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Teorías Científicas y Realidades de Laboratorio

TEORÍA CIENTÍFICA Y REALIDADES DE LABORATORIO.

 Por: Stephen G. Brush
 

 
El concepto que generalmente se nos enseña a todos es que la ciencia moderna se basa en el método inductivo, según el cual los principios generales se derivan de hechos objetivos cuidadosamente observados. Un historiador de la ciencia arguye que no es así y sostiene que la teoría o percepción general aparece en primer lugar, y luego se busca los hechos que estén de acuerdo con la teoría inspirada. En el apoyo de sus tesis, el Dr. Brush menciona la teoría y la práctica de Albert Einstein y otros grandes hombres de ciencia.
 
Stephen Brush, físico teórico, enseña historia de la ciencia en la Universidad de Maryland. Su artículo se basa en una investigación auspiciada por la Fundación Nacional de Ciencias y está condensado del que apareció en The Bulletin of the Atomic Scientists.
 
 
Con el fin de descubrir lo que en los últimos años se ha enseñado a la gente acerca de la naturaleza de la ciencia, he examinado dos textos muy en uso: High School Biology (Biología para enseñanza Media) y Chemistry, An Experimental Science (La Química, Ciencia Experimental). Ambos textos fueron escritos por equipos de profesores en ciencias, respaldados por substanciales subsidios del gobierno y avalados por comités de eminentes científicos.
 
En el comienzo del texto de biología a parece la afirmación siguiente: "Dentro de su campo especial de trabajo, cada hombre de ciencia basa sus creencias en sus cuidadosas observaciones personales, comprobadas y confirmadas mediante observaciones ajenas". Con el fin de ilustrar cómo se hacen descubrimientos en biología, los autores exponen los orígenes de la teoría genética de Gregor Mendel, propuesta en 1865:
 
Ante todo, en lugar de sólo estudiar el número relativamente reducido de descendientes que se obtienen de una sola cruza, Mendel utilizó muchas cruzas idénticas (de plantas). En seguida agrupó los resultados de estas cruzas...
 
En segundo lugar, trabajando con gran número de descendientes, pudo aplicar las matemáticas a los resultados... Estuvo en posibilidad de analizar sus datos y de descubrir razones definidas de características entre la descendencia. Luego, valiéndose del álgebra, pudo demostrar un patrón de herencia que podía explicar dichas razones. En otras palabras, desarrollo una teoría que explicara los datos.
 
De igual modo, en sus comienzos el texto de química afirma, en tipo negro, que "toda ciencia se construye sobre los resultados de experimentos". Como ejemplo de este principio, "la teoría atómica explica la observación de los distintos compuestos de dos elementos dados, tienen composiciones relativas, en peso, que son simples múltiplos de unas de las otras". El motivo de ello, según los autores, es que la teoría se inventó sólo para este fin:
 
La teoría atómica se dedujo en principio de las leyes de la composición química. En la primera década del siglo XIX, un científico inglés llamado John Dalton se preguntó por qué los compuestos químicos presentan estas sencillas relaciones de peso. Propuso que quizá cada compuesto esté integrado por moléculas que sólo pueden formarse mediante una combinación única de esas partículas. Súbitamente muchos hechos de la química se hicieron comprensibles en términos de esta proposición.
 
En sus exposiciones de cómo se logran los descubrimientos científicos, estos dos textos, al igual que muchos otros libros de introducción a la ciencia, se basan en la teoría de la ciencia "baconiana", conocida a veces como método "inductivo" o "experimental". Ha llegado el momento de investigar si la teoría baconiana es exacta, y si su aceptación guarda alguna relación con las actuales actitudes del público respecto a la ciencia.
 
Teoría Baconiana
 
Francis Bacon, político británico del siglo XVII elevado al titulo de Lord Canciller, fue depuesto debido a un escándalo en torno a un cohecho. Pasó el resto de su vida escribiendo acerca de la filosofía y los métodos de la ciencia, aunque personalmente no hizo descubrimiento científico alguno. Según Bacon, la forma de llevar la investigación consiste en reunir un gran número de observaciones y experimentos acerca de una materia, y ordenarlos sistemáticamente. De este modo se puede proponer una hipótesis para explicar datos, pero hay que comprobarla mediante más experimentación. Por supuesto, cualquier hipótesis o teoría que sea refutada por la experimentación debe descartarse de inmediato.
 
Hablando en términos generales, según el punto de vista de Bacon, todo conocimiento fidedigno nace del experimento y la observación. Las teorías sólo pueden desarrollarse después que se ha establecido un número suficiente de hechos; la finalidad de las teorías es correlacionar estos hechos y sugerir experimentos para la obtención de otros más.
 
Bacon argüía que para hacer descubrimientos científicos no hay necesidad de ser genio; cualquier persona de mediana inteligencia puede hacer una aportación que valga la pena si sigue el método baconiano y trabaja con suficiente empeño. Esta idea es decididamente atractiva para nuestros sentimientos democráticos; también es causa de muchas de nuestras dificultades actuales con la ciencia, pues nutre el concepto de que la investigación puede llevarse a cabo en plan de "emergencia"; que cabe hacer frente a una crisis nacional preparando más estudiantes en la aplicación del método científico y asignándolos a que hagan nuevos descubrimientos. Es creencia común que la investigación puede resolver cualquier problema, si estamos dispuestos a proporcionar dinero suficiente para personal y equipo.
 
Los propios científicos han alentado esta fantasía y han servido de ella como justificación para obtener la mayor cantidad de dinero posible de los gobiernos. Pero, una vez pasada la crisis, esta táctica es contraproducente; los que formulan políticas gubernamentales actúan como si la ciencia fuese una máquina a la que se puede desconectar cuando ya no se necesita. Nuestras universidades, que procuran suministrar una sede para la investigación básica en todos los campos del saber, son criticadas ahora por estudiantes y padres, que opinan que los profesores dedican demasiado tiempo a la investigación y un tiempo insuficiente a la enseñanza.
 
Conciencia Objetiva
 
El punto de vista baconiano de la ciencia es simplemente una técnica mecanizada para reunir y analizar hechos objetivos, también despierta críticas a la ciencia, establecidas sobre bases morales. Esta es una lamentación ya vieja que hace poco ha sido resucitada por Theodore Roszak en su obra The Making of a Counter Culture (La Creación de una Contracultura). Según Roszak, "la conciencia objetiva", que nace del enfoque científico del mundo, es responsable de un gran distanciamiento del hombre respecto a la naturaleza. Nos lleva, como observadores objetivos, a apartarnos de la participación emocional en los fenómenos que observamos. Así, según el modo de ver de Roszak, se destruyen tanto nuestro sentido de una coexistencia armónica con el resto del mundo como nuestro sentimiento de responsabilidad moral por los actos que afectan a otros seres. Al adoptar la conciencia objetiva, el hombre de ciencia puede tratar, pues, a las personas, a los animales y al medio circundante como objetos de experimento, puede infligir fríamente dolor o daño, con el fin de observar los resultados. Sin embargo, los resultados son, de por sí, únicamente abstracciones matemáticas que no nos dicen lo que la persona común quiere realmente saber, es decir, ¿qué significa todo ello?
 
Los defensores de la ciencia están en desventaja debido a que, en mayoría, también han adoptado la teoría baconiana de la ciencia. Pero estudios recientes en el campo de la historia de las ciencia han sugerido que algunos de los descubrimientos más importantes se lograron violando o desconociendo las reglas de procedimiento establecidas por Bacon. Los hallazgos históricos pueden ser incluso un poco chocantes para aquéllos a quienes se les enseño a creer que los datos experimentales son objetos sagrados.
 
En la descripción que el libro de texto nos da del descubrimiento antes mencionado de John Dalton, se afirma que éste, ante todo, descubrió, mediante experimentación, que los elementos de distintos compuestos químicos guardan, entre sus pesos, razones numéricas sencillas, tales como dos a uno. Posteriormente, y de acuerdo con esta explicación baconiana, desarrolló su teoría atómica para explicar este hecho. Pero hace pocos años se descubrió que las reacciones químicas estudiadas por Dalton no arrojan realmente ninguna razón numérica sencilla, y los historiadores han llegado a la conclusión de que primero debió desarrollar su teoría y que luego "corrigió" sus datos para que concordasen con ella.
 
De igual modo, en el caso del descubrimiento de Mendel, el análisis estadístico moderno hace que sea muy difícil creer que primeramente hubiera podido reunir los datos y que después desarrollase la teoría genética. También en este caso hay implicadas razones numéricas sencillas, tales como tres a uno, pero los datos consignados son "demasiado hermosos para que sean ciertos": faltan las inevitables fluctuaciones estadísticas que se presentan en los experimentos de esta índole. Por lo visto, Mendel llegó a las razones mencionadas partiendo de su teoría, y, luego, él (o algún ayudante, puesto que titubeamos en imputar el hecho al propio Mendel) escogió de algún modo los datos que concordaban con las predicciones teóricas.
 
Teoría Einsteniana
 
Estos dos ejemplos, sumados a muchos otros puestos al descubierto por historiadores de la ciencia en los Últimos años y también a declaraciones hechas por los propios hombres de ciencia, indican que el logro de descubrimientos hay generalmente implicado algo distinto al método baconiano. Al modo alternativo de ver las ciencias podría muy bien llamársele "teoría eisteniana" puesto que Albert Einstein, fundador de la teoría de la relatividad, lo enunció de modo por demás explícito, aunque sólo en unos contados y breves comentarios.
 
En una conferencia pronunciada en 1933, Einstein afirmó que la estructura básica de todo sistema científico tiene que llegarnos de la razón y no de la experiencia; sus principios fundamentales son "libres dimensiones del intelecto humano". Dijo además:
 
Estoy convencido de que, mediante construcciones puramente matemáticas podemos descubrir los conceptos, y las conexiones legítimas entre ellos, que nos dan la clave para la comprensión de los fenómenos naturales. La experiencia puede sugerirnos los conceptos matemáticos adecuados, pero, innegablemente, no se les puede deducir partiendo de la experiencia. Esta sigue siendo, naturalmente, el único criterio para la utilidad física de las construcciones matemáticas. Pero el principio creativo reside en las matemáticas. Por lo tanto, sostengo como verdadero que en cierto sentido el pensamiento puro puede captar la realidad, tal como lo soñaron los antiguos.
 
De la posición de Einstein se infiere que los experimentos no pueden desempeñar un papel dominante en la formulación de una teoría. Por el contrario, los resultados experimentales que se considera fueron establecidos antes de que se desarrollara una teoría, pueden tener que ser desdeñados o rechazados por considerarse que dependen demasiado marcadamente de la "interpretación" basada en la teoría anterior. En cuanto el hombre de ciencia se convence d que su teoría le aporta una estructura intelectualmente satisfactoria compatible con otras teorías establecidas y con cualesquiera criterios estéticos que desee aplicar, no habrá de abandonarla simplemente porque los resultados más recientes obtenidos en el laboratorio contradigan, aparentemente, una de sus predicciones. Intentará, naturalmente, reunir el mayor número posible de hechos para convencer a otros científicos con el fin de que apoyen la teoría, y para alentar los experimentos que, al parecer, habrán de dar resultados favorables. Pero hombres de ciencia como Einstein no han titubeado en sugerir que los resultados desfavorables están simplemente equivocados, ni tampoco en rechazar teorías contrapuestas que exigen una mejor concordancia con los experimentos; en algunos casos estos hombres de ciencia han vivido tiempo suficiente para verse vindicados.
 
Belleza de una ecuación
 
Paul Dirac, el físico inglés que logró la primera síntesis exitosa de la Teoría de la Relatividad con la Teoría Cuántica de la estructura atómica, también argüía que los resultados experimentales no aportan las pruebas más importantes de una idea nueva. Escribió:
 
Parece que si se trabaja desde el punto de vista de conseguir belleza en las ecuaciones propias y, si se tiene una percepción realmente justa, se avanza por un cauce seguro. Si no hay concordancia total entre los resultados del trabajo propio y el experimento, no hemos de desalentarnos, puesto que la discrepancia puede muy bien deberse a rasgos menores a los que no se han tomado debidamente en cuenta y que se aclararán con el desarrollo ulterior de la teoría.
 
La teoría einsteniana de la ciencia explica el porqué científicos como Dalton y Mendel estaban más interesados en demostrar las sencillas razones numéricas que se derivan de sus teorías que en consignar fielmente los resultados reales de sus experimentos. Sabían que los "crudos datos" jamás llevan directamente a una sola teoría, ni tampoco la confirman con exactitud. Lo que cuenta, en la ciencia, no es la acumulación de datos, sino la brillante percepción que pone al descubierto la regularidad que permanece oculta bajo el caos de las apariencias superficiales.
 
Cabría argüir que, incluso en el caso de que una nueva teoría se acepte inicialmente a base de datos débiles, o aún falsos, no durará mucho a menos que otros experimentos la confirmen. Esto es cierto en su mayor parte, pero nuestra confianza en la función correctiva de experimentos independientes se modera al constatar que muchas teorías que hoy se consideran equivocadas sobrevivieron durante centenares o millares de años. Se necesitó mucho más que las pruebas experimentales en contrario para invalidar las ideas sostenidas durante larguísimo tiempo, de que la Tierra está fija en el centro del universo, o la teoría de que el espacio está ocupado por un "eter" estacionario.
 
El propio Einstein reconoció que, por más cuidadosamente que se les mida, los datos experimentales pueden no ser totalmente independientes de la teoría. Esta, o al menos el marco conceptual general en que se desarrolla, determina hasta cierto punto lo que observamos y el modo en que interpretamos nuestras observaciones. Un ejemplo elemental: incluso hoy, la mayoría de la gente "ve" que el Sol se levanta por la mañana. Se necesita un esfuerzo consciente para "ver" que el horizonte terrestre se desplaza debajo de un Sol fijo en el cielo. Pero una vez hecho este esfuerzo, por motivos intelectuales, ya no es obvio que el Sol se mueve a través del cielo.
 
El modo einsteniano de ver las ciencias arroja ciertas dudas sobre el supuesto de que la ciencia aporta un método confiable para la resolución de problemas y la acumulación de conocimientos. Si la ciencia avanza, tiene que ser debido al genio especial y a los esfuerzos de determinados hombres de ciencia, y no porque exista un método científico infalible que cualquiera pueda emplear. En todo caso no debemos esperar que obtendremos el doble de resultados si gastamos dos veces más dinero para contratar el doble de científicos a fin de que trabajen en un problema. Esta táctica quizá dé resultado cuando queremos sencillamente desarrollar las aplicaciones de descubrimientos ya logrados, pero no cabe esperar que produzca con éxito nuevas teorías fundamentales sobre el átomo o sobre el gene.
 
El hombre y la naturaleza
 
Puesto que el científico einsteniano trabaja desarrollando su sentido intuitivo de la naturaleza del universo, "la consciencia objetiva" de Roszak no constituye, al parecer, una definición muy adecuada de la actitud científica. Las teorías científicas modernas han destruido incluso la tradicional distinción entre el observador y la cosa observada. La posición de un electrón en un átomo no es, por ejemplo, un hecho sencillo que está "allí" esperando que el hombre de ciencia lo mida. Al contrario, cobra realidad sólo debido al hecho de que se le mide. Todavía no se comprende todas las implicaciones de este enunciado baste increíble, pero, cuando menos, podemos decir que sugiere un estrecho enlace entre el hombre de ciencia y los fenómenos por él estudiados, lo que innegablemente no es "distanciamiento del hombre respecto a la naturaleza". Este distanciamiento es realmente el que hay entre el hombre de ciencia y la persona que ha mal interpretado el punto de vista científico, debido en parte a que ese punto de vista ha estado mal representado por la propaganda baiconiana.
 
En cuanto a la queja de que la ciencia no acierta a decirnos el significado del universo, el científico puede responder, por ejemplo, que las teorías científicas propuestas por Copérnico y Darwin encierran un mensaje muy definido acerca del lugar del hombre en la naturaleza, del mismo modo que las teorías propuestas por Aristóteles y Freud contienen un mensaje definido a cerca del lugar de la mujer. Cabe rechazar el significado de una teoría y se puede esperar que sea sustituida por otra de significado más aceptable, pero no se puede decir ciertamente que las teorías científicas jamás tienen significado en términos humanos.
 
No es fácil para los maestros transmitir la esencia de la visión einsteniana de la ciencia a estudiantes que jamás han hecho investigaciones. Existe el peligro de llegar al extremo opuesto, dando la impresión de que el razonamiento científico es totalmente subjetivo, sin ninguna norma que lo restrinja. Este peligro puede evitarse mediante el examen más atento del modo en que los experimentos se emplean realmente para apoyar o desmentir teorías.
 
Por ejemplo, todo libro de texto y toda relación popular en materia de física afirma que Einstein formuló su teoría de la relatividad con el fin de explicar el resultado negativo del experimento de Michelson y Morley, que no logró descubrir desplazamiento alguno de la Tierra a través de un hipotético "eter" o "espacio absoluto". Si embargo, la mayor investigación histórica a la fecha indica que este experimento desempeño un papel de menor importancia en el origen de la teoría de Einstein. Sin embargo, ayudó innegablemente a persuadir a otros hombres de ciencia para que aceptasen posteriormente dicha teoría y, en este sentido, se le puede calificar de "prueba" de la teoría.
 
Aún necesitamos preparar a hombres de ciencia e ingenieros que puedan seguir un método experimental estándar para poner a prueba y desarrollar nuevas teorías. Pero en algún punto los estudiantes y los contribuyentes habrán de enterarse de que, tal como ha insistido en ello el físico ruso Andrei Sajarov, "el meollo mismo de la ciencia, que a menudo resulta ser lo más importante en términos de consecuencias prácticas, (es) la investigación teórica más abstracta que nace de la indeclinable curiosidad, la flexibilidad y el poder de la razón humanas".