Hipótesis, teorías, leyes, modelos 1

Hipótesis, teorías, leyes, modelos
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Por Prof. Bartolomé Yankovic, octubre, 2011
Para esto… dice más de alguien, tengo mi propia explicación. Otros, más
arriesgados, dicen haber elaborado sus propias teorías sobre algún fenómeno particular,
como los agujeros negros, la formación del universo, la teoría unificada, o el fin del
mundo…
Los científicos recomiendan guardar las teorías propias o comunicarlas si se tiene la
fundamentación matemática. Claro, porque las intuiciones no son ciencia… y la ciencia
secreta tampoco lo es. Un principio básico de la ciencia moderna es el intercambio de
información, universal, libre y cooperadora.
1 I. Newton
2 J. Dalton
3 C. Darwin
4 A. Einstein
Científicos que cambiaron la historia del mundo:
1. Isaac Newton (1642-1727); una obra científica monumental: las leyes el
movimiento, la fuerza de gravedad, el cálculo, la óptica;
2. John Dalton (1766-1844); postula (1808), el primer modelo atómico de base
científica;
3. Charles Darwin (1809-1882); su teoría de la evolución es un pilar de la biología
moderna;
4. Albert Einstein (1879-1955): su teoría de la relatividad cambió la concepción
del universo.
Los hallazgos científicos se comunican a través de publicaciones especializadas que
tienen rigurosas normas para aceptar un trabajo. Una de ellas, la reproducción: el
investigador debe describir lo que ha hecho, los experimentos, los datos obtenidos, etc.,
de tal forma que otro científico – en cualquier lugar del mundo -, pueda repetir o recorrer
el mismo camino y alcanzar los mismos resultados. Otra exigencia es considerar el cuerpo
de conocimientos disponible, independientemente de lo audaz que pueda ser la
investigación misma.
¿Nuestras propias explicaciones? Las hacemos cotidianamente. Si en el ascensor
de nuestro edificio percibimos olor a comida una tarde del viernes, podemos inferir que el
vecino del 6º piso ha encargado una pizza, etc. Estas explicaciones, sobre un hecho
particular, se llaman inferencias. Las hipótesis, en cambio, son de carácter general. Se
pueden formular hipótesis sobre el calentamiento global (asumiendo que ese es un
hecho), o sobre la desaparición de especies en la Tierra (un hecho objetivo), o sobre el
poblamiento humano en Marte (por ahora en el ámbito de la ciencia ficción).
Las hipótesis, como explicaciones provisorias, son aproximaciones a la verdad, que
se formulan para explicar determinados hechos o fenómenos y deben considerar el
conocimiento disponible; de traspasar estos límites se transforman en adivinanzas o
conjeturas.
¿Y las teorías, leyes, modelos? Todos hemos oído hablar de la teoría de la
relatividad, de la teoría atómica, de las leyes de Mendel, de los principios de la
termodinámica… de los modelos atómicos. La teoría de la relatividad también se conoce
como principio, etc. ¿Son sinónimos estos términos?
Las teorías son explicaciones, creaciones lógicas, resultado de cuidadosas
observaciones y trabajo experimental que permiten, aunque sea momentáneamente,
comprender el mundo natural. Una teoría científica no es de ninguna manera la última
verdad. Siempre está sujeta a revisión, y puede ser modificada o rechazada si nuevos
datos, nuevas evidencias, la contradicen. La teoría de la relatividad general de Einstein,
por ejemplo, reemplazó el concepto de gravedad de Newton incluyendo al tiempo como
una cuarta dimensión, tal como ocurre con las otras tres dimensiones del espacio,
longitud, ancho (profundidad), y altura… que se ilustran fácilmente observando una caja
cualquiera. Einstein combina las tres dimensiones con lo que llama espacio – tiempo.
Hasta hoy la teoría de Einstein ha sido confirmada por los experimentos realizados. Pero
sigue siendo una teoría...
Pero… en setiembre de 2011 se constata experimentalmente que los neutrinos
contradicen a Einstein, porque son partículas subatómicas más rápidas que la luz. Los
científicos de la Comisión Nacional francesa de Investigaciones Científicas (CERN) están
perplejos: los neutrinos pueden alcanzar una velocidad superior a la de la luz… un
resultado inesperado. A comienzos del siglo pasado, la teoría de la relatividad de Einstein
afirmaba que nada en la naturaleza puede viajar más rápido que la luz. Sin embargo,
¡calma! La dirección del CERN reaccionó pidiendo cautela. La institución, formada por 20
países, advirtió que "es poco probable que los datos" obliguen a modificar "la teoría de
Einstein".
¿Explicaciones? "Los neutrinos podrían propagarse en un espacio - tiempo curvo,
mientras la luz lo haría en otro ordinario; los neutrinos, al contrario que la luz, pueden
tomar un atajo a través del espacio y por eso parecen más rápidos", etc. Estas
explicaciones – u otras - nos obligan a no tirar por la borda la teoría de la relatividad;
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obligan a añadirle una nueva dimensión. ¿Y qué pensaría hoy Albert Einstein si estuviese
vivo? “Estoy seguro – dice un investigador - que ya tendría una teoría muy buena para
explicar esto".
Las teorías, entonces, están sujetas a cambios; se consideran parcial o totalmente
verdaderas, verificables, y tiene validez para un tiempo y lugar determinados. Cuando se
comprueba su validez en todo tiempo y lugar se transforma en ley. Por ejemplo, la
gravitación es una ley o principio.
La teoría de la evolución, que hoy forma parte del armazón de la biología moderna,
es un cuerpo teórico que se perfecciona a partir de nuevas evidencias, nuevos
descubrimientos, mientras que la gravitación es una ley: ocurre en todo tiempo y lugar del
universo conocido.
Una ley puede considerarse como una teoría que ha sido verificada de forma
consistente a través de la observación y la experimentación. Tiene validez para todos los
hechos o fenómenos que abarca. Por ejemplo las leyes de la herencia, que se refieren a
un tema específico - la transmisión de los rasgos hereditarios - , tienen validez para todos
los seres vivos en todo el universo conocido… ya se trate una ameba, una zanahoria o un
hipopótamo.
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1 La genética como ciencia, definida como el estudio de la herencia y la variación
en los seres vivos, fue fundada por Gregorio Mendel (1822-1844), quien en 1865
descubrió las leyes del mecanismo hereditario. Antes de Mendel se creía en “la
herencia a través de la sangre”.
2 En 1953, James Watson y Francis Crick describen el modelo del ADN, la
macromolécula que contiene la información genética.
Los modelos representan las ideas o conceptos sobre un hecho o fenómeno. Las
ciencias usan modelos para representar cómo funciona una parte determinada del
universo y pueden representarse en forma gráfica. Por ejemplo, todos los modelos
atómicos de la materia se plasman en dibujos. Pero los modelos también pueden ser
conceptuales, por ejemplo, representarse con una ecuación.
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1. Dalton
2. Thomson
3. Rutherford
4. Bohr
5. Schrodinger
Evolución de los modelos atómicos:
1. John Dalton (1808); el átomo está formado por minúsculas partículas esféricas
indivisibles e inmutables entre sí en cada elemento químico;
2. Joseph John Thomson (1904) el átomo es una esfera de materia cargada
positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones;
3 Ernest Rutherford (1911) el átomo está formado por una corteza con los electrones
girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente;
4. Niels Bohr (1913) los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien
definidos;
5. El modelo atómico actual – de la nube electrónica- fue desarrollado durante la década
de 1920, por Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg. Es un modelo de gran complejidad
matemática, tanta que sólo puede resolver con exactitud el átomo de hidrógeno. Para
resolver átomos distintos al de hidrógeno se recurre a métodos aproximados.
En este modelo no se habla de órbitas, sino de orbitales, que son regiones del espacio
donde
la
probabilidad
de
encontrar
el
electrón
es
máxima.
Los modelos cambian… por ejemplo, el modelo de la Tierra plana fue superado por
la Tierra esférica; el modelo atómico ha sufrido grandes cambios, desde Demócrito y
Leucipo, en el siglo VI a. de C., hasta el modelo ondulatorio contemporáneo.
1. Modelo geocéntrico
2. Modelo heliocéntrico
El modelo de membrana celular que explica los mecanismos de transporte hacia y
desde la célula, también ha evolucionado.
La organización de un modelo parte aclarando cuál es el problema y qué hechos
son relevantes a dicho problema. En el caso de la célula, es obvio que los intercambios
ocurren a través de la membrana y que esta debe ser porosa, pero se trata de explicar las
variables que influyen en el ir y venir de materiales, a partir de la funcionalidad de sus
estructuras y la naturaleza de los materiales que entran y salen. Hay en este caso, una
ventaja: la célula se puede observar al microscopio y eso ayuda a identificar sus
estructuras. El paso siguiente – para el cual el microscopio no sirve – es investigar las
funciones de las estructuras, su composición, cómo se relacionan e interactúan. El
modelo final es extremadamente complejo y en él confluyen aspectos biológicos, físicos,
químicos… y de paso nos muestra que el aporte de ciencias interrelacionadas como físico
- química, bioquímica y aún, la matemática, facilitan la comprensión del mundo biológico.
Un modelo puede explicar fenómenos diferentes de los que se usaron para
construirlo. Por ejemplo, el modelo esférico de la Tierra se ideó para la navegación, pero
los astrónomos, a partir del modelo, pudieron entender y explicar los eclipses lunares.
Los modelos – como el atómico -, ayudan a imaginar la realidad: la teoría atómica
de la materia, base de la química moderna experimental, se sostiene en los átomos…
aunque nadie haya visto un átomo. Los científicos, además de curiosidad, tienen
imaginación, pero esta se apoya en datos duros, experimentales. Nadie duda de la
existencia de los átomos… Es más, se han descrito con detalle sus componentes, y la
investigación continúa.
En síntesis, las preguntas científicas surgen de la observación. Las explicaciones
provisorias, razonables, son las hipótesis y abarcan un conjunto amplio de situaciones o
hechos: organización básica de los seres vivos, estructura de la materia, formación del
sistema solar, etc. Si estas confirman su ámbito de validez se transforman en teorías. Y
cuando las teorías se comprueban en todo tiempo y lugar se transforman en leyes o
principios.
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