Cambios en el Paradigma Científico

Thomas Kuhn

The same post in English

Como señaló Thomas Kuhn, de vez en cuando se producen cambios en el paradigma científico que provocan desviaciones bruscas en la dirección de la investigación. Estos cambios pueden ocurrir en cualquiera de las ciencias. Veamos algunos ejemplos históricos importantes:

La fiebre puerperal fue durante siglos la causa principal de muerte de las mujeres al dar a luz. En 1795, el obstetra escocés Alexander Gordon afirmó que la enfermedad la transmitían los médicos y las comadronas. En 1842 el médico inglés Thomas Watson, conocido por su descripción del pulso aórtico, recomendó que los médicos se lavaran las manos con lejía diluida antes de atender un parto. Y en 1847, el médico austriaco Ignaz Semmelweis aconsejó lo mismo, basándose en datos que demostraban que la incidencia de la fiebre puerperal era mayor en los hospitales que en los partos que tenían lugar en casa, y mayor entre las parturientas atendidas por médicos que por comadronas. Las propuestas de Semmelweis fueron rechazadas violentamente por los médicos contemporáneos, que se sintieron ultrajados por la idea de que se les acusara de ser culpables de las infecciones por no lavarse las manos, hasta el punto de que Semmelweis fue ingresado en un manicomio en el que sólo sobrevivió dos semanas. Se cree que su muerte fue consecuencia de una paliza propinada por los guardias del manicomio, cuando Semmelweis, que tenía 47 años, trató de escapar. Sus propuestas fueron confirmadas por el descubrimiento de la teoría germinal de las enfermedades infecciosas, realizado por Louis Pasteur, según la cual las enfermedades son causadas por microorganismos, y no por miasmas transmitidos por el aire, como antes se creía, lo que provocó un cambio brusco en el paradigma científico aplicado a la medicina.

Distintos tipos de azar

Jacques Monod

The same post in English

Cuando no sabemos por qué sucede algo, solemos decir que se debe al azar. Pero esta afirmación es ambigua, porque no hay un solo tipo de azar, sino dos:

• El azar epistemológico, en el que lo que ocurre tiene causas perfectamente reconocibles, pero tan complejas que quedan fuera del alcance de nuestro conocimiento. Casi todos los juegos de azar (dados, ruleta, el bombo de la lotería) son ejemplos de este tipo de azar. Tirar un dado se ajusta a las leyes de la mecánica, pero las condiciones son tan complejas, que nos resulta imposible predecir el resultado de cada tirada. Este tipo de azar es el que Jacques Monod llamó incertidumbre operacional en su libro El azar y la necesidad (1970):

Se emplea este término… a propósito del juego de dados, o de la ruleta, y se utiliza el cálculo de probabilidades para prever el resultado de una jugada. Pero estos juegos puramente mecánicos y macroscópicos, no son «de azar» más que en razón de la imposibilidad práctica de gobernar con una precisión suficiente el lanzamiento del dado o el de la bola. Es evidente que un mecanismo de lanzamiento de muy alta precisión es concebible, y permitiría eliminar en gran parte la incertidumbre del resultado… Ocurre igual, como se verá fácilmente, en… numerosos fenómenos en los que se emplea la noción de azar y el cálculo de probabilidades por razones puramente metodológicas.

Mis diez descubrimientos científicos favoritos del siglo XX

The same post in English

En un artículo publicado hace dos semanas comenté la contestación dada en un artículo de la revista Science News a la pregunta de cuáles han sido los diez descubrimientos científicos más importantes del último siglo. Alguno de mis lectores me ha preguntado cuál es mi opinión personal al respecto. Contesto aquí.

Para empezar, señalaré que la investigación científica puede avanzar por cuatro caminos diferentes:

1. La ciencia teórica, que trata de descubrir leyes fundamentales en el universo.
2. La ciencia experimental, que confirma o falsa las teorías, realizando experimentos.
3. La ciencia observacional, que en lugar de experimentar observa. La astronomía, por ejemplo, utiliza estos métodos, pues la experimentación casi nunca es posible.
4. La tecnología, la aplicación práctica de la ciencia, cuyo objetivo es construir dispositivos que funcionen.

¿Está en crisis la física teórica?

Nicolás Copérnico

The same post in English

La física ha sido, durante los últimos siete siglos, la reina de las ciencias: su objeto es el estudio del nivel más bajo de la realidad; es la más afín a las matemáticas; la ciencia que ha visto llegar un número enorme de teorías y descubrimientos nuevos, espectaculares y, podríamos decir, revolucionarios. Veamos algunos de ellos:

• Siglo XIII: Roger Bacon estudia la reflexión, la refracción, la aberración esférica y el uso de lentes para corregir defectos de la visión. Sugiere la posibilidad de construir telescopios, microscopios y vehículos voladores.
• Siglo XIV: Jean Buridan, Nicolás Oresme, Alberto de Sajonia y los calculatores del Merton College revolucionan la Mecánica, apartándola por primera vez de la obra de los filósofos griegos e introduciendo conceptos nuevos como el de ímpetu.
• Siglo XVI: Copérnico propone sustituir el sistema geocéntrico de Ptolomeo por uno heliocéntrico, mucho más sencillo. Kepler modifica la teoría de Copérnico y descubre las tres leyes empíricas que llevan su nombre.
• Siglo XVII: Galileo perfecciona el telescopio y realiza con él descubrimientos astronómicos. Además recapitula y organiza los descubrimientos mecánicos del siglo XIV. Newton revoluciona la física con la teoría de la gravitación universal, que unifica la mecánica terrestre y la celeste, y realiza grandes avances en óptica. Otros físicos importantes de ese siglo son Pascal, Huygens, Boyle, Mariotte, y muchos más.
• Siglo XVIII: Aunque se detecta cierta deceleración de los avances científicos, podemos mencionar a los Bernoulli, y ya a caballo con el siglo XIX, a Galvani, Volta y Laplace.
• A partir del siglo XIX, los descubrimientos en física teórica y experimental y el número de físicos profesionales aumentan extraordinariamente. Quedándonos únicamente con los principales, mencionemos a Dalton, Faraday, Ampère, Gauss, Maxwell, Carnot, Lord Kelvin y Boltzmann.

Por qué no hay grandes hombres

The same post in English

G.K. Chesterton

Lo primero, una aclaración: no voy a dejarme arrastrar por la corrección política. No voy a cambiar el título de este artículo por “grandes seres humanos”, porque para mí la palabra “hombre” (del latín homo) sigue teniendo una acepción genérica principal, distinta de la acepción cuyo antecedente latino es vir (varón), que se opone a mujer.

La ausencia de grandes hombres es un lugar común hoy día y afecta a casi todos los campos:

Qué es una teoría científica

The same post in English

Karl Popper

Aunque esté de moda decir que las teorías de Karl Popper sobre la evolución de la ciencia están pasadas de moda, su definición de lo que es una teoría científica es inapelable:

Una teoría es científica si y sólo si es posible diseñar un experimento que demuestre que esa teoría es falsa.

Un caso paradigmático es la Interpretación de Copenhague de la Mecánica Cuántica. En 1935, Einstein, Podolsky y Rosen diseñaron un experimento que podría echar abajo dicha teoría. Unos meses más tarde, Niels Bohr publicó otro artículo en la misma revista, en el que respondía al artículo anterior. Casi 30 años después, como expliqué en otro artículo de este blog, el experimento EPR, que hasta entonces había sido mental, pudo llevarse a cabo y confirmó las predicciones de Bohr, en lugar de las de Einstein. Como esta teoría fue capaz de resistir un intento de demostrar su falsedad, debe ser considerada como una teoría científica.

Eso sí, este éxito de la teoría no implica que automáticamente deba considerase correcta o verdadera. Las teorías científicas (siempre según Popper) nunca llegan a serlo. Esta ha resistido con éxito un intento de echarla abajo, pero el próximo podría conseguirlo.

La debacle del determinismo

Isaac Newton

The same post in English

A finales del siglo XVIII, la teoría de la gravitación universal de Isaac Newton estaba ya muy bien establecida. Como esta teoría permite predecir con gran exactitud las órbitas de los astros que forman parte del sistema solar, el astrónomo francés Pierre Simon de Laplace creyó tener razones suficientes para afirmar lo siguiente:

Una inteligencia que conociera todas las fuerzas que animan la naturaleza, así como la situación respectiva de los seres que la componen… podría abarcar en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos más grandes del universo y los del átomo más ligero; nada le resultaría incierto y tanto el futuro como el pasado estarían presentes ante sus ojos.

Esta afirmación se convirtió en el dogma del materialismo determinista, una doctrina filosófica (no científica) que sostiene que lo único que existe es la materia (tomando el término en sentido amplio) y que toda la historia del universo está determinada: no existe, por tanto, la libertad humana, ni puede haber intencionalidad, ni hay causas finales en la naturaleza, sólo hay causas eficientes.

La afirmación de Laplace puede expresarse con otras palabras, en términos más modernos:

Si conociéramos la posición y el momento de todas las partículas del universo en un instante determinado, podríamos predecir todo su desarrollo pasado y futuro.

La desigualdad de Bell y la causalidad

Niels Bohr

The same post in English

Hace unos noventa años tomó forma la Mecánica Cuántica. Durante los años veinte, Niels Bohr y Werner Heisenberg formularon la interpretación de Copenhague de esa teoría, que añadía a su formulación matemática algunas consideraciones adicionales como las siguientes:

• Los sistemas físicos con propiedades que pueden tomar valores concretos y opuestos (como dirección de polarización o spin) pueden encontrarse en determinadas circunstancias en un estado en el que esas propiedades no toman un valor definido, sino que mantienen abiertas todas las posibilidades simultáneamente. Por ejemplo, la dirección de polarización de un fotón puede ser simultáneamente norte-sur y este-oeste. El spin de una partícula puede ser simultáneamente hacia arriba y hacia abajo.
• El acto de medir una de esas propiedades provoca el colapso de la función de onda, lo que quiere decir que el resultado de la medida sólo puede ser uno de los valores posibles. La función de onda nos da la probabilidad de obtener un valor u otro.
• Es posible construir un sistema físico formado por dos o más partículas entrelazadas con respecto a alguna propiedad, lo que quiere decir que si una de las partículas colapsa con un valor determinado, la otra partícula no tiene más remedio que colapsar con el otro.