¿Qué es la ciencia? Temas en el estudio de la ciencia

Historia de la ciencia

Es difícil señalar con el dedo un momento particular de la historia en el que comenzó la ciencia. La ciencia es una forma de observar, describir y explicar; la ciencia es una forma de conocer. A lo largo de la historia, ha habido muchas filosofías y formas de ver el mundo que pueden clasificarse como científicas . En este sentido, podríamos decir que la ciencia comenzó cuando el cerebro humano se volvió capaz de analizar el mundo lo suficiente como para manipular el entorno que nos rodea y fabricar herramientas que pudiéramos aplicar a la resolución de problemas.

En aras de la simplicidad, podemos decir que hay una narrativa general que rastrea los primeros atributos de la ciencia hasta el Antiguo Egipto, Babilonia y Mesopotamia desde el 3000 a. C. hasta el 1200 a. C. Estas civilizaciones y culturas contribuyeron a las matemáticas, la astronomía y la herboristería o la medicina. Más tarde, griegos como Sócrates y Platón fueron influenciados por estas obras, contribuyeron más a la filosofía natural e intentaron proporcionar explicaciones y mecanismos para los eventos naturales; este enfoque contrasta con las filosofías griegas que involucran explicaciones sobrenaturales que presentan mitos y dioses.

Después de que las sociedades griegas atravesaran una regresión en la historia, el mundo musulmán de habla árabe absorbió y conservó gran parte de su conocimiento durante la Edad de Oro islámica. Durante esta Edad de Oro, Oriente Medio contribuyó a la navegación, la astronomía y al cuestionamiento de la naturaleza de la luz. Posteriormente, estas progresiones se trasladaron a Europa occidental.

Podría decirse que la ciencia moderna comenzó durante la Revolución Científica, que tuvo lugar durante los siglos XVI-XVIII en Europa. Los investigadores y estudiosos durante estos siglos desarrollaron una ciencia más metodológica en la que las matemáticas comenzaron a integrarse en la epistemología, o formas de conocimiento, sobre la ciencia y el universo que nos rodea.

Filosofía de la ciencia y la ciencia en la vida cotidiana

La ciencia es una metodología epistemológica que intenta describir y explicar el universo, nosotros y los eventos naturales. Los científicos construyen teorías que creen que están respaldadas por la información y los datos que observan y recopilan. Los científicos buscan una confirmación. Sin embargo, esta confirmación llega en diversos grados. Por lo general, dependiendo de cuán nueva o complicada sea una teoría, puede ser confirmada solo ligeramente por una pequeña pieza de evidencia, o puede ser fuertemente confirmada por años de observaciones, investigaciones, investigación y experimentación de muchas líneas independientes de evidencia.

Un filósofo de la ciencia podría preguntar: ¿Qué hace que una teoría esté más confirmada o respaldada que otra teoría? ¿O incluso hasta qué punto se pueden confirmar las teorías? David Hume, un filósofo del siglo XVIII, argumentó que la ciencia se basa en gran medida en el razonamiento inductivo . Siempre que hacemos una predicción sobre lo que sucederá en el futuro o cómo o por qué está sucediendo algo, confiamos en la evidencia del pasado para justificar nuestras afirmaciones.

Por ejemplo, supongo que el escritorio en el que estoy a punto de colocar mi taza de café apoyará mi taza de café. ¿Cuál es mi razonamiento para creer eso? Mi escritorio siempre ha apoyado mis tazas de café en el pasado, así que llego a la conclusión de que volverá a hacerlo. Por supuesto, mi evidencia del pasado no me proporciona una garantía lógica de que este fenómeno de apoyo a la taza de café continuará en el futuro; el escritorio finalmente podría colapsar algún día. Este razonamiento inductivo se puede aplicar a muchas cosas en la vida cotidiana: ¿Mi trabajo seguirá ahí por la mañana? He cuidado mi coche, ¿empezará hoy como ayer?

Hume argumentó que los científicos suponen que sus explicaciones de los eventos naturales se confirmarán en todos los lugares y en todos los tiempos. Las teorías se vuelven más poderosas o más firmemente confirmadas por líneas de evidencia que son independientes unas de otras. Por ejemplo, la teoría de la evolución tiene confirmación en áreas de estudio como

• Paleontología (el estudio de los fósiles)
• Biología molecular (estudio del ADN)
• Ecología (el estudio de los ecosistemas naturales).

Sin embargo, las afirmaciones sobre lo que se ha observado en el mundo natural hasta ahora no predicen lógicamente todas las afirmaciones sobre el futuro, según Hume.

Se puede usar un ejemplo común de razonamiento inductivo para presentar un argumento sobre cisnes:

• Premisa 1: Un científico observa un cisne blanco.
• Premisa 2: Un científico observa otro cisne blanco.
• Premisa 3: Un científico observa otro cisne blanco …
• Premisa 1000: Un científico observa su milésimo cisne blanco.
• Conclusión: Por tanto, todos los cisnes son blancos.

Cualquiera que esté familiarizado con los cisnes negros podría haberse dado cuenta de que el problema de la inducción asoma su cabeza en este argumento. El hecho de que alguien observe mil cisnes blancos no significa necesariamente que todos los cisnes sean blancos. Al visitar Nueva Zelanda y observar un cisne negro, el científico puede ver que la conclusión anterior del argumento está falsificada o convertida en falsa.

El filósofo Karl Popper presentó una solución al problema de la inducción de Hume y la supuesta duda que puede hacer que alguien se base en teorías, explicaciones y leyes científicas. Los científicos también deben confiar en una filosofía del conocimiento llamada falsacionismo .

Según Popper, la ciencia no se basa en la inducción para progresar más, sino en la falsificación de hipótesis, teorías y posibles leyes y predicciones. En lugar de avanzar únicamente a través de las teorías mediante el uso de la confirmación inductiva, también es necesario intentar siempre falsificar las teorías mediante el razonamiento deductivo . Por lo tanto, los científicos proponen teorías de las que pueden deducir algo empírico a través de la comprobabilidad. El empirismo es la filosofía de que el conocimiento proviene de los sentidos. Antes de que una teoría desarrolle apoyo o confirmación, primero debe comenzar como una hipótesis o una predicción o explicación comprobable. Comprobablesignifica que la explicación o predicción debe tener una circunstancia en la que, si se observa, haría falsa la hipótesis; esto también se llama falsabilidad . Si un científico tiene una hipótesis, necesita imaginar una circunstancia, una pieza de evidencia o el resultado de un experimento que haría que su hipótesis fuera incorrecta. Si pueden hacer esto, su idea o predicción es falsable.

En lugar de resolver el problema de inducción de Hume al filosofar sobre la ciencia, Popper evitó el problema por completo. En el esquema de Popper, la ciencia no intenta probar que las cosas son verdaderas, sino que elimina sistemáticamente las ideas que han sido o pueden volverse falsas. La ciencia no prueba, la ciencia lo apoya. Esta distinción puede ayudarnos a categorizar correctamente las diferencias entre hipótesis , teorías científicas y leyes científicas .

En las ciencias naturales, una hipótesis es una posible explicación o descripción de lo que está sucediendo en un fenómeno o evento natural observado. Una hipótesis puede convertirse en teoría o en ley después de pruebas, investigaciones y experimentos rigurosos que intentan falsificarla y no lo logran. Es importante dentro de la experimentación aislar las relaciones causales entre los posibles mecanismos y observaciones (que veremos más adelante en esta lección).

Una teoría es la explicación mejor fundamentada que explica mejor cómo o por qué ocurre un fenómeno natural. Una teoría en las ciencias naturales suele ser una explicación que lo abarca todo sobre un fenómeno natural compuesto por muchas hipótesis, investigaciones y resultados de experimentos individuales y específicos rigurosamente probados. Por ejemplo, la Teoría de la Evolución de Darwin es la mejor explicación de cómo y por qué los organismos cambian a través del tiempo.

Una ley es una descripción de un evento natural que predice un fenómeno sin falta, o al menos con cierto grado de precisión. Las leyes generalmente vienen en forma de fórmulas matemáticas que predicen eventos naturales.

Independientemente, una hipótesis debe ser falsable para que se convierta en una teoría científica real o una ley científica .

Ciencia vs.Pseudociencia

Popper también contribuyó con otro concepto a la filosofía de la ciencia, la idea de pseudociencia. Pseudocienciaes algo que puede parecer científico y seguir una metodología científica, pero es ciencia falsa. Popper señaló que la pseudociencia generalmente carece del atributo de falsabilidad. Un pseudocientífico puede tener lo que dice ser una teoría o ley científica, pero nunca prueba sus ideas a fondo ni las sigue con la debida diligencia. Incluso pueden pretender poner a prueba sus ideas y afirmaciones, pero luego “mueven la portería” cuando la evidencia parece contradecir sus afirmaciones iniciales. Es decir, el pseudocientífico redefine los criterios de lo que haría que su afirmación fuera cierta. Esto se llama “poste de meta en movimiento”, una especie de razonamiento falaz o defectuoso en el que la persona que comete la falacia cambia los criterios de lo que respalda su argumento.

Ejemplos populares de ideas pseudocientíficas son las que Popper analizó para acuñar el término pseudociencia : las ideas y afirmaciones de Sigmund Freud. Popper comparó las afirmaciones de Freud con las de otros científicos conocidos como Albert Einstein y se dio cuenta de que, aunque las ideas de Freud parecían científicas, de hecho eran epistemológicamente diferentes a las de otros científicos como Einstein. Freud no pondría a prueba sus hipótesis. Esto no significa necesariamente que los temas que Freud estaba estudiando y discutiendo no puedan existir dentro de un ámbito científico, la psicología, sino que la metodología freudiana era y no es científica.

Popper señaló que las afirmaciones de Freud no estaban respaldadas por una investigación científica diligente, porque muchas de sus afirmaciones no podían ser falsificadas o probadas de una manera que pudiera convertirlas en falsas. Por ejemplo, Freud afirmó que muchos problemas psicológicos relacionados con la intimidad podrían explicarse por la falta de abrazos de una persona cuando era niña. Sin embargo, si la persona que está siendo analizada psicológicamente afirma que de hecho fue abrazado y mostrado afecto cuando era niño, Freud simplemente ajustaría su predicción y diría que fue demasiado abrazado cuando era niño. Esto es lo que hace que las ideas freudianas sean pseudocientíficas. Independientemente de la evidencia observada, las afirmaciones de Freud no podían volverse falsas, y él no abandonaría sus afirmaciones cuando se presentaran nuevas pruebas en contrario.

La metodología freudiana contrasta con las metodologías utilizadas por científicos como Albert Einstein, Isaac Newton y Edmund Haley, personas que Popper consideraba verdaderos científicos.

• Newton descubrió las leyes de la gravedad y pudo hacer observaciones que pusieron a prueba sus predicciones.
• Haley usó las leyes de la gravedad de Newton para hacer una predicción de que muchas observaciones de cometas a lo largo de la historia no eran de hecho muchos cometas diferentes, sino que eran todos el mismo cometa singular. Haley puso piel al juego e hizo una predicción que podría ser falsificada. Utilizando los datos sobre el cometa observados a lo largo de la historia y las leyes de la gravedad de Newton, Haley pudo predecir una fecha, hora e incluso la dirección exacta en el cielo desde la que supuso que el cometa regresaría y podría verse desde la Tierra. Décadas después de la muerte de Haley, el cometa efectivamente regresó tal como lo predijo, y el cometa ahora conocido como el cometa de Haley.fue confirmado. Si la predicción de Haley no se concretó, su hipótesis se habría falsificado y la comunidad científica habría abandonado la idea. Debido a que la predicción de Haley se hizo realidad, su teoría sobre el cometa encontró evidencia de apoyo y, además, proporcionó una aplicación pragmática para las leyes de la gravedad de Newton.

El proceso científico y el método científico

Los científicos, independientemente de su área de especialización, tienen una cosa en común: utilizan métodos científicos. El método científico no es un conjunto rígido de pasos que siempre comienza en un sentido y termina con un paso determinado, pero los científicos generalmente siguen ciertos patrones cuando realizan investigaciones científicas. Hay varias partes comunes al método científico, según las preguntas que haga un científico y los temas que estudien. Un científico puede agregar nuevos pasos, repetir pasos o incluso omitir pasos al realizar su investigación. Sin embargo, en general, podemos decir que el método científico sigue un mapa vago basado en observaciones y evidencia empírica.

• Por lo general, el camino de un científico comenzará con hacer una pregunta o plantear un problema.
• Luego, el científico recopila información y datos, realiza investigaciones o realiza sus propias observaciones.
• Cuando el científico ha recopilado suficiente información u observaciones, puede formar una hipótesis que intente explicar o predecir.
• Luego, el científico probará su hipótesis realizando un experimento o realizando más observaciones en el campo.
• A continuación, se deben analizar los resultados de la prueba para interpretar su significado o lo que implican.
• Luego, el científico debe sacar una conclusión basada en los resultados para determinar si su hipótesis está respaldada o no.
• A partir de aquí, el científico puede darse cuenta de que necesita más datos, más experimentos o incluso una nueva hipótesis, en cuyo caso el científico puede necesitar retroceder y repetir algunos pasos en este proceso.

El método científico no es lineal.

Dependiendo de la pregunta que se haga y del tema que esté estudiando un científico, un científico siempre realizará una investigación, y algunas de estas investigaciones pueden requerir experimentación. No todos los científicos realizan experimentos todo el tiempo. Algunas ciencias, como la zoología (el estudio de los animales), pueden requerir menos experimentación de laboratorio y más observaciones en el campo y recopilación de datos.

Partes de un experimento

Un experimento generalmente contiene dos variables. Una variable es un factor que puede causar cambios en los resultados de un experimento o un cambio que ocurre en un experimento. Las dos variables que tienen todos los experimentos son independientes y dependientes .

• La variable independiente es la variable que el científico que realiza el experimento ajustará y manipulará intencionalmente para observar cómo cambia el resultado del experimento; en otras palabras, la variable independiente es el factor que se prueba en un experimento.
• La variable dependiente es la variable que el científico observará para ver cómo cambia debido a la manipulación de la variable independiente; la variable dependiente es el factor que se mide como resultado, al final o durante todo el experimento.

Un ejemplo popular utilizado en los libros de ciencia es realizar un experimento para probar qué marca de fertilizante ayudará a que las plantas crezcan más. Si un científico realizara este experimento, las diferentes marcas de fertilizante serían la variable independiente porque el científico estaría manipulando y probando intencionalmente cada fertilizante. Como resultado de esta manipulación intencional, las plantas pueden crecer a diferentes tamaños. Las medidas que tome el científico para confirmar un cambio en el tamaño de las plantas, que sería causado por la manipulación, sería la variable dependiente.

Para que este experimento tenga sentido y resultados significativos, debe realizarse de manera que mantenga la coherencia para aislar los vínculos causales entre las variables o los mecanismos relacionados con la hipótesis. Es decir, el experimento también debe tener sus constantes y grupo de control .

Dado que el científico solo intentaría probar las diferentes marcas de fertilizante en este experimento específico, todos los demás factores del experimento deben seguir siendo los mismos para no sesgar los resultados. Cada planta debe ser de la misma especie y recibir la misma cantidad de agua, luz solar, suelo, tiempo y espacio para crecer; estos se llaman constantes, factores que permanecen iguales durante todo el experimento. Además, el científico necesita algo con lo que comparar los resultados del experimento para que el análisis y la conclusión del experimento sean más significativos. Dado que el experimento está comparando diferentes marcas de fertilizantes, sería mejor tener un grupo de plantas en el experimento que no reciban ningún fertilizante para que el científico pueda comparar cada marca con los resultados del crecimiento de la planta sin fertilizante además de comparar los diferentes marcas entre sí; esto se llama grupo de control , la parte del experimento que no contiene la variable independiente.

En general, el propósito de un experimento es aislar los mecanismos que podrían explicar o predecir un fenómeno para que el científico pueda estar seguro de la relación causal entre el mecanismo que se está probando, el fenómeno y el resultado del experimento. Por lo tanto, los experimentos generalmente necesitan probar solo una variable independiente a la vez para que el científico pueda estar seguro de qué mecanismo está causando o contribuyendo a los resultados medidos al final o durante todo el experimento. En nuestro ejemplo anterior, sería mejor no intentar responder dos preguntas a la vez cambiando dos o más variables independientes. Por ejemplo, el científico tampoco intentaría probar la cantidad de fertilizante en general que es óptima para el crecimiento de las plantas, mientras que también variaría la marca de fertilizante de cada planta.

Rompiendo un experimento famoso

Un ejemplo de un gran avance en biología, el estudio científico de la vida, es cuando la comunidad científica descubrió que la vida no aparece espontáneamente. Por ejemplo, las bacterias no se generan espontáneamente dentro de los alimentos en mal estado. A través del experimento de matraz de cuello de cisne de Louis Pasteur, se falsificó la hipótesis de la generación espontánea . Esto agregó la parte de la teoría celular que dice que “todas las células provienen de otras células”.

La hipótesis de la generación espontánea afirmaba que debe haber algún tipo de fuerza creadora de vida en el aire que pueda crear vida espontáneamente. Pasteur creó un experimento en el que tomó varios recipientes y los llenó con un caldo denso en nutrientes que tiende a acumular crecimiento bacteriano. Pasteur usó tres tipos de matraces con diseños que variaban en cómo el aire pasaba a cada matraz. Algunos tenían un cuello recto simple, otros tenían cuello de cisne o curvado, y un grupo de control no permitió que el aire pasara al contenedor. Cada uno de los matraces se hirvió para eliminar cualquier bacteria preexistente. Luego, se dejó que cada matraz reposara en el mismo lugar durante el mismo período de tiempo.

El experimento del matraz de cuello de cisne de Pasteur posee todas las partes que un experimento necesita para aislar las relaciones causales entre variables.

• La variable independiente (el factor que estaba probando) eran los diferentes cuellos o aberturas en el interior de cada matraz.
• Su variable dependiente (el factor que se estaba midiendo) era la cantidad de células bacterianas presentes en el caldo después de que cada matraz se reposó durante la misma cantidad de tiempo.
• Su grupo de control (la parte del experimento que no contiene la variable independiente) fue el grupo de matraces que no tenían aberturas o estaban cerrados.
• Cualquier otro factor que permaneciera igual formaba parte de las constantes de Pasteur.

Después de que Pasteur esperó durante un tiempo, observó que los frascos con cuello de cisne y los frascos cerrados no contenían bacterias que crecieran en el caldo. Solo los matraces con cuellos rectos tuvieron crecimiento de bacterias. La explicación de este resultado experimental es que hay bacterias transportadas por el aire, que luego quedan atrapadas en los cuellos de los matraces curvos, no pueden entrar en absoluto en los matraces cerrados y se dejan pasar a los matraces con el cuellos rectos. Por lo tanto, no existe un “principio vital” o “fuerza generadora de vida” que posea el aire que pueda generar espontáneamente células bacterianas; en cambio, las células bacterianas que crecen en caldo o en cualquier alimento en mal estado provienen de células bacterianas preexistentes transportadas por el aire.

Resumen de la lección

En general, la ciencia es una metodología y una forma de obtener conocimiento sobre el universo que nos rodea y de nosotros mismos, y descubrir aplicaciones para ese conocimiento. Los científicos siguen metodologías similares que otorgan un gran valor a la evidencia empírica y las observaciones realizadas por el científico a través de

• investigaciones
• investigación y
• experimentación.

Dependiendo del tema que se esté estudiando, las preguntas que se hagan o los problemas que se intenten resolver, los científicos pueden tener que seguir diferentes caminos de investigación con diversos grados de epistemología o formas de conocer esos temas, preguntas o problemas. Las diferentes ramas y categorías que están estudiando los científicos se han vuelto poco a poco más descriptivas y definidas a lo largo de la historia. Al mismo tiempo, esas ramas se han vuelto más interconectadas a medida que más y más científicos comunican sus hallazgos a través de disciplinas y se dan cuenta de la interconexión de toda la ciencia en general.