos de la ciencia normal, el más importante es la creación de nueva tecnología., ya que es a través de esto que la ciencia se justifica ante la sociedad misma, diferenciándose de otras formas de conocimiento humano como la literatura, la música, la filosofía o las religiones.

La ciencia normal no pode a prueba directamente los núcleos fundamentales de las teorías. Dado que una teoría es un conjunto de principios generales, también tienen la característica de aplicarse a situaciones concretas, una misma teoría puede generar varias posibles situaciones que conocemos como modelos científicos plausibles o hipótesis. Las hipótesis al ser modelos concretas, pueden traducirse a situaciones concretas, que pueden ponerse a prueba para determinar si una determinada predicción es plausible o no lo es. Estas situaciones concretas pueden determinarse experimentalmente en el laboratorio o en el campo, de formas directas a nuestros sentidos, o mediante la deducción de fenómenos secundarios, que pueden ser interpretados a la luz de los modelos en competencia. Una vez que un determinado modelo adquiere un peso experimental firme y una forma matemática concreta se lo denomina una ley de la naturaleza que ingresa formar parte de la teoría de la cual surgió.

4.3. Acumulando anomalías

Pero este no siempre es el caso, todas las ciencias poseen límites en el que sus modelos poseen problemas para la representación de los datos experimentales. Cuando la cantidad de estos fenómenos no explicables es leve la teoría se mantiene a flote. Las anomalías son fenómenos que no concuerdan con las predicciones del modelo general, y estas pueden ser causadas por varias razones:

👉 Artefactos producidos por diseños experimentales mal hechos.

👉 Artefactos generados debido a que la tecnología requerida para obtener fenómenos más exactos aún no ha sido inventada.

👉 Artefactos generados por un muestreo limitado, ya sea de forma voluntaria o involuntaria.

👉 El modelo teórico no sirve, es erróneo y debe ser descartado.

Las anomalías son importantes, ya que justifican el trabajo de los científicos, son los misterios que las personas buscan responder por medio de sus proyectos de investigación.

4.4. Revolución científica

Las teorías pueden sobrevivir con cierta cantidad de anomalías, siempre y cuando estas no lastimen los postulados fundamentales, pero cuando estos contraejemplos son muchos y afectan las ideas cruciales de la teoría, entonces se debe buscar una nueva teoría mediante una revolución científica. Al igual que ocurre con las hipótesis, las nuevas teorías durante la revolución científica deben ser capaces de sobrevivir a las pruebas experimentales, bajo dos principios:

👉Explicar lo mismo que hacia la teoría vieja bajo sus nuevos fundamentos clave

👉Explicar más que la teoría vieja tomando la mayoría de los contraejemplos y organizándolos de manera coherente.

En este punto varias comunidades de científicos postulan nuevos modelos teóricos y pugnan entre sí, para ver cuál puede explicar la mayor cantidad de fenómenos, con una menor cantidad de anomalías. Finalmente, la teoría que más fenómenos explique, con una menor cantidad de anomalías debe ser aceptada, y con su aceptación es posible generar un nuevo programa de investigación, un nuevo estado de ciencia normal, y por lo tanto de avance científico.

Ciencia sin teoría: El modelo teórico es el que fija el proyecto de investigación, es decir, los fenómenos que valen la pena ser estudiados, sin una teoría, las observaciones al azar de la naturaleza generan pocos avances. Thomas Kuhn propuso y dio varios ejemplos en su libro llamado “Historia de las Revoluciones Científicas”, sobre cómo en el momento en que una ciencia no posee una teoría, esta es incapaz de embarcarse en un proyecto de investigación serio. Sin un programa de investigación no se pueden diseñar nuevos instrumentos o razonar hipótesis susceptibles de ser experimentadas, en otras palabras, sin una teoría general es imposible aplicar el método hipotético-deductivo. Es decir, una ciencia sin teoría o está en crisis o no es una ciencia de la naturaleza.

5. Hipótesis y fenómenos

5.1. Fenómenos

Los fenómenos son las “realidades” con las que nos enfrentamos cotidianamente, y muchas son aparentes, pues parece evidente que el Sol se mueve alrededor de la Tierra, o que el suelo es plano, que los seres vivos no cambian entre otros. Los fenómenos tal como se muestran están dispersos, por lo que se necesita una teoría que los pueda explicar por medio de la generación de las hipótesis.

5.2. Hipótesis

Una hipótesis es una suposición de algo posible o imposible para sacar de ello una consecuencia matemática clara. Como pueden darse cuenta, el concepto de hipótesis es bastante parecido al primer concepto de teoría del diccionario, son suposiciones, pero una hipótesis no es solo una suposición, es de hecho una afirmación con consecuencias lógicas y matemáticas. Por ejemplo, Aristóteles se dio cuenta de que las cosas que están muy alejadas parecen estar estáticas mientras que las que están cercanas s parecen moverse, al extrapolar eso al firmamento, o sea, a las estrellas, se pueden derivar dos afirmaciones lógicas o hipótesis. Ya que las estrellas parecen estar quietas, o están fijas en el cielo, o están tan lejos que parecen estarlo. Esas son hipótesis de estudio, excluyentes y complementarias, lo que se denomina, hipótesis nula e hipótesis alternativa.

Nula y alternativa: Obviamente uno carga una serie de pre-concepciones , por lo que siempre se tiene una hipótesis favorita, de la que se cree es la más probable, a esa se la llama hipótesis nula, en nuestro caso, las estrellas están fijas en el cielo. Por otro lado, se debe estar preparado, por si la hipótesis nula se descarta, con una hipótesis alternativa, en nuestro caso, las estrellas están tan lejos que parecen estar quietas, así como las montañas lejanas parecen estar quietas cuando uno se mueve, mientras que las montañas cercanas parecen moverse cuando uno se mueve. Cada una de estas hipótesis, posee consecuencias lógicas, si las estrellas son fijas, deben estar fijas a algo, y este algo es el que se mueve “las esferas”, mientras que, si las estrellas están muy alejadas, son entidades independientes, por lo cual, el espacio exterior sería mucho más extenso de lo que se piensa y no estaría confinado a unas esferas.

Figura 5.1. La ciencia moderna mezcla conocimiento empírico y a priori. El procedimiento de Aristóteles se denomina A priori, que significa "sin contar con la experiencia, la observación o las evidencias empíricas". Los griegos tendían a despreciar la evidencia empírica, especialmente Platón maestro de Aristóteles enseñaba a ignorar al mundo y concentrarse solo en el pensamiento.

Los métodos griegos se basaban principalmente en el desarrollo filosófico, y no avanzaban demasiado en el práctico “¿será que la cueva de Platón originó todo ese asunto?” o sea no comprobaban las hipótesis y se elegían algunas de forma tácita o a priori sin contar con la experiencia. Para Aristóteles y su cosmología no tenía sentido que las estrellas estuvieran muy lejos, por lo que descartó esa hipótesis. La ciencia moderna, desde Galileo toma otra perspectiva del problema. La solución no sería otra cosa que plantear observaciones planeadas para confrontar las consecuencias de las hipótesis empleando instrumentos especializados.

Relación experimento e hipótesis: De la observación emergen hipótesis que son puestas a prueba por medio de experimentos para observar los fenómenos hipotéticos. Por muy simple que parezca o fácil de comprender, el proceso experimental no es así de simple, no es un proceso lineal. Nunca lo ha sido y nunca lo fue, aquellas personas que proponen las hipótesis lo hacen empleando marcos de referencia abstractos, “es decir que son frutos del pensamiento y no se encuentran en la naturaleza” llamados modelos teóricos. Los modelos teóricos limitan y seleccionan los fenómenos que van a tomarse en cuenta y que instrumentos experimentales van a emplearse. Es por esto que el proceso experimental no surge de la observación del ambiente, por el contrario, emerge del proyecto de investigación propuesto por el modelo teórico que acepta el investigador en su contexto y es matizado muchas veces por sus propios prejuicios. Este proceso concuerda con el mecanismo propuesto por el método hipotético-deductivo en el cual primero hay un modelo teórico general, del cual se extrae una hipótesis concreta para dar cuenta de una serie de problemas. De la hipótesis se extraen consecuencias que deberán ser susceptibles de ser medidas/observadas de forma experimental.

6. El experimento

La observación es pues un fenómeno al azar que no está guiado o mediado por un modelo teórico, la experimentación por el contrario basa su trabajo en los proyectos de investigación de los modelos teóricos. Adicionalmente existe otra diferencia entre lo que es la observación y lo que es la experimentación y todos tienen que ver con el concepto de verdad. Por lo general se tiene la idea de que los experimentos permiten comprobar la verdad o falsedad de una teoría, pero esto es una tergiversación. Esto es porque los modelos teóricos no se miden en base al criterio de verdad o mentira. El concepto de verdad absoluto solo es alcanzable cuando se pueden observar todos los estados de un sistema de estudio que son, fueron y serán en TODO EL UNIVERSO. Debido a que es evidentemente imposible alcanzar tal criterio de verdad absoluta, los modelos teóricos aspiran a representar de una forma adecuada los fenómenos conocidos en un momento determinado. De esta forma los modelos son solo transitorios, aproximaciones a la verdad, pero no la verdad absoluta. En este sentido la experimentación permite rastrear que también funciona el modelo teórico para representar los fenómenos medibles. Y los fenómenos medibles se obtienen mediante la experimentación planeada y no mediante.

Figura 6.1. El laboratorio. Es muy raro encontrar un laboratorio en uso que esté "ordenado en el sentido tradicional".

6.1. Los fenómenos experimentales e instrumentos de medida

Son aquellos eventos de la realidad que emergen de la manipulación, o de la observación consciente de la naturaleza. Se cree que todos los fenómenos experimentales se obtienen en un laboratorio y se interpretan directamente por medio de los sentidos, de allí la expresión “ha sido observado, no ha sido observado” como si toda la ciencia dependiera exclusivamente del sentido de la vista. Como bien dice Hume, la ciencia excede los fenómenos, pero también es posible afirmar que la mayoría de los fenómenos exceden por mucho nuestros sentidos, especialmente la vista, órgano que puede ser engañado con suma facilidad.

Figura 6.2. El campo. Los experimentos no se confinan a los laboratorios. Cuando hacemos experimentos fuera de las paredes de un laboratorio, sin importar el lugar, lo denominamos campo.

De acuerdo con lo anterior, se emplean instrumentos que amplifican nuestros sentidos, el microscopio nos permite seguir “observando” los fenómenos, lo mismo el telescopio. Sin embargo, existen fenómenos que no son posibles de “observar con los ojos”, y por lo tanto deben ser medidos mediante cálculos que los interpretan. De lo anterior podemos postular cuatro adjetivos de los fenómenos obtenidos mediante experimentación.

👉 Fenómenos directos/indirectos, dependiendo de cuanta interpretación lógico-matemática es necesaria para llegar a ellos.

👉 Fenómenos de campo/laboratorio dependiendo de cómo son controladas las variables experimentales, entre menos variables mayor control experimental.

6.2. Los fenómenos obtenidos de forma directa en el campo

Son aquellos fenómenos que no pueden obtenerse en un laboratorio debido a que el objeto de estudio que los genera es demasiado grande, o a que no existe o no existía laboratorio para estudiarlos al ser demasiado complejos o demasiado costosos para poder ser reproducido de forma satisfactoria en un laboratorio. Nuevamente, el uso de instrumentos debe ser mínimo, y estos no deben generar una reinterpretación de la realidad tan marcada. Por ejemplo, los telescopios ópticos. Este puede ser el tipo de fenómenos experimentales más antiguo ya que es el fundamento de la ciencia de la astronomía.

La astronomía es la ciencia que estudia el movimiento de los cuerpos celestes. Originalmente no se empleaban instrumentos, pero la información recolectada podía ser consignada por medio de dibujos y valores matemáticos. Evidentemente antes de las computadoras no podía reducirse el cielo al laboratorio, y al no tener tecnología de lentes los cosmólogos debían contentarse con una buena vista y una noche clara para poder poner a prueba sus hipótesis de sobre cómo es que los objetos del cielo se mueven.

Figura 6.3. La medición. La colorimetría genera un fenómeno experimental de laboratorio que puede percibirse sin cálculos, instrumentos o razonamientos y es el cambio de color. Este fenómeno directo sin embargo es la base para realizar razonamientos que permiten de forma indirecta encontrar el fenómeno subyacente que genera el cambio de color. Sin embargo, al aplicar instrumentos de medición de color, es posible realizar predicciones muy confiables, a las cuales nuestros ojos no alcanzarían.

6.3. Fenómenos directos de laboratorio sin instrumentos:

Los definiremos como aquellos fenómenos que son accesibles por medio de los sentidos sin la necesidad de emplear razonamientos lógicos, instrumentos, o interpretaciones matemáticas. Estos fenómenos se obtienen en condiciones de laboratorio, donde las variables pueden ser controladas, y los procedimientos repetidos. Son observaciones relativamente simples, pero de índole cualitativo, como colores, aromas, texturas, comparaciones relativas.

6.4. Fenómenos directos de laboratorio con instrumentos:

La expresión de fenómenos directos o indirectos no es absoluta, es decir existe una escala continua entre cuan directo y cuan indirecto es un fenómeno estudiado. Un fenómeno absolutamente directo es aquel que no requiere de los instrumentos, es decir, es percibido por nuestros sentidos sin ningún mecanismo intermediario; y adicionalmente no necesita de un razonamiento lógico para percibirlo. Instrumentos tan simples como una regla ya empiezan a generar una mediación, una interpretación del mundo externo sobre lo que percibimos.

En la medida en que los instrumentos se hacen más complejos, una mayor gama de fenómenos, se hacen accesibles, pero siempre debe tenerse en cuenta que es el instrumento el mediador para su percepción. Los cambios tecnológicos alteran el modo de mediación, y por lo tanto el modo en que se interpretan los fenómenos. Los instrumentos más sofisticados generan representaciones matemáticas, no generan imágenes.

En biología un ejemplo de fenómenos experimentales obtenidos en el laboratorio son las microfotografías de los microscopios ópticos en los que la imagen sigue siendo una imagen generada por luz y perceptible por medio de los sentidos. La imagen no requiere de una reinterpretación por medio de cálculos matemáticos o razonamientos complejos. Otro ejemplo es el de la modificación genética para algunos rasgos, cuyos resultados son evidentes a simple vista sin el apoyo de instrumentos, como por ejemplo la modificación de ratones de laboratorio para producir el cartílago de la oreja humana. El fenómeno experimental es más directo en cuanto se empleen instrumentos menos sofisticados.

6.5. Los fenómenos obtenidos de forma indirecta en el laboratorio

Figura 6.4. Medición indirecta, la apuesta científica. El capítulo 1 de la temporada 1 de la serie Doctor House, en esta puede observarse como una serie de síntomas examinados de forma directa en el laboratorio permiten diagnosticar la causa subyacente, una parásito del sistema gastrointestinal llamado tenia o solitaria, o más precisamente su larva en el cerebro del paciente llamada cisticerco.

Se obtienen en el laboratorio bajo condiciones experimentales, pero adicionalmente deben ser racionalizados. Es decir, los exámenes de laboratorio revelan una serie de fenómenos más o menos directos, pero que si no se los conecta mediante algún razonamiento no sirven para nada. Cuando estos fenómenos son conectados mediante una causa global, esta causa es nuestro fenómeno observado de forma indirecta, es posible señalar su presencia aun cuando no es posible percibirlo de forma directa. Muchas veces esta conexión e interpretación requiere del apoyo de instrumentos más sofisticados y de computadoras que digitalizan la información y generan la conclusión. En ocasiones en este tipo de fenómenos se genera la duda de si el fenómeno tiene una naturaleza real o si por el contrario es solo una fumada mental que por casualidad sirve para explicar la información que se posee. Por otro lado, los fenómenos indirectos son de hecho causas hipotéticas hasta que se demuestra su naturaleza física real "o algo que se le acerque".

El diagnóstico médico es el ejemplo más pertinente sobre fenómenos que se perciben de forma indirecta. En general se requiere de una serie de exámenes médicos que revelan una serie de fenómenos, a los que podemos catalogar como relativamente directos. Estos fenómenos son síntomas “que son los más directos” o resultados de exámenes de laboratorio “menos directos”, los cuales al racionalizarse permiten percibir una causa subyacente que es el fenómeno indirecto. Los fenómenos indirectos generalmente se describen más fácilmente en términos cuantitativos, es decir como números que interpretan unos objetos de estudio.

6.6. Los fenómenos obtenidos de forma indirecta en el campo

En este caso tenemos un sistema de estudio muy grande, complejo o costoso para reducir a un laboratorio y que adicionalmente su fenómeno subyacente solo puede ser percibido de forma indirecta. Un ejemplo de ello es el fenómeno de la expansión del universo.

Figura 6.5. Midiendo la naturaleza. El cielo que se observa con los ojos no es el mismo que puede observarse con telescopios, y del mismo modo, un telescopio más avanzado puede mostrar un cielo diferente que el observado con uno de menor calidad. Si asumimos una realidad real, el cielo siempre es el mismo, pero la percepción que tenemos de él es interpretada por el instrumento haciendo parecer que son cielos diferentes.

Figura 6.6. El campo cambia los datos. La medición no es un trabajo sencillo en el campo, pues variables externas pueden afectar lo que puede medirse. De izquierda a derecha, la interferencia causada por la luz artificial para ver el cielo nocturno: 9. Cielo de una ciudad en su centro urbano; 7. Un barrio luminoso; 5. Barrio; 3. Pueblo; 1. Ambiente sin luces artificiales.

Para llegar a esta conclusión se emplea un fenómeno más directo llamado efecto Doppler que afecta a las ondas de luz. Generalmente los materiales de los soles tienen un patrón de color fijo, como si fuera un código de barras. Sin embargo, con el tiempo este código de barras se va corriendo poco a poco hacia el rojo, lo que revela que las ondas de luz se hacen cada vez más largas. Como las ondas largas son generadas por objetos más distantes se emplea el siguiente razonamiento.

Premisas

👉 Las ondas largas son generadas por objetos muy distantes.

👉 Cuando las ondas se alargan los objetos se alejan.

👉 La luz es una onda.

👉 El color rojo está compuesto por ondas de luz muy largas.

👉 La luz emitida por los soles se corre hacia el rojo.

Conclusión

👉 Los soles se alejan cada vez más, lo que es igual a que los soles se alejan de la Tierra.

6.7. Concordancia entre hipótesis y fenómenos

Las hipótesis de trabajo generan consecuencias que son susceptibles de comparar con los fenómenos experimentales, por lo que ambas deben tener la misma dimensión. Si el fenómeno experimental es una estructura, la hipótesis debe predecir cómo es esa estructura. Si el fenómeno experimental es un valor numérico, la hipótesis debe predecir un intervalo entre el cual se encuentre el número encontrado de forma experimental. La concordancia se descubre por medio de métodos estadísticos. Si la hipótesis no puede generar consecuencias que concuerden con algún método experimental conocido, esa hipótesis debe permanecer como tal hasta que la tecnología avance. Si se generan excusas para que aun con el avance tecnológico esta nunca pueda compararse con algún fenómeno, esta no es científica. En otras palabras, para que una hipótesis sea científica esta debe ser susceptible de encontrar un fenómeno para contrastarla.

6.8. Los investigadores no abandonan sus modelos teóricos con facilidad

Puede ser el caso de que los fenómenos experimentales obtenidos en una primera ronda de experimentación no concuerden con las consecuencias de la hipótesis de trabajo. En tal caso, contrario de lo que se piensa, los investigadores no refutan sus hipótesis tan fácilmente. Por lo general lo que se hace es modificar las condiciones de los experimentos “en el laboratorio” o incrementar la muestra de estudio “si es en el campo” para poder concluir de forma acertada. Con regularidad se encuentra que lo que en primera instancia parecía una refutación de la hipótesis de trabajo no era más que un artefacto producido por un mal diseño experimental.

6.9. La calidad de los fenómenos experimentales, precisión y exactitud

Los fenómenos experimentales o datos son medidos bajo dos criterios de calidad: (1) Precisión y (2) exactitud. La precisión es la medida de repetibilidad de un fenómeno, un fenómeno que se repite de forma consistente en cada ronda experimental, es decir cuyos datos son concordantes cada vez que se experimenta es un dato preciso. La exactitud es la medida de un fenómeno sobre un valor que se sabe de antemano que es exacto.

Un ejemplo de ello es el tiro al blanco, los fenómenos experimentales pueden arrojar datos que son: (A) imprecisos e inexactos, completamente inservibles para la ciencia; (B) Exactos pero imprecisos, en los que, aunque el promedio de todos arroje el valor exacto, no son repetibles, y sin repetibilidad tampoco sirven para la ciencia; (C) Precisos pero inexactos, los valores son repetibles pero no concuerdan completamente con la realidad; (D) Precisos y exactos, datos reales y repetibles.

Como se recordará, en las ciencias no se trabaja con el concepto de verdad ya que este es inalcanzable, si lo aplicamos a la alegoría del tiro al blanco significa que los dardos nunca darán todos en el blanco, lo que se busca es que estos se acerquen lo más posible al blanco, aunque nunca se pueda alcanzar.

El diseño experimental posee dos fuentes de errores que causan que los datos obtenidos pierdan precisión y exactitud. Los errores metodológicos son las imitaciones del diseño experimental. Si el diseño experimental es malo poseerá un alto grado de error experimental; si por el contrario el diseño experimental es muy bueno el nivel de error experimental es menor.

No se considera que exista un método libre de errores experimentales, pues no existe un diseño experimental que sea perfecto. Los errores de procedimiento es aquel causado por los seres humanos al emplear de forma errónea los instrumentos, anotar mal los valores, entre otros. Es un error humano intrínseco al método. Ambos métodos se corrigen con repeticiones, el primero repitiendo con diseños experimentales diferentes, y la otra repitiendo el diseño experimental con investigadores diferentes. Ambos errores reciben un tratamiento cuantitativo por métodos matemáticos-estadísticos.

6.10. El diseño experimental y las condiciones experimentales

En muchas ocasiones los fenómenos obtenidos arrojan datos que no concuerdan con las hipótesis debido a que el diseño experimental es defectuoso. Esto puede causarse por interferencias del medioambiente. Un ejemplo de ello ocurre con los telescopios. Las luces de las ciudades interfieren con la luz de las estrellas, haciendo parecer que hay menos estrellas en el firmamento de las que en realidad existen.

A medida que se traslada el puesto de observación a un punto con menos luces artificiales la calidad de la observación va mejorando. Es responsabilidad del investigador ajustar las condiciones experimentales de forma racional para que la refutación o aprobación de sus hipótesis dependa de los fenómenos en sí mismos y no de las interferencias y artefactos de un mal diseño experimental

6.11. La comparación como fenómeno matemático

Mucho de lo que se hace en los experimentos cuantitativos se reduce a, comparar entre grupos de números, un grupo de números son los teóricos o esperados, y el segundo grupo son los datos experimentales; o puede darse el caso que los dos grupos de datos sean experimentales bajo diferentes condiciones o variables. Aunque teóricamente un conjunto de números al medir la misma variable de la misma manera debería arrojar el mismo valor, en la realidad lo que se obtienen valores cercanos, pero no exactamente iguales, por lo que se genera el problema de la subjetividad y el punto de vista. Al ser números decir que casi se parece no nos sirve, esto nos lleva a la pregunta, ¿Cómo determinar de manera objetiva que un grupo de números es diferente de otro?

Para responder a esta pregunta usamos la estadística, la cual es una rama de las matemáticas y del cálculo integral. Los científicos usan la estadística debido a que aún las medidas de fenómenos invariables, poseen variaciones debido a errores de uso de las maquinas o al error intrínseco que posee una máquina. Aun cuando todo es igual, el ambiente y el operario introducen una fuente de variación.

A la variación introducida por las máquinas y los operarios la denominamos ruido. La variación real puede ser sesgada o aleatoria, y en ocasiones el ruido puede hacer difícil diferenciar se una variación es sesgada o aleatoria. Y allí es donde entran las herramientas estadísticas. El objetivo de desarrollar y mejorar nuevos aparatos de medición en ciencia, es reducir la cantidad de ruido, y lograr unas mediciones más repetibles.

7. Las leyes naturales

Las leyes de la naturaleza son cada una de las relaciones existentes entre algunas variables al interior de un fenómeno. Las leyes son producidas por la consistencia de los datos obtenidos por diversos modelos experimentales con hipótesis propuestas por el modelo teórico. La ley y la hipótesis difieren en que esta última se postula antes de hacer la experimentación, mientras que la ley es el producto de la experimentación.

( 7.1 )

La segunda ley de Newton: Descripción semántica: Si una masa "m" experimenta una aceleración "a" implica que hay una fuerza "F" actuando sobre ella; de forma tal que multiplicando la masa por la aceleración se tiene la suma de todas las fuerzas que actúan sobre la masa.

En física y las ciencias de la naturaleza generalmente poseen una forma matemática, y entre más simple mejor. Aunque no siempre es el caso. Sin embargo, las leyes más universales son aquellas que se describen mediante una fórmula matemática simple.

Al ser relaciones estadísticas entre variables, la definición con la palabra ley es meramente un recurso retórico. Las leyes son regularidades, pero la causa de esas regularidades es desconocida. En base a la filosofía de Santo Tomás de Aquino las leyes se pueden denominar causas secundarias que describen las regularidades de la naturaleza. Sin embargo, a diferencia de la convicción del Doctor de la Iglesia Católica, a existencia de una causa primaria “a la cual él llama Dios” es un tema que escapa del dominio de las ciencias de la naturaleza. Las leyes que estudian la naturaleza pueden dividirse en tres campos de los cuales se desprende todos los demás: La física, la química y la biología. No se las ha conocido así siempre, en la edad media la física englobaba a todas las demás y recibía el nombre de filosofía natural. La química era denominada alquimia, y la biología se llamaba historia natural.

De las tres, la primera en introducir las matemáticas fue la filosofía natural. El libro que escribió el padre de la física Isaac Newton "1643-1727" se denominaba “Principios Matemáticos de Filosofía Natural. Newton no fue el primero en introducir leyes como expresión de relaciones entre variables reduccionistas en forma de una fórmula matemática, el primero fue Galileo Galilei "1564-1642", pero Newton si fue el primero en emplearlas de forma tan extensiva. De hecho, lo hizo a tal nivel que en su estudio de la naturaleza se inventó toda una rama de la matemática llamada el cálculo diferencial. Esto se dio en el intermedio del siglo XVII al XVIII. Para el siglo XIX todas las demás ciencias empezaron a buscar sus propias leyes simples con mayor o menor éxito.

( 7.2 ) La ley de Boyle

Resulta difícil realizar más afirmaciones a cerca de las leyes ya que su definición sigue siendo un tópico abierto al interior de la epistemología de las ciencias. Las leyes son similares a los axiomas matemáticos, pues sus causas últimas no pueden ser explicadas, pero ellas mismas sirven para construir los modelos teóricos más generales.

Descubrir una ley universal con una fórmula matemática simple es un gran honor en el mundo de las ciencias, tanto así que al descubridor le es permitido ponerle su apellido, ejemplos son:

👉 Las leyes de los gases: Ley de Boyle, Ley de Gay-Lussac, Ley de Carles.

👉 Las leyes de la genética de Mendel.

👉 Las leyes de Newton.

Finalmente, muchas leyes famosas pueden ser interpretadas de forma semántica, es decir, transformar una fórmula matemática en una frase que intenta explicarla. Aunque resulta útil, muchas veces la frase con texto no es capaz de representar con total eficacia a lo que está contenido en la fórmula matemática. Por ejemplo, la primera ley de la termodinámica.

( 7.3 ) Primera ley de la termodinámica.

Que generalmente se describe como: La energía no se crea o se destruye, solo se transforma.

8. La humanidad de la ciencia

La ciencia no es un fenómeno individual, por más que la ficción tienda a popularizar el arquetipo del científico loco que revoluciona un campo de la ciencia desde su sótano. El asunto es un poco más complicado que eso, la ciencia es una labor humana, y como tal es realizada por toda una comunidad, y por esa razón, debe comunicarse y ponerse de acuerdo.

Figura 8.1. Los científicos no son super-genios aislados. El genio maligno o el buen científico despistado, ambos tienen en común que por lo general en la ficción los científicos son retratados como individuos aislados que revolucionan la ciencia desde el garaje de sus casas, siendo expertos en teoría e ingeniería de múltiples campos.

El proceso de comunicación científica no ha sido siempre el mismo, y, de hecho, originalmente se basaba más en la confianza y el buen nombre del investigador que exponía sus conclusiones a la comunidad científica.

Figura 8.2. La verdadera ciencia se construye en comunidad, de no tan genios. La Sociedad Real de Londres fue una de las primeras comunidades científicas. Fue fundada en 1660 como un club exclusivo de caballeros ricos que podían dedicarse a la contemplación de la filosofía natural.

El problema es que ese método de comunicación conllevaba a modos de razonar no propios de la ciencia, como, por ejemplo, abandonar las garantías que emanan de los datos en sí, para abrazar garantías que emergen solo de la autoridad de un individuo "completamente falaz esta última". Tal práctica conllevó en su tiempo a problemas, a individuos que en afán de gloria publicaban conclusiones con datos pobres, que no dejaban al acceso de nadie las muestras originales, pues eran como si fueran de su propiedad.

Un caso emblemático de eso, es el caso del hombre de Piltdawn, donde básicamente, los restos originales del fósil no eran permitidos de ver en sus originales, y cuando así lo hacían no se los permitía tocar. Básicamente todo el asunto se sostenía por la autoridad de los descubridores, hasta que al fin se permitió acceso a ellos para ejecutar pruebas de laboratorio.

Figura 8.3. Pero hay comunidades de genios en algunas generaciones. Los directores de diversos grupos de investigación de la época de Einstein, ellos son los representantes de su comunidad científica, los trabajos de Einstein no tienen sentido sin ellos y viceversa.

8.1. La comunicación científica y el fraude científico

¿Cómo evitar el fraude?, casos como el de Piltdawn demostraron que la ciencia no se podía manejar como a un club de caballeros donde todos debían confiar en las palabras de todos a priori, la ciencia se volvió intrínsecamente desconfiada, escéptica de ella misma. El método para efectuar para efectuar esa premisa fue la revisión por pares académicos de igual rango y la indexación de los informes de investigación, así nació el artículo científico especializado como lo conocemos actualmente.

Figura 8.4. El fraude y la revisión por pares. El deseo por tener un gran fósil pre-humano nacional parece ser uno de los motivos que impulsaron el fraude del hombre de Piltdawn, pués los ingleses estaban envidiosos del descubrimiento alemán del hombre de Neanderthal (Izquierda). El hombre de Piltdawn fue una quimera falsa, las dos partes de la quimera eran la mandíbula de un orangután y el cráneo de un ser humano, cabe destacar que existen otras quimeras en las que se emplean fósiles reales, pero de diferentes animales (centro). El fraude fue descubierto cuando se autorizó su sometimiento a su revisión por métodos de datación químicos (derecha).

El artículo científico "paper" es el informe de la recolección y análisis de datos de un experimento u medición en el campo, sin embargo, antes de recibir la aprobación de datos confiable, el artículo debe pasar bajo el escrutinio de los pares. La revisión por pares es un método usado para validar trabajos escritos y solicitudes de financiación con el fin de medir su calidad, factibilidad, rigor científico, etc.

Figura 8.5. Revistas científicas famosas actualmente. Las dos revistas científicas más prestigiosas, pero no son inmunes a errores o debates. Por más que sean las más prestigiosas no contienen verdades absolutas. Recuerde que el objetivo es intentar representar fenómenos, no es encontrar verdades absolutas.

Figura 8.6. Tecnociencia y justificación. La ciencia no se justifica con argumentos filosóficos, el conocimiento científico se justifica en cuanto a su impacto en la tecnología, la elegancia filosófica es secundaria, púes la ciencia al contrario de la filosofía no busca verdades inmutables, sino más bien modelos plausibles que permiten entender el mudo y por consiguiente manipularlo. Los celulares inteligentes modernos no podrían existir sin la teoría mecánico-cuántica.

Este método deja abierto el trabajo al escrutinio, y frecuentemente a la anotación o edición, por un número de autores iguales en rango académico al autor. Normalmente sólo se considera válida una publicación científica cuando ha pasado por un proceso de revisión por pares como el de admisión para publicación en una revista arbitrada. Por consecuencia, solo se consideran validas científicamente aquellas revistas o publicaciones que, someten a revisión, los artículos que ellas publican, en ese orden de ideas revistas como National Geographic no se consideran válidas pues no hacen revisión por pares, son revistas de difusión científica.

8.2. El científico también es un ser humano

Confiamos tanto de nuestras vidas en la ciencia que deseamos que las personas que la construyen tengan un nivel de moralidad superior, genios excéntricos, más allá de los demás. Si bien, muchos ejemplos de esto existen, y uno de los que más me viene a la mente es Linnus Pauling, quien estuvo preocupado por el uso de la teoría cuántica y la física nuclear en la creación de armas, siendo un ferviente activista por la paz; la cuestión es que esto no es tan necesario.

Los científicos también son seres humanos, comen, ríen, sueñan, odian, aman, se casan, se separan, son heterosexuales, otros homosexuales otros asexuales, algunos interactúan con la sociedad, otros están un poco desconectados, incluso algunos poseen enfermedades cerebrales como el síndrome de Asperger, en fin, su única diferencia es elegir como profesión el dedicarse a la contemplación de la naturaleza.

Figura 8.7. Los científicos son gente desconfiada. Publicar debe ser difícil, uno de los síntomas de malos procesos de investigación es la facilidad en la publicación. Si se aplica correctamente la revisión por pares, la ciencia se auto-corrige lentamente y los postulados más fuertes son aquellos que surgen en el consenso de la comunidad científica y su aplicación a tecnologías poderosas.

La labor científica puede ser muy estresante, y la presión por publicar puede hacer que algunos individuos se vean tentados a copiar o crear resultados de experimentos que nunca realizaron. Es por esa humanidad que la revisión por pares es tan importante. Así pues, la diferencia entre las comunidades científicas y otras comunidades como las de los religiosos, es que lo que ha producido la ciencia se ha materializado en tecnología “y viceversa”, impulsando la generación de riqueza y poder económico. Si duda de los productos de la ciencia, meta su mano y saque su celular, al mirarlo estará observando un producto de la teoría de la mecánica cuántica.

8.3. Como justifico el método científico

No se trata de la verdad, se trata del poder.

La religión por lo general ve al mundo bajo un esquema moralizante, mientras que la ciencia ve al mundo como una herramienta; y aunque bajo nuestra crianza ver las cosas como herramientas es visto como malo, los virus son un ejemplo claro. Ver al virus como algo de lo cual debemos extraer un comportamiento moral y detenerse allí impediría verlo como una herramienta para curar a otras enfermedades como el cáncer. Las explicaciones científicas de los fenómenos naturales mediante mecanismos naturales son objetivas y confiables no se deben tanto a que estén basadas en hipótesis que han sido propuestas de modo tal que son medibles y poseen el potencial de ser rechazadas mediante otras observaciones o experimentos. El verdadero justificador de todo el discurso científico natural es que en la práctica funciona, otorga poder más allá de la fe.

Figura 8.8. Los científicos ven la naturaleza como un instrumento de poder. La religión por lo general ve al mundo bajo un esquema moralizante, mientras que la ciencia ve al mundo como una herramienta; y aunque bajo nuestra crianza ver las cosas como herramientas es visto como malo, en el ejemplo anterior se ve como no lo es, y de hecho es lo opuesto. Ver al virus del VIH causante del SIDA como algo de lo cual debemos extraer un comportamiento moral y detenerse allí impediría verlo como una herramienta para curar a otras enfermedades, como el cáncer.

Los científicos deben exponer claramente los métodos empleados en sus investigaciones, de modo tal que otros colegas puedan repetir sus resultados y en consecuencia crear métodos repetibles por todos, que otorguen a la comunidad dominio sobre algún fenómeno determinado. Aunque no todos los experimentos son replicados, los que son sorprendentes o controversiales son sujetos de verificación independiente y por lo general más de un grupo de investigación se encuentra trabajando en el mismo problema. Los científicos de todo el mundo comparten este proceso mediante la publicación en revistas científicas indexadas de alto impacto, por ejemplo: Science, Nature, Journal of biology, Journal of microbiology; entre muchas otras.

8.4. La ciencia, la no ciencia y la pseudociencia

Si uno distingue los métodos de la ciencia, se puede identificar la ciencia verdadera de la que no lo es. Por ejemplo, otras áreas académicas y de estudio sistemático son el arte, la música o la literatura, sin embargo, estas no utilizan el método científico para establecer los hechos. La religión no es una ciencia, aunque históricamente varias religiones han intentado explicar los fenómenos naturales mediante causas supernaturales, estos eventos naturales podían ser inusuales patrones climáticos, malas cosechas o epidemias. La mayoría de estos fenómenos eran en su época, misteriosos, ahora pueden ser explicados mediante causas naturales en términos de principios científicos.

El poder de la ciencia se deriva de una objetividad sin compromisos externos y una dependencia absoluta de la evidencia para dominar la naturaleza como una herramienta, la cual se desprende de datos reproducibles y cuantificados. Las explicaciones religiosas, espirituales o metafísicas de los fenómenos naturales y físicos pueden ser coherentes y satisfactorios para una persona que comparte ese punto de vista, pero no son reproducibles, no son cuantificables, no pueden ser dominados como herramientas y por lo tanto no son científicos. Usar una explicación sobre natural para explicar un fenómeno natural va en contra de la definición de la ciencia, en otras palabras, la ciencia es un juego que consiste en encontrar explicaciones naturales para fenómenos naturales. No existe nada malo en esto, a menos que se intente cruzar la delimitación, cuando una explicación pretende el epitome de ciencia sin seguir el método científico lo clasificaremos como una pseudociencia.

La ciencia describe cómo es que el mundo es, no como debería ser, por lo que no puede ser usada para obtener implicaciones en campos como la ética o la moral. La ciencia es meramente una herramienta y un potencial de acción. Por ejemplo, los avances más recientes en genética y biología del desarrollo nos permitirían en potencia seleccionar desde el sexo hasta otras características fenotípicas de nuestros cuerpos, también está el uso de las células madre embrionarias para el tratamiento de distintas enfermedades degenerativas y de muerte masiva de tejidos. La ciencia solo nos dice lo que se puede hacer y no lo que se debe hacer. El vasto conocimiento científico acumulado durante las diferentes centurias y distintas civilizaciones nos permite entender, manipular aspectos del mundo natural de formas que ninguna otra especie sobre este planeta puede hacer. Esta habilidad nos presenta como especie y como sociedades retos, oportunidades y sobre todo responsabilidades.

9. Las principales ciencias de la naturaleza

9.1. La física

Es la ciencia natural que estudia la materia y su movimiento y comportamiento a través del espacio y el tiempo y que estudia las entidades relacionadas de energía y fuerza. La física es una de las disciplinas científicas más fundamentales, y su principal objetivo es comprender cómo se comporta el universo (Serway & Jewett, 2010, 2014; Tipler & Llewellyn, 2012; Tipler & Mosca, 2008).

La física es una de las disciplinas académicas más antiguas y, a través de su inclusión de la astronomía, quizás la más antigua. Durante los últimos dos milenios, la física, la química, la biología y ciertas ramas de las matemáticas formaron parte de la filosofía natural, pero durante la revolución científica en el siglo XVII, estas ciencias naturales surgieron como proyectos de investigación únicos por derecho propio. La física se cruza con muchas áreas interdisciplinarias de investigación, como la biofísica y la química cuántica, y los límites de la física no están definidos de manera rígida. Las nuevas ideas en física a menudo explican los mecanismos fundamentales estudiados por otras ciencias y sugieren nuevas rutas de investigación en disciplinas académicas como las matemáticas y la filosofía (Serway & Jewett, 2010, 2014; Tipler & Llewellyn, 2012; Tipler & Mosca, 2008).

Los avances en física a menudo permiten avances en nuevas tecnologías. Por ejemplo, los avances en la comprensión del electromagnetismo y la física nuclear condujeron directamente al desarrollo de nuevos productos que han transformado dramáticamente a la sociedad moderna, como la televisión, las computadoras, los electrodomésticos y las armas nucleares; los avances en termodinámica llevaron a el desarrollo de la industrialización; y los avances en mecánica inspiraron el desarrollo del cálculo y la ingeniería moderna (Serway & Jewett, 2010, 2014; Tipler & Llewellyn, 2012; Tipler & Mosca, 2008).

9.2. La química

La química es la disciplina científica involucrada con el cambio de una sustancia en otra a través de la reorganización de sus unidades constituyentes, es decir, elementos y moléculas, así como el análisis de la composición, estructura, propiedades, comportamiento y los cambios que experimentan durante una reacción con otros compuestos. La química aborda temas como la interacción de átomos y moléculas a través de enlaces químicos para formar nuevos compuestos químicos (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; McMurry, Castellion, & Ballantine, 2007; Raymond, 2014; Timberlake, 2015).

En el ámbito de su tema, la química ocupa una posición intermedia entre la física y la biología. A veces se la denomina ciencia central porque proporciona una base para comprender las disciplinas científicas básicas y aplicadas a un nivel fundamental. Los ejemplos incluyen la química de plantas (botánica), la formación de rocas ígneas (geología), cómo se forma el ozono atmosférico y cómo se degradan los contaminantes ambientales (ecología), las propiedades del suelo en la luna (astrofísica), cómo funcionan los medicamentos (farmacología) y cómo recolectar evidencia de ADN en la escena del crimen (análisis forense) (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; McMurry et al., 2007; Raymond, 2014; Timberlake, 2015).

La historia de la química abarca un período desde los tiempos más antiguos hasta el presente. Desde varios milenios antes de Cristo, las civilizaciones usaban tecnologías que eventualmente formarían la base de las diversas ramas de la química. Los ejemplos incluyen extraer metales de los minerales, hacer cerámica y esmaltes, fermentar cerveza y vino, extraer productos químicos de plantas para medicinas y perfumes, convertir la grasa en jabón, hacer vidrio y fabricar aleaciones como el bronce (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; McMurry et al., 2007; Raymond, 2014; Timberlake, 2015)

9.3. La biología

La biología es la ciencia natural que estudia la vida y los organismos vivos, incluida su estructura física, procesos químicos, interacciones moleculares, mecanismos fisiológicos, desarrollo y evolución. A pesar de la complejidad de la ciencia, existen ciertos conceptos unificadores que la consolidan en un campo único y coherente. La biología reconoce a la célula como la unidad básica de la vida, los genes como la unidad básica de la herencia y la evolución como el motor que impulsa la aparición y la extinción de las especies. Los organismos vivos son sistemas abiertos que sobreviven transformando energía para mantener una condición estable y vital definida como homeostasis. Las subdisciplinas de la biología se definen por los métodos de investigación empleados y el tipo de sistema estudiado: la biología teórica utiliza métodos matemáticos para formular modelos cuantitativos mientras que la biología experimental realiza experimentos empíricos para probar la validez de las teorías propuestas y comprender los mecanismos subyacentes de la vida y cómo apareció y evolucionó de la materia no viviente hace unos 4 mil millones de años a través de un aumento gradual en la complejidad del sistema (Mayr, 1997).

10. Referencias

Baber, Z. (2016). The Plants of Empire: Botanic Gardens, Colonial Power and Botanical Knowledge. Journal of Contemporary Asia, 46(4), 659–679.

Bahadur, B., & Krishnamurthy, K. V. (2015). Plant Biology: Past, Present and Future. En Plant Biology and Biotechnology (pp. 1–33). Springer.

Bancaud, A., Huet, S., Daigle, N., Mozziconacci, J., Beaudouin, J., & Ellenberg, J. (2009). Molecular crowding affects diffusion and binding of nuclear proteins in heterochromatin and reveals the fractal organization of chromatin. The EMBO journal, 28(24), 3785–3798.

Baratay, E., & Hardouin-Fugier, E. (2003). Zoo: A history of zoological gardens in the West. Reaktion books.

Belk, C., & Maier, V. B. (2013). Biology Science for Life with physiology. (Pearson, Ed.) (4a ed.).

Bermúdez, G. (2015). Los orígenes de la Biología como ciencia. El impacto de las teorías de evolución y las problemáticas asociadas a su enseñanza y aprendizaje.

Brigandt, I. (2015). Evolutionary developmental biology and the limits of philosophical accounts of mechanistic explanation. En Explanation in Biology (pp. 135–173). Springer.

Browne, J. (1992). A science of empire: British biogeography before Darwin. Revue d’histoire des sciences, 453–475.

Cahoone, L. (2013). Physicalism, the Natural Sciences, and Naturalism. Philo, 16(2), 130–144.

Cravens, H. (1987). Sewall Wright and Evolutionary Biology. By William B. Provine.(Chicago: University of Chicago Press, 1986. xvi+ 545 pp. $30.00.). The Journal of American History, 74(2), 544–545.

Domingo, E., & Perales, C. (2014). Virus evolution. eLS.

Du, W., & Elemento, O. (2015). Cancer systems biology: embracing complexity to develop better anticancer therapeutic strategies. Oncogene, 34(25), 3215–3225.

Edwards, D. A., & Wilcox, S. (2011). Unity, Disunity and Pluralism in Science. arXiv preprint arXiv:1110.6545.

Elórtegui Francioli, S. (2015). Historia natural: La discusión. Una revisión del concepto, el conflicto y sus ecos a la educación de las Ciencias Biológicas. Estudios pedagógicos (Valdivia), 41(ESPECIAL), 267–281.

Finnegan, D. A. (2008). “An aid to mental health”: natural history, alienists and therapeutics in Victorian Scotland. Studies in History and Philosophy of Science Part C: Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences, 39(3), 326–337.

Forbes, S. (2008). How botanic gardens changed the world. En Proceedings of the History and Future of Social Innovation Conference. Hawke Research Institute for Sustainable Societies, University of South Australia (pp. 1–6).

Garvey, J. E., & Whiles, M. (2016). Trophic Ecology. CRC Press.

Glick, T. F., Livesey, S., & Wallis, F. (2014). Medieval science, technology, and medicine: an encyclopedia. Routledge.

Hanich, L., Holtzman, S., Druyan, A., Soter, S., Braga, B., Tyson, N. G., … Sagan, C. (2014). Cosmos: A Spacetime Odyssey: When Knowledge Conquered Fear. Usa: Twentieth Century Fox Home Entertainment Ltd.

Harrison, P. (2016). What was historical about natural history? Contingency and explanation in the science of living things. Studies in History and Philosophy of Science Part C: Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences, 58, 8–16.

Hoage, R. J., & Deiss, W. A. (1996). New worlds, new animals: from menagerie to zoological park in the nineteenth century. JHU Press.

Hoefnagels, M. (2015). Biology: concepts and investigations (3a ed.). McGraw-Hill New York.

Koerner, E. F. K., & Asher, R. E. (2014). Concise history of the language sciences: from the Sumerians to the cognitivists. Elsevier.

Kutschera, U., & Niklas, K. J. (2004). The modern theory of biological evolution: an expanded synthesis. Naturwissenschaften, 91(6), 255–276.

Mackean, D. G., & Hayward, D. (2014). Biology (3a ed.). IGCSE Cambridge.

Mader, S. S. (2010). Biology (10a ed.). McGraw-Hill Education.

Mader, S. S., & Windelspecht, M. (2015). Biology (12a ed.). McGraw-Hill Education.

Mader, S. S., & Windelspecht, M. (2018). Essentials of biology (5a ed.). McGraw-Hill Education.

Margulis, L., & Sagan, D. (2000). What is life? Univ of California Press.

Mason, K. A., Losos, J. B., Singer, S. R., & Raven, P. H. (2014). Biology (7a ed.). McGraw-Hill New York.

Merson, J. (2000). Bio-prospecting or bio-piracy: intellectual property rights and biodiversity in a colonial and postcolonial context. Osiris, 15, 282–296.

Milton, K. (2003). Environmentalism: The view from anthropology. Routledge.

Neves-Graça, K. (2006). Politics of environmentalism and ecological knowledge at the intersection of local and global processes. Journal of Ecological Anthropology, 10(1), 19.

Oparin, A. I. (2003). Origin of life. Dover Publications.

Reece, J. B., Urry, L. A., Wasserman, S. A., Cain, M. L., Minorsky, P. V, & Jackson, R. B. (2014). Campbell Biology (10a ed.). Pearson Higher Ed.

Richards, R. J., & Ruse, M. (2016). Debating Darwin. University of Chicago Press.

RILEY, E. D., & ANGELA, G. M. (1992). The evolution of the US environmental movement from 1970 to 1990: An overview. American environmentalism: The US environmental movement, 1970-1990, 1.

Sadava, D., Berenbaum, M., & Hillis, D. (2014). Life the Science of Biology (10a ed.). Sinauer & MacMillian.

Schrodinger, E. (1946). What is life?: the physical aspect of the living cell.

Simon, E., Reece, J., & Dickey, J. (2013). Essential biology with physiology (4a ed.). Pearson.

Solomon, E., Martin, C., Martin, D. W., & Berg, L. R. (2014). Biology (10a ed.). Cengage Learning.

Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2013). Biology: Today and Tomorrow With Physiology (4a ed.). Brooks/Cole.

Strulson, C. A., Boyer, J. A., Whitman, E. E., & Bevilacqua, P. C. (2014). Molecular crowders and cosolutes promote folding cooperativity of RNA under physiological ionic conditions. RNA, 20(3), 331–347.

Trapezov, O. V. (2016). Mendel: Corroboration of the idea of binary trait coding by methods of statistical physics. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 6(1), 15–25.

Turner, J. H., & Abrutyn, S. (2016). Returning the “Social” to Evolutionary Sociology: Reconsidering Spencer, Durkheim, and Marx’s Models of “Natural” Selection. Sociological Perspectives, 731121416641936.

Valentinuzzi, M. E., & Kohen, A. J. (2013). The mathematization of biology and medicine: Who, when, how?[Retrospectroscope]. IEEE pulse, 4(1), 50–56.

van Hemmen, J. L. (2007). Biology and mathematics: A fruitful merger of two cultures. Biological cybernetics, 97(1), 1–3.

Weber, B. H. (2010). What is life? Defining life in the context of emergent complexity. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 40(2), 221–229.

Wendt, H. (2016). Introduction: Competing scientific cultures and the globalization of knowledge in the Iberian colonial world. En The globalization of knowledge in the Iberian colonial world (pp. 7–27). Edition Open Access.

Yates, F. E. (2012). Self-organizing systems: The emergence of order. Springer Science & Business Media.

miércoles, 15 de febrero de 2023