El Universo desde Kepler hasta nosotros

Isaac Newton

El siguiente científico en aportar un avance significativo a nuestro conocimiento del Universo fue Newton. Su descubrimiento de la ley de la Gravitación Universal le llevó a formular un razonamiento que ha sido conocido históricamente como el "Silogismo de Newton", y que aún se puede utilizar como modelo de razonamiento lógico. El punto de partida de Newton en su silogismo fue considerar como premisas, por una parte, la idea de que la Tierra se encuentra en el centro del Universo, y por otra su propia ley de Gravitación:

• La Tierra se encuentra en el centro del Universo
• La gravedad atrae a todos los cuerpos hacia el centro de atracción.

La conclusión lógica del razonamiento debería ser, evidentemente, que todos los cuerpos deberían caer hacia la Tierra, pero esa conclusión es opuesta a la observación que cualquiera de nosotros puede hacer. La conclusión a la que Newton llegó finalmente fue, por lo tanto que, dado que los cuerpos no caen hacia la Tierra, nuestro planeta no ocupa el centro del Universo, con lo que negaba la premisa mayor del argumento.

La especulación de Newton le llevó, seguidamente, a proponer un modelo alternativo del Universo: para que los cuerpos celestes no lleguen a caer en el centro de atracción, es necesario que no exista ese centro, de modo que las fuerzas gravitatorias se compensen entre sí. Esto supone, por otra parte, la necesidad de que el Universo sea infinito...

Este es un buen ejemplo de trabajo puramente deductivo dentro del campo de la ciencia. La falsedad del silogismo de Newton le llevó a negar una premisa, una "verdad establecida", y la aplicación de la Lógica le condujo hasta la formulación de un modelo de Universo infinito y eterno...

...Hasta que llegó la paradoja de Olbers (que bien podría ser la de Kepler, porque fue él el primero que hizo la observación. Si el Universo fuera infinito y eterno, el número de estrellas sería tan grande que, finalmente, se solaparían entre sí, cubriendo todo el firmamento. Así que durante la noche no veríamos un cielo negro, sino completamente luminoso, porque miráramos a donde mirárarmos, al final siempre nos encontraríamos con una estrella luminosa. El hecho es que esto no ocurre, de ahí el carácter paradójico de la observación. Se han dado varias posibles explicaciones a la paradoja de Olbers,algunas más fáciles de comprender que otras:

Paradoja de Olbers: en un Universo infinito, cualquier punto de nuestro campo visual debería estar ocupado por una estrella

• El Universo es finito. En consecuencia, el número de estrellas es limitado, y la aparente paradoja se desvanece. Un número finito de objetos pueden separarse en un espacio también finito, si éste es lo suficientemente grande.
• Las estrellas no son eternas, sino que nacen y mueren. Aunque supongamos que el Universo es infinito, si no todas las estrellas están activas simultáneamente, en cada momento puede haber solo un número limitado de ellas, de modo que volvemos a la situación anterior.
• Las estrellas se alejan de nosotros, y debido a eso su luz se vuelve más "débil". En realidad, aquí débil significa que la radiación que nos llega tiene una mayor longitud de onda (menos energía), hasta que, a partir de un cierto momento, queda por debajo del umbral visible. También eso explicaría la paradoja, puesto que simplemente seríamos incapaces de ver las estrellas más lejanas.

El hecho es que, hoy por hoy, las tres soluciones anteriores se consideran correctas: el Universo es finito, las estrellas  tienen una vida limitada y, además, se están alejando de nosotros. Pero antes de llegar hasta aquí, se han formulado otros modelos importantes del Universo.

El Universo de Einstein

Albert Einstein

Incluso en una época tan próxima a nosotros, en términos históricos, como el principio del siglo XX, la idea que los científicos tenían de nuestro Universo era completamente diferente a la que tenemos ahora. Einstein propuso que nuestro Universo estaba formado por una única galaxia, la Vía Láctea, aislada en un espacio infinito. Por esa razón el modelo de Einstein se conoce como modelo de Universo Isla. La hipótesis de Einstein iba aún más allá, de modo que proponía que ese Universo era, además, estático.

Sin embargo, la contradicción a su hipótesis le llegó a Einstein de lugar más inesperado: su propio trabajo. La resolución de las ecuaciones que él mismo había planteado en el seno de su Teoría de la Relatividad, cuya validez, por otra parte, había quedado bien demostrada, llevó a la conclusión de que el Universo no puede ser estático: tiene que estar o bien expandiéndose o bien contrayéndose. Einstein intentó, en todo caso, conjugar los resultados de la Teoría de la Relatividad con su idea del Universo, para lo que introdujo en el modelo matemático un valor llamado Constante Cosmológica. No tuvo éxito a la hora de conseguir que el Universo se mostrara como estático, aunque la constante cosmológica parece jugar un papel fundamental en nuestra visión actual del Universo.

Einstein concebía el Universo como una única galaxia aislada en el vacío

Hubble y el desplazamiento hacia el rojo

Edwin Hubble era un investigador que estudiaba la radiación emitida por objetos muy lejanos. Al repetir, después de un par de años, las observaciones de un mismo objeto apreció que la luz de la segunda medida era más rojiza que la primera. Al repetir las mediciones en otros objetos los resultados fueron similares: la luz de todos los objetos lejanos que Hubble observó se estaba volviendo más roja.

En Física, esto tiene un significado más profundo de lo que cabe suponer a primera vista. El color de la radiación está relacionado con su longitud de onda: la longitud de onda de la radiación azul es más corta que la de la radiación roja. La explicación de este fenómeno es el efecto Doppler, que todos hemos experimentado con otro tipo de ondas, las del sonido: el sonido de un cuerpo que se mueve hacia nosotros cambia de tono a medida que se acerca, y vuelve a hacerlo al alejarse. En este caso, la variación del tono también se debe al cambio de la longitud de onda. Cuando un cuerpo que emite ondas se acerca a nosotros, las ondas tardan cada vez menos tiempo en alcanzarnos, de modo que la longitud de onda que nosotros percibimos es cada vez más pequeña. Por el contrario, cuando el cuerpo se aleja de nosotros las ondas tardan cada vez más en llegar, de modo que percibimos una longitud de onda cada vez mayor.

En la siguiente animación puedes ver el efecto del movimiento de una fuente sonora. Si tienes conectado el sonido de tu ordenador podrás apreciar también el cambio de tono.

El caso general se observa en la siguiente animación, en la que puedes mover la fuente de emisión (S) o el observador (O). Mientras la longitud de onda real sigue siendo la misma (gráfico superior), la percibida por el observador cambia a medida que se produce el movimiento (gráfico inferior).

Por último, la consecuencia del efecto Doppler sobre la luz emitida por una estrella puede apreciarse en esta última animación. La banda coloreada central representa el espectro electromagnético. Cada estrella emite cantidades diferentes de luz en cada longitud de onda, y las líneas negras distribuidas a lo largo del espectro son la "firma espectral" de esa estrella, las longitudes de onda a las que no emite luz. La barra deslizadora de la parte superior permite modificar la velocidad relativa de la estrella respecto a nosotros: hacia la izquierda, la estrella se aleja, mientras que hacia la derecha se acerca. 

Moviendo el cursor se puede apreciar cómo cambia la firma espectral de la estrella; al alejarse, se desplaza hacia la izquierda, hacia el rojo, mientras que al acercarse se desplaza hacia la derecha.

Volviendo a la observación de Hubble, el desplazamiento hacia el rojo que había observado significa que las fuentes que estudiaba se estaban alejando de la Tierra. Sin embargo, Hubble fue más allá y revisó los espectros, separados en el tiempo, de otros astros, encontrando que todos ellos mostraban desplazamiento al rojo, más intenso cuanto más lejanos estaban.  La interpretación que Hubble dio a estas observaciones fue que el Universo está en expansión, por lo que las distancias entre los astros que lo forman aumentan con el tiempo. Más aún, Hubble fue capaz de establecer una relación matemática entre la intensidad del desplazamiento hacia el rojo de un objeto y la velocidad con la que se aleja de nosotros, conocida como "Ley de Hubble".

Llevando el argumento hacia atrás en el tiempo, la deducción lógica de la observación de Hubble es que el Universo fue, en su origen, mucho más pequeño que ahora, y que toda la materia y la energía tuvo que estar concentrada en un volumen extraordinariamente pequeño, y aplicando la ley que Hubble había propuesto, Friedmann y Lemaître calcularon que dicho momento debió tener lugar hace unos 14.000 millones de años. Curiosamente, la expresión "Big Bang", que ahora usa todo el mundo para referirse a la expansión del Universo en ese primer instante, fue una burla de otro importante astrónomo que lo consideraba ridículo, Fred Hoyle.

El conocimiento actual del Universo

Una prueba adicional del big bang llegó de la mano de la llamada radiación de fondo de microondas. Si el Universo realmente se formó en una enorme explosión, una parte de la energía liberada en aquel acontecimiento debería haber llegado hasta nosotros. Los astrónomos calcularon anticipadamente, las características de esta radiación, que debería bañar todo el Universo. Efectivamente, se ha podido observar esa radiación, que se corresponde con la frecuencia de las microondas, y que proporciona una cierta energía, aunque muy baja, al espacio interestelar.

Radiación de fondo de microondas

El estudio teórico derivado de la naturaleza y características de las partículas subatómicas, y de los fenómenos cosmológicos, ha permitido también que nos hagamos una idea de lo que, probablemente, ha debido ocurrir desde los primeros instantes después del Big Bang hasta la actualidad.

Gracias al cálculo de la velocidad con la que se alejan los astros entre sí se sabe también que el Universo está atravesando una fase de expansión acelerada. Sin embargo, los datos conocidos no cuadran con ese proceso de expansión, lo que ha hecho necesario que los astrónomos propongan la existencia de una gran cantidad de materia oscura, que no ha podido ser observada hasta el momento, y de energía oscura, totalmente diferente a las formas de energía conocidas hasta el momento, ya que sería responsable de la repulsión entre masas, fenómeno que aún no se ha observado.

La identificación de la materia oscura y de la energía oscura son los dos retos fundamentales a los que se enfrenta la Cosmología actual.

La explicación del Universo: de Ptolomeo a Copérnico

Cuando hablamos del Universo como concepto científico nos estamos refiriendo a la totalidad de lo que existe. Eso incluye a toda la materia y toda la energía que existe pero también, y eso es algo más difícil de comprender, todo el tiempo y todo el espacio. Lo que significa, en otras palabras, que no tiene sentido hablar de lo que pudo ocurrir "antes" del origen del Universo, o de lo que está "fuera" de él. Tales términos están, simplemente, fuera de cualquier marco de referencia que podamos considerar. 

Representación artística de las constelaciones

Evidentemente, el Universo ha llamado la atención del hombre desde la antigüedad. Primero, como uno de los referentes míticos para explicar todo aquello que no comprendía: la búsqueda de patrones aparentes en la distribución de las estrellas llevó a observar "constelaciones", que se consideraron reflejo de las divinidades, hasta el punto de atribuírseles poder para influir en la vida de los hombres. 

El nacimiento de la Vía Láctea, Rubens (Museo del Prado)

Asimismo, también se trató de dar una explicación mitológica del origen de lo que se podía observar en el Universo. Es bien conocido, por ejemplo, el mito griego acerca del origen de la Vía Láctea: Zeus, en una de sus múltiples aventuras extramatrimoniales, había sido padre de Heracles (Hércules). El niño era su favorito, y el dios intentó desde el principio que fuera inmortal, para lo que debía ser amamantado por Hera, su esposa. El niño fue puesto en el regazo de la diosa y empezó a alimentarse de ella, pero ésta se dio cuenta y lo apartó violentamente. El reguero de leche de Hera vertido dio origen a la Vía Láctea. Una explicación fantasiosa, pero quizá no mucho más que la que considera que la Vía Láctea marca un camino a seguir con algún propósito...

Más allá de la visión metafísica del Universo, que aún tiene valedores entre quienes piensan que las constelaciones zodiacales podrían influir de algún modo en su vida, la estructura del Universo llamó pronto la atención de los científicos, tanto preocupados por su afán de conocimiento como para utilizar el Universo con fines prácticos. Entre ellos es de destacar la utilidad que han tenido tradicionalmente los mapas astronómicos para la navegación. Contextualicemos la situación: los viajes por mar necesitan un sistema de referencia mucho más difícil de conseguir que los viajes por tierra. Mientras en estos últimos la ruta puede establecerse con la ayuda de los accidentes geográficos en el mar, si la navegación se hace lejos de la costa, tales referentes no existen. La observación de las estrellas desde distintos puntos de vista permitió comprobar que éstas podían utilizarse en sustitución de esos referentes, de modo que no es de extrañar que los navegantes y los astrónomos utilizaran los mismos instrumentos, unos para determinar su posición y los otros para fijar la posición de los astros.

Astrolabio, utilizado tanto en Astronomía como en navegación

 De hecho, para que los mapas celestes fueran de utilidan en los viajes por mar, se hizo fundamental que los astrónomos obtuvieran datos precisos de la posición de los astros en diferentes momentos y desde diferentes lugares. La observación llevó a la explicación, y así se llegó a la formulación de los primeros modelos cosmológicos, como el de Ptolomeo.

El modelo ptolemaico del Universo

Claudio Ptolomeo

Claudio Ptolomeo vivió en el Egipto helenizado de unos dos siglos antes de nuestra era, y trabajó en una de sus instituciones científicas más importantes, el Observatorio. Su trabajo científico, como era característico en la época, abarcó varias áreas, como la Óptica o la Música, aunque su mayor influencia histórica vino de la mano de su actividad en Geografía (utilizó un sistema de longitud y latitud para determinar posiciones sobre un mapa) y, sobre todo, en Astronomía. (También resulta muy influyente en Astrología, puesto que fue el creador de los horóscopos). Su obra más importante es el Almagesto, elaborado a partir de un gran número de observaciones astronómicas con el propósito de establecer un modelo numérico que permitiera predecir la posición futura de los planetas.

Ptolomeo adopta el modelo del Universo que ya había sido descrito por Platón y Aristóteles, más filosófico que científico. Según dicho modelo, el Universo está constituido por la Tierra, inmóvil y situada en su centro, el Sol y la Luna y cinco "estrellas errantes" que giraban a su alrededor, y un cielo de "estrellas fijas", además de otros cuerpos que aparecían ocasionalmente (por ejemplo los cometas). Las estrellas errantes corresponden, evidentemente, a los planetas. De acuerdo con los ideales de perfección que debían ser reflejados por el Universo, los movimientos de todos estos cuerpos eran perfectamente circulares.

Sin embargo, esta exigencia filosófica de perfección chocaba con los datos procedentes de la observación, especialmente en lo relativo al movimiento de los planetas. En efecto, tal y como se refleja en la siguiente animación, los planetas parecían describir movimientos retrógrados (es decir, hacia adelante y hacia atrás) en su viaje en torno a la Tierra.

Para observar bien el modelo ptolemaico selecciona uno de los planetas en el cuadro superior derecho, y luego elige "start animation". Fíjate en la banda inferior ("Zodiacal strip") y podrás observar el movimiento aparente del planeta respecto a las constelaciones zodiacales a lo largo del año.

Ptolomeo resolvió el problema de conjugar la exigencia de perfección con los movimientos retrógrados proponiendo los epiciclos. Se trata de movimientos circulares que el planeta realizaría en torno a un punto, al mismo tiempo que se mueve alrededor de la Tierra. La composición de ambos movimientos, que puedes observar en la parte principal de la animación anterior, daría lugar al movimiento planetario realmente observado.

Los datos observacionales de Ptolomeo se ajustaban muy bien a su modelo, y los principios en los que se basaba también eran congruentes con el paradigma de la época; primero, con la exigencia platónica de perfección, y luego con la visión cristiana del mundo, que  por una parte compartía la idea de que la perfección divina debía reflejarse en la perfección de la creación, por otra defendía la posición central del hombre en el Universo, como consecuencia de ser "el centro de la creación" y por otra seguía literalmente pasajes de la Biblia en los que se describía el movimiento del Sol, mientras la Tierra permanecía inmóvil.

Josué deteniendo el curso del Sol, cuadro de Esteban March (Museo de Bellas Artes, Valencia)

Este conjunto de factores, empezando por la validez de las predicciones y, por tanto, por la utilidad del modelo, explica que se mantuviera como único aceptado durante 1700 años, a pesar de propuestas bastante tempranas para sustituirlo por un modelo heliocéntrico.

El modelo copernicano

Copérnico

Nicolás Copérnico fue un científico polaco que vivió a caballo de los siglos XV y XVI. Su aportación más conocida es su obra "De revolutionibus orbium coelestium", en la que proponía sustituir el modelo cosmológico ptolemaico por uno diferente, en el que el Sol ocupara el centro del Sistema Solar, con la Tierra y los planetas girando a su alrededor en órbitas circulares y la Luna girando en torno a la Tierra.

A pesar de que el modelo ptolemaico se ajustaba bastante bien a las condiciones tanto de validez de los datos como de contexto científico, resultaba bastante claro que los epiciclos eran artificiosos. Copérnico proponía eliminarlos, para lo cual era necesario que los planetas, incluyendo la Tierra, giraran alrededor del Sol. Los puntos fundamentales del modelo propuesto por Copérnico eran los siguientes: 

1. Los movimientos celestes son uniformes, eternos y circulares, o compuestos de varios círculos.
2. El centro del Universo se encuentra cerca del Sol
3. Alrededor del Sol giran, en orden de distancia, Mercurio, Venus, la Tierra y la Luna, Marte, Júpiter y Saturno.
4. Las estrellas son objetos lejanos que permanecen fijos.
5. La Tierra tiene tres movimientos: la rotación diaria, la revolución anual y la inclinación anual de su eje.
6. Los planetas no tienen movimiento retrógrado. Éste es aparente, y es explicado por el movimiento de la Tierra.
7. La distancia de la Tierra al Sol es pequeña, en comparación con la distancia a las estrellas.

El modo en que el cambio de referencia propuesto por Copérnico explica el movimiento retrógrado puede apreciarse observando la siguiente animación. De nuevo, el movimiento aparente de los planetas se observa en la banda inferior.

Copérnico no llegó a publicar su obra en vida, sino que fue uno de sus discípulos, Rheticus, quien lo hizo por él. Probablemente en su decisión influyó tanto el miedo a la reacción de la Iglesia como a la que pudieran tener los científicos de la época.

Harmonia Macrocosmica, Andreas Cellarius

De hecho, la reacción científica a las ideas de Copérnico fue bastante seria y profunda. El heliocentrismo ya había sido propuesto en la antigüedad clásica (Aristarco de Samos), y rechazado como resultado de un debate científico en el que se incluían pruebas mecánicas que, por aquel entonces, se interpretaban erróneamente. El mismo debate, más complejo aún, se repitió en el siglo XVI y se extendió hasta bien entrado el XVII. En él intervinieron científicos de gran valía en defensa de uno y otro modelo. Incluso se propusieron modelos que trataban de compatibilizar el ptolemaico y el copernicano, como el modelo de Tycho Brahe, que proponía que todos los cuerpos celestes excepto la Tierra giraban en torno al Sol, mientras que éste lo hacía en torno a la Tierra, que ocupaba el centro del Universo.

Modelo cosmológico de Tycho Brahe

El mayor problema de la polémica entre geocentrismo y heliocentrismo, sin embargo, se debió a la influencia de factores externos a los científicos. Entre esos factores el más destacable fue la intervención de la Iglesia, o mejor dicho de las diferentes Iglesias que, por entonces, se habían separado y enfrentado como consecuencia de la Reforma.

Víctima de esa confrontación entre ciencia y religión fue Giordano Bruno, que por su parte había mezclado ambos ámbitos en su actividad. Bruno no solo asumió las tesis heliocéntricas, sino que las aprovechó para expresar sus ideas, tremendamente revolucionarias por entonces, de que el Universo era infinito, y de que en él podían existir infinidad de mundos similares a la Tierra y, por lo tanto, otros hombres que los habitaran. Estas teorías eran, evidentemente, contrarias a la idea de la creación única del hombre por parte de Dios que refleja la Biblia, y como consecuencia de ellas fue condenado a la hoguera por la Inquisición en el año 1600.

Nueve años más tarde Galileo hizo el descubrimiento que, finalmente, llevaría al abandono definitivo del sistema ptolemaico: utilizó el telescopio, que hasta entonces se había empleado solo como catalejo, para estudiar los cuerpos celestes, observando la presencia de cráteres en la Luna y, sobre todo, de satélites que giraban en torno a Júpiter.
Galileo contribuyó también a rechazar las objeciones mecánicas al movimiento de la Tierra, posiblemente el mayor obstáculo científico para aceptar la teoría heliocéntrica. Una de las más importantes era el debate acerca de la caída libre.

En 1616 Galileo fue adverido por la Inquisición, y en 1633 se le prohibió divulgar sus ideas, que fueron consideradas heréticas, y enseñar y se le recluyó en prisión atenuada.

Aún pasó bastante tiempo hasta que el modelo heliocéntrico fuera aceptado por la mayoría de los científicos, gracias a la contribución de Kepler a dicha teoría. Kepler trabajó durante mucho tiempo con Tycho Brahe, aunque la relación entre ellos no fue demasiado cooperativa. En realidad, Kepler solo pudo acceder a los datos recopilados por Tycho, con mucha diferencia los mejores de aquella época, después de que él muriera. Con esos datos en la mano, descubrió que no era posible describir el movimiento de los planetas mediante círculos, de modo que trató de ajustarlo a otro tipo de curvas, basándose en su creencia, de origen religioso, de que el Universo debía manifestar la perfección divina, a través de las matemáticas. Finalmente descubrió que la curva que mejor se ajusta a esas trayectorias es la elipse, y acabó por proponer las leyes que llevan su nombre, y que describen la mecánica del Sistema Solar:

• Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, estando éste situado en uno de los focos de la elipse.

• Las áreas barridas por los radios de los planetas, son proporcionales al tiempo empleado por estos en recorrer el perímetro de dichas áreas.

• El cuadrado de los períodos de la orbita de los planetas es proporcional al cubo de la distancia promedio al Sol.

El paso del modelo ptolemaico al copernicano suele ponerse a menudo como ejemplo de cambio de paradigma científico, y ha sido utilizado por muchos filósofos de la ciencia para apoyar sus teorías epistemológicas. Sin embargo, lo que de verdad parece demostrar es un proceso histórico de enfrentamiento de las ideas científicas tanto entre sí como con el contexto filosófico y cultural de la época, en el que jugaron papeles importantes tanto los argumentos científicos como otros muchos. Desde que Copérnico terminó su tratado, sin atreverse a publicarlo, en 1530, hasta que Kepler publicó sus leyes en 1619 pasaron muchos más años de los que parecen necesarios para demostrar una hipótesis científica. En el proceso, como ha ocurrido a menudo con otras grandes teorías del conocimiento humano, tomaron parte activa la sociedad y las ideas de la época.

Consecuencias de la complejidad: el caos y las catástrofes

El estudio de los sistemas naturales ha conducido a los científicos a comprender que, en muchos casos, la complejidad que muestran tiene carácter irreductible. Esto significa que, por mucho que nos esforcemos en hacerlo, siempre seremos incapaces de elaborar un modelo que refleje fielmente la realidad; cualquier modelo, por completo que lo creamos, se dejará siempre aspectos que no se pueden simplificar.

El primer ejemplo de esa característica lo encontró Lorentz cuando trataba de simular fenómenos atmosféricos en un ordenador. La predicción meteorológica que pretendía realizar le obligaba a realizar procesos iterativos, es decir, a introducir como datos de entrada los que había obtenido como resultados en una serie anterior de cálculos similares. El ordenador con el que trabajaba en aquella época tenía la limitación de no permitir la introducción más que de números con seis decimales. Lo que Lorentz descubrió, para su horror, es que datos muy parecidos entre sí producían, al cabo de unas cuantas iteraciones, resultados totalmente diferentes.

Esta primera observación fue el origen de lo que en la actualidad se conoce como Teoría del Caos, y de su expresión más popular, el "efecto mariposa". Esta expresión procede de un ejemplo, exagerado a propósito, de lo que dice dicha teoría: "el batir de las alas de una mariposa en Brasil puede producir un ciclón en China". En realidad, lo que afirma la Teoría del Caos es que, en ciertos sistemas, modificaciones aparentemente poco significativas de las condiciones iniciales pueden provocar resultados completamente diferente.

La Teoría del Caos distingue entre dos tipos de sistemas según su comportamiento: los sistemas determinísticos y los no determinísticos. Los primeros se caracterizan porque, partiendo de un cierto estado inicial, es posible predecir cómo evolucionará el sistema, y por lo tanto conocer cuál será su estado final. En los sistemas no determinísticos, por el contrario, el estado final del sistema no está fijado por las condiciones iniciales.

Un ejemplo bien conocido y muy significativo es el del "sombrero mejicano". Imaginemos que nuestro sistema es un sombrero mejicano y una pelota. Si ponemos el sombrero boca abajo y dejamos la pelota en el margen de su copa, estamos en condiciones de predecir lo que ocurrirá: la pelota caerá hasta el pico del sombrero; es un sistema determinístico. En cambio, si ponemos el sombrero en su posición natural y dejamos la pelota en su extremo superior seremos incapaces de saber en qué punto acabará. Es un sistema no determinístico.

Algunos sistemas determinísticos presentan ciertos estados particulares, llamados atractores. La característica peculiar de estos estados es que los sistemas tienden a alcanzarlos independientemente de sus condiciones iniciales. El sombrero nos ofrece, de nuevo, un ejemplo de lo que se dice: la situación de la pelota en el fondo de la copa del sombrero es el atractor del sistema. En este caso se trata de un atractor "estacionario", ya que la evolución del sistema cesa cuando se alcanza ese estado. Existen también otros tipos de atractores: los periódicos son aquellos entre los cuales el sistema oscila continuamente, mientras que un atractor extraño se caracteriza porque el sistema tiende a él, pero sin llegar a alcanzarlo nunca.

Otra teoría íntimamente relacionada con el comportamiento complejo de los sistemas reales es la teoría de las catástrofes. Esta teoría describe el comportamiento no lineal de algunos sistemas, que se manifiesta en tres aspectos diferentes:

• Discontinuidad: en un sistema dado pueden producirse cambios repentinos de comportamiento o de los resultados.
• Divergencia: Modificaciones pequeñas de la causa pueden, en ocasiones, producir grandes diferencias en los efectos.
• Histéresis: el estado actual de un sistema depende de su historia pasada, pero si se invierten los comportamientos que se han producido a lo largo del tiempo no se vuelven a obtener las condiciones iniciales.

Las grandes teorías científicas

La ciencia, a lo largo de la historia, ha sido capaz de llevar a cabo un trabajo acumulativo, aunque no lineal, que nos permite entender la realidad que nos rodea. El resultado de este proceso no es un conocimiento definitivo: es propio de la misma naturaleza de la ciencia el hecho de ser falible, y modificable por nuevos conocimientos que se ajusten mejor a los datos que podemos obtener. Sin embargo, a pesar de su provisionalidad, se puede decir que hoy por hoy poseemos un conocimiento bastante aproximado de lo que nos rodea, desde la escala subatómica hasta la estructura y evolución del Universo en su conjunto.

Niveles de organización de la realidad	Teorías explicativas
Nivel subatómico	Modelo estándar, Teoría de cuerdas
Nivel nuclear	Mecánica cuántica
Nivel atómico	Teoría atómica
Nivel molecular	Teorías de enlace químico, Teoría cinético-molecular
Seres vivos: nivel molecular	Biología Molecular
Nivel celular	Teoría celular, Teoría genética
Nivel de organismos	Teoría de la Evolución
Nivel de ecosistemas	Teoría Ecológica
Nivel de sistemas terrestres	Tectónica global
Nivel cosmológico	Big Bang, Relatividad

Todas estas teorías deberían ser congruentes entre sí, y lo son en buena medida, aunque no plenamente (la mecánica cuántica y la relatividad son, en ciertos aspectos, incompatibles, y se está buscando el modo de hacerlas coherentes; el modelo estándar de partículas y la teoría de cuerdas tratan de explicar, fundamentalmente, los mismos aspectos de la realidad, pero lo hacen de modos diferentes). Queda, evidentemente, mucho trabajo por hacer hasta que la ciencia proporcione una única imagen de la realidad, lo bastante ajustada como para que nos podamos dar por satisfechos. A pesar de todo, el grado de congruencia interna de la ciencia actual es bastante elevado, y todas estas teorías cabrían dentro de un paradigma común.

El término paradigma, acuñado inicialmente por Thomas Khun, puede utilizarse para referirse a un conjunto de teorías científicas relacionadas entre sí, y mutuamente consistentes, que explican múltiples aspectos de la realidad apoyándose en una metodología de estudio e investigación común.

Posiblemente podría decirse que si actualmente hay un paradigma aceptado con carácter más o menos general es el paradigma sistémico, que se apoya en la Teoría General de Sistemas. De acuerdo con este punto de vista, la realidad es irreductiblemente compleja, y no es posible comprenderla estudiándola solo con un enfoque analítico y reduccionista. Todo esto viene a significar que cuando tratamos de comprender algún aspecto de la realidad dividiéndolo en sus partes y estudiando cada una de ellas hay alguna parte que se nos escapa.

Otro de los aspectos fundamentales de la Teoría General de Sistemas es que hace énfasis no solo en el estudio de las partes de un todo, sino que le parecen igualmente importantes las relaciones que se establecen entre ellas. Estas relaciones, imprescindibles para el funcionamiento de los sistemas, constituyen su estructura, y son la base que permite que algunos sistemas realicen ciertas funciones.

Un último elemento del paradigma, que justifica que lo consideremos como tal, es que, de acuerdo con este enfoque, muchos de los elementos que constituyen la realidad que nos rodea son sistemas, y pueden ser estudiados y comprendidos aplicando la metodología que sustenta la propia Teoría General de Sistemas.

Llegando hasta aquí, es el momento de definir lo que es un sistema. Se puede decir que un sistema es un objeto o entidad compleja, formada por varios elementos relacionados entre sí. Al estudiar los sistemas es necesario prestar atención a varios aspectos:

• Su composición, es decir, al conjunto de elementos que forman el sistema.
• Su estructura, el conjunto de relaciones que se establecen entre dichos elementos.
• El entorno, los elementos exteriores al sistema pero que influyen sobre él.
•  Los límites, elementos del sistema a través de los cuales entra en contacto con su entorno.

 

 Las relaciones que los sistemas establecen con su entorno permiten distinguir entre tres tipos: los sistemas aislados no intercambian ni materia ni energía con el exterior, los sistemas cerrados intercambian energía, pero no materia, y los sistemas abiertos intercambian con su entorno materia y energía. Los seres vivos somos un ejemplo claro de sistema abierto, mientras que nuestro planeta en su conjunto puede considerarse, en la práctica, como un sistema cerrado. Es más difícil encontrar un ejemplo real de sistema aislado, porque cualquier entidad está relacionada con lo que la rodea, a excepción, por la propia forma en que lo definimos, del Universo en su conjunto.

El modo en que la teoría general de sistemas propone en que se estudien este tipo de entidades trata de evitar dos enfoques parciales que se habían utilizado en el pasado. Por una parte, el enfoque reduccionista, que trataba de conocer las propiedades de una entidad analizando sus partes, y por otra el enfoque holista, que buscaba comprender el conjunto de la entidad, pero olvidando su composición. Frente a tales enfoques, los dos limitados, la TGS propone un enfoque que denomina sistémico, que se preocupa tanto por analizar los sistemas como por comprender los aspectos globales de su funcionamiento.

Sin embargo, asumiendo que los sistemas son entidades extremadamente complejas, la Teoría General de Sistemas hace especial hincapié en el uso de modelos como herramientas para su estudio. Un modelo es una representación simplificada de la realidad que, a pesar de eliminar algunos aspectos de la misma, es aún capaz de ofrecernos información útil sobre ella. Tanto en la ciencia como en la vida cotidiana utilizamos frecuentemente modelos de diferentes tipos: icónicos (representan la realidad mediante una imagen), analógicos (establecen comparaciones con otros objetos más conocidos), conceptuales (traducen el sistema a un conjunto de ideas relacionadas) o matemáticos (reproducen las características del sistema utilizando expresiones matemáticas y datos numéricos). Por otra parte, es posible estudiar los sistemas desde dos puntos de vista complementarios: un enfoque de caja negra, en el que se trata de comprender el sistema "desde fuera", observando lo que recibe del exterior (entradas) y lo que produce hacia el exterior (salidas) y otro de caja blanca, en el que se "penetra" en el interior del sistema, para estudiar su composición, su estructura, su dinámica y sus funciones.

El estudio estructural de los sistemas y de la evolución en el tiempo de las relaciones entre sus elementos tiene una importancia particular en la Teoría General de Sistemas, hasta el punto de que se ha desarrollado una disciplina científica, la Dinámica de Sistemas, que se ocupa específicamente de estos temas. La TGS extiende los tipos de relaciones que se dan entre los elementos de un sistema. Mientras en los enfoques científicos tradicionales se prestaba interés, especialmente, a las relaciones causa-efecto entre dos elementos, el enfoque sistémico abre el abanico de estudio para fijarse también en las relaciones múltiples (encadenadas, una causa con múltiples efectos, un efecto con múltiples causas...) y recíprocas.

Precisamente el estudio de las interacciones recíprocas entre elementos constituye una de las grandes contribuciones de la Dinámica de Sistemas. Este tipo de relaciones, que ya se conocían en diferentes ámbitos (la Ecología, la Fisiología o la Informática, por ejemplo) suponen que, entre dos fenómenos relacionados entre sí (como el número de predadores y de presas en un ecosistema, por ejemplo) no se pueda hablar propiamente de causa y efecto, porque ambos actúan a la vez como una cosa y como la otra. En vez de esto, se dice que ambos elementos constituyen un ciclo de retroalimentación, en el que se influyen mutuamente provocando comportamientos bien definidos del conjunto de elementos que intervienen en el ciclo. Existen dos tipos de ciclos de retroalimentación:

• Los ciclos de retroalimentación negativa se caracterizan porque las relaciones entre los dos elementos que los forman se contraponen: mientras que una de ellas es una relación directa, la otra es inversa. Esto provoca que las variaciones de un elemento del ciclo compensen las del otro, de modo que el conjunto del ciclo tiende a mantenerse estable dentro de unos límites. Este tipo de ciclos constituye la base de los sistemas de control cibernéticos, tales como los termostatos, pero también de los sistemas que tienden a mantener el equilibrio químico, las condiciones internas de un organismo o el equilibrio ecológico en un ecosistema.

  

• Los ciclos de retroalimentación positiva se establecen cuando la relación entre los elementos del ciclo es del mismo signo, ya sea en ambos casos de proporcionalidad directa o inversa. Al contrario que los ciclos negativos, el efecto de este tipo de bucles es siempre desestabilizador: si las dos relaciones son positivas, ambos elementos del ciclo tienden a crecer desmesuradamente (crecimiento explosivo), con lo que tarde o temprano acabarán agotando los recursos del sistema, mientras que si las dos relaciones son negativas ambos elementos tienden a disminuir. Lamentablemente, la acción humana sobre su entorno ha provocado, en muchas ocasiones, la destrucción de ciclos de retroalimentación negativa y la aparición de otros de carácter positivo.

 

Cada sistema posee una función, que podría definirse como el conjunto de cambios internos que sufre el sistema como consecuencia de sus acciones. Entre tales funciones pueden señalarse, a modo de ejemplos, la acumulación de materia o energía, la transformación de unos tipos de materia o energía en otros o la realización de un trabajo, como el mantenimiento de su propia organización.

Algunos sistemas tienden a desaparecer al cabo de cierto tiempo, mientras que otros se caracterizan por su capacidad de automantenerse y evolucionar. Estos sistemas tienen bastantes características en común:

•  Tienen reglas de funcionamiento complicadas
• Poseen un elevado número de componentes que, además, están muy relacionados entre sí (alta conectividad, estructura muy compleja)
• Presentan una inercia muy elevada, debido a su gran tamaño o porque tienen mecanismos que se oponen al cambio (homeostáticos)
• Poseen mecanismos capaces de acumular grandes cantidades de energía, y otros que pueden liberarla en tiempos muy cortos.

Los cambios sufridos por este tipo de sistemas les permiten adaptarse a su entorno, haciendo que el sistema evolucione aun manteniendo algunas características reconocibles. Los sistemas que evolucionan suelen mostrar ciertas tendencias comunes, entre las que destacan el aumento de su complejidad, que se manifiesta en un incremento de su número de elementos, que se hacen también más diversos, y que incrementan el número de relaciones entre ellos, estableciendo, en particular, nuevos y numerosos ciclos de retroalimentación negativa.

¿Qué es esa cosa llamada ciencia?

Parece que un blog con el título que tiene este tendría que haber empezado por aquí, pero las cosas salen como salen, y nunca es demasiado tarde para tratar de enmendar errores. El caso es que se trata de una pregunta importante, y se merece una respuesta.

Cualquier enciclopedia que se precie dará una definición de ciencia. Y cualquier libro de texto, o muchos tratados filosóficos que se pregunten acerca de la naturaleza del conocimiento... Como yo no estoy capacitado para inventarme una definición diferente, voy a pedir prestada una, aunque no procede de ninguno de esos textos, sino de un autor de literatura fantástica: Terry Pratchett.

"CIENCIA:

Una manera de descubrir cosas y hacerlas funcionar.

La Ciencia explica lo que sucede a nuestro alrededor en todo momento.

Lo mismo hace la RELIGIÓN, pero la Ciencia es mejor porque, cuando se equivoca, ofrece excusas más comprensibles.

Hay mucha más ciencia de lo que uno se imagina.

De Una enciclopedia científica para el joven gnomo curioso, por Angalo de Mercería"

("El éxodo de los gnomos", Terry Pratchett)

Bien, aunque parezca una broma es una definición como otra cualquiera, con la ventaja de que todo el mundo puede entenderla a la primera: se trata de conocer el mundo que nos rodea, y de dar explicaciones de cómo suceden las cosas. Y como los hombres nunca somos infalibles, de explicar de forma humilde y acertada en qué y cómo nos hemos equivocado en nuestras interpretaciones. Por último, es cierto que hay mucha más ciencia a nuestro alrededor de lo que nos gustaría suponer.

Vamos a tratar de profundizar un poco más, sin despegarnos de nuestra primera idea de lo que es la ciencia y teniendo en cuenta que, como todos los conceptos construidos a lo largo del tiempo, la idea de la ciencia ha ido cambiando de unas épocas a otras. Empezaremos por el principio: los hechos que observamos (o creemos observar).

Aunque algunas escuelas filosóficas dudan de la existencia de una realidad objetiva ajena a nosotros mismos, la mayoría de nosotros opina que dicha realidad existe, y que podemos hacernos una idea de ella a través de los órganos de los sentidos. Sigue habiendo mucho debate filosófico en torno a si nuestros sentidos nos engañan, o si nos permiten aprehender la realidad en su esencia... Quedémonos un poco más cerca, en el hecho de que nos proporcionan, al menos, una noción congruente de lo que nos rodea.

Utilizo el término congruente, a falta de otro más apropiado, para indicar que la información que recogemos de la realidad nos permite ajustar de un modo apropiado la respuesta que producimos. Dicho de otra forma, aquello que percibimos como sólido e impenetrable, por ejemplo, suele comportarse (salvo excepciones) como sólido e impenetrable. Así pues, podemos decir que, a través de nuestros sentidos, obtenemos una información acerca de la realidad lo suficientemente válida como para servirnos de ella de un modo adecuado. Este conocimiento es evidente, en el sentido de que podemos percibir su verdad o falsedad directamente.

Sin embargo, un primer problema para nuestro conocimiento del mundo que nos rodea es que no toda la realidad es accesible. En ocasiones algunos de sus aspectos están ocultos (por ejemplo el interior de la Tierra), en otras ocasiones resulta demasiado pequeña (la estructura atómica) o demasiado grande (el Universo en su conjunto), o está demasiado lejana (las estrellas) para poder ser captada correctamente por nuestros sentidos.

Más allá de la información

Si deseamos obtener un conocimiento no evidente de la realidad deberemos interpretarla. La interpretación nos proporciona una explicación del mundo, es decir, nos permite establecer relaciones entre lo que conocemos y lo que no conocemos, basada en nuestra propia experiencia de acuerdo con lo que podríamos llamar el "sentido común". George Kelly, un psicólogo americano, ha desarrollado una teoría de la interpretación personal según la cual las personas organizamos la información de la que disponemos para poder predecir acontecimientos futuros. Nuestros conocimientos, después, se contrastan con la experiencia.

Según este modelo, utilizamos las explicaciones a medida que las necesitamos, de modo que no pretendemos, en general, un conocimiento profundo de los fenómenos que no nos afectan directamente, ni de las causas que provoquen los fenómenos, a no ser que nuestras interpretaciones no se vean ratificadas por la realidad.

La interpretación personal nos ofrece un conocimiento limitado de la realidad por varios motivos: en primer lugar, los modelos de la realidad pueden ser distintos para cada persona, en función de su experiencia personal; por otra parte, nada nos garantiza que el conocimiento que desarrollamos de este modo sea válido, es decir, se ajuste fielmente a la realidad; por último, la interpretación personal se limita al ámbito de nuestra propia experiencia (en sentido amplio), lo que llevaría a la necesidad de experimentar (no necesariamente de forma directa) todo aquello que otros han conocido ya para adquirir conocimiento acerca de esos aspectos de la realidad.

Ante esa limitación de nuestra capacidad de descubrimiento se hace necesario buscar una alternativa: encontrar el modo de que el conocimiento adquirido por una persona pueda ser considerado válido por los demás, sin necesidad de que cada uno repeta el proceso que llevó al primero a desarrollar ese conocimiento. Se trata, por lo tanto, de encontrar las características que hacen que un cierto conocimiento de la realidad sea válido.

La primera respuesta que se dio a este problema, y la más sencilla, es el argumento de autoridad, que consiste en considerar que ciertas personas, por alguna razón personal o de estatus, poseen un conocimiento cierto de la realidad. De hecho, ese es el sistema tradicional por el que se sigue transmitiendo el conocimiento en las instituciones académicas: el profesor, por el hecho de serlo, tiene el conocimiento válido de su materia, y los alumnos lo adquieren confiando en su validez a priori.

Sin embargo, un sano escepticismo nos debería hacer críticos frente a ese argumento: ¿quién nos libra de la voluntad del engaño por parte de la autoridad? O, incluso siendo más benévolos ¿Cómo podemos garantizar que quien ostenta esa autoridad no está, simplemente, equivocado? Es sobradamente conocido que los principios de la ciencia establecidos durante la antigüedad en Grecia se mantuvieron inmutables hasta el Renacimiento. Por ejemplo, Ptolomeo había establecido un modelo cosmológico en el que la Tierra ocupaba el centro del Universo. Sus observaciones, apoyadas por la autoridad de los libros sagrados con los que parecía coincidir, y refinadas por modificaciones ad hoc (es decir, hechas expresamente para ajustar la teoría, sin modificarla, a nuevos problemas), mantuvieron ese sistema cosmológico hasta ciento cuarenta años después de que Copérnico propusiera el suyo, que se ajusta mucho mejor, y de modo más sencillo, a lo que hoy en día conocemos de la mecánica celeste.

La Lógica como respuesta

Si no confiamos en la autoridad, habrá que establecer un método. Es decir, desechado el principio de que ciertas personas poseen la verdad, es necesario centrarse en las características del propio conocimiento, y del modo en que se elabora, para poder establecer criterios que permitan evaluar su validez. Así llegamos a considerar que es necesario que el descubrimiento siga un método, al que hemos llamado método científico.

Aunque en realidad no debería hablarse de un método científico general, sí que podemos considerar que existe un conjunto de reglas que podemos aplicar a la hora de obtener nuevos conocimientos y que nos garantizan que ese conocimiento será válido. Para ello, es imprescindible que tales reglas se ajusten a los principios básicos de la Lógica, cuya validez, por otra parte, está en la base de todo nuestro pensamiento.

La Lógica es el estudio de las relaciones correctas entre conceptos, juicios y razonamientos. Se interesa por la estructura o la forma del pensamiento, y no por su contenido. En una de sus ramas, la Epistemología o Metodología de la Ciencia, se encarga de estudiar las normas del pensamiento científico.

La Lógica es confiable por varios motivos:

• Aplica principios universales evidentes.
• Utiliza operaciones matemáticas para aplicarlas a las estructuras del pensamiento.
• Informa de si las operaciones que hacemos sobre el pensamiento mantienen el valor de verdad o falsedad de los enunciados.

De este modo, aplicando las reglas de la Lógica a una cadena de pensamientos, tendremos la seguridad de conocer si el resultado final es verdadero o es falso, al igual que, siguiendo una serie de operaciones matemáticas correctas, podemos calcular el resultado final con plena certeza. La analogía es válida en otro sentido: las matemáticas nos proporcionan las reglas, pero su aplicación puede estar sujeta a error. Lo mismo ocurre con la lógica.

La herramienta básica de la lógica es el razonamiento. Se trata de un proceso de pensamiento que, partiendo de proposiciones conocidas, permite llegar a una proposición nueva, desconocida. Una proposición, en este ámbito, es un enunciado simple que contiene una afirmación y que puede ser verdadero o falso, pero no ambiguo ni contradictorio ni paradójico. En el razonamiento, operación mental que practicamos a diario, partimos de dos enunciados conocidos de este tipo, a los que en lógica se les da el nombre de premisas, y acabamos llegando a un tercer enunciado, que recibe el nombre de conclusión. Nuestro lenguaje posee muchos términos que indican que estamos llevando a cabo un razonamiento, y que nos permiten identificar las premisas y las conclusiones; por ejemplo, expresiones como "puesto que...", "dado que...", "si se cumple...", etc., nos marcan que estamos ante el planteamiento de una premisa, mientras que otras como "por lo tanto...", "en consecuencia...", "por consiguiente..." identifican la conclusión.

Un razonamiento es válido cuando la conclusión se deriva necesariamente de las premisas. Para comprobarlo, la Lógica ha desarrollado herramientas llamadas tablas de verdad con las que, conociendo los valores de verdad de las premisas y la conclusión, se puede conocer la validez del razonamiento:

• Si las premisas son verdaderas y la conclusión es falsa, el razonamiento es inválido.
• Si las premisas son verdaderas y la conclusión también, el razonamiento es válido.

Las proposiciones que forman las premisas de un razonamiento pueden ser de cuatro tipos: universales positivas, universales negativas, particulares positivas y particulares negativas. De acuerdo con las normas de la Lógica, en un razonamiento válido las conclusiones son siempre menos generales que las premisas; este tipo de razonamiento, el único considerado válido, se denomina razonamiento deductivo o deducción. La deducción nos permite, conociendo verdades universales, predecir fenómenos que sean conclusión necesaria de tales verdades.

Esto conduce a un nuevo problema en nuestro afán de conocer la realidad que nos rodea: nuestras observaciones del mundo son, necesariamente, particulares; no podemos, siquiera, observar todos los perros que existen para poder decir "Todos los perros tienen cuatro patas". A pesar de ello, nuestra pretensión es  conocer verdades universales, lo que en lógica se denomina razonamiento inductivo o inducción. Ahora bien, mientras la inducción sí es posible y válida, con ciertas condiciones lógicas, en matemáticas, no es un modo de razonamiento válido con carácter general. ¿Nos lleva esto a un nuevo callejón sin salida?

La ciencia ha tratado de solventar este problema de diferentes modos; por ejemplo, la lógica y las matemáticas han desarrollado un cuerpo de conocimientos basados en la deducción y en ciertos principios inductivos. Las ciencias experimentales, por su parte, han desarrollado un método válido basado en la combinación de inducción y deducción, llamado método hipotético-deductivo.

El método de las ciencias experimentales

Las ciencias experimentales o empíricas estudian los fenómenos observables en la naturaleza. La observación, primer elemento de este tipo de ciencias, consiste en el estudio de las características del fenómeno y del modo en que dichas características varían en diferentes condiciones. La observación puede ser directa, cuando se realiza según el fenómeno se produce en la naturaleza, o experimental, es decir, provocada en condiciones controladas.

El experimento es el eje central de las ciencias experimentales porque permite establecer relaciones causales. La relación causa-efecto nos permite explicar lo que ocurre a nuestro alrededor, porque establece una relación de necesidad entre un fenómeno (causa) y otro (efecto), de modo que el segundo no puede darse si no se da el primero. Conocer las relaciones entre causas y efectos nos permite, por tanto, predecir los efectos, que es, desde el principio, uno de nuestros objetivos fundamentales. Para que un fenómeno A sea causa de B tienen que darse las siguientes condiciones:

• Que A ocurra antes que B
• Las variaciones de A van acompañadas de variaciones de B
• Que siempre que ocurra B haya ocurrido antes A (causa necesaria)
• Que siempre que ocurra A ocurra también B (causa suficiente)
• Que A y B se produzcan cerca en el espacio y en el tiempo.

En la naturaleza, los fenómenos no se producen aislados, sino que generalmente ocurren varios a la vez o en muy poco tiempo, lo que dificulta la identificación de las relaciones causales. Los científicos tratan de resolver esto mediante el diseño y la realización de experimentos. Básicamente, un experimento es una repetición controlada de un fenómeno natural. En el diseño del experimento es necesario identificar todos aquellos fenómenos que ocurren y que podrían llegar a tener influencia sobre el efecto. La forma más sencilla de conseguirlo es o bien eliminar la influencia de los fenómenos indeseables, o bien mantener constantes todos los fenómenos que se consideran "extraños" (que no son la causa), apoyándose en la segunda de las condiciones anteriores (la "ley de las variaciones concomitantes").

Las ciencias experimentales utilizan el método hipotético deductivo, que consiste en que, dado un problema de investigación, en generar una hipótesis, es decir, una explicación "plausible" del fenómeno que se está estudiando. No sabemos nada, en principio, acerca de la validez de la hipótesis, y no es posible garantizarla mediante inducción, aunque la inducción pueda ser un buen camino para llegar a ella. Es decir, observar cientos de perros con cuatro patas no garantiza que todos los perros vayan a tener cuatro patas, pero parece probable que sea así. La verosimilitud, a la luz de lo que ya sabemos, es una buena base de trabajo para proponer una buena hipótesis.

El punto más delicado del proceso científico es, sin lugar a dudas, la comprobación de la hipótesis., ya que  en este paso vamos a poder garantizar que el conocimiento que acabamos de generar es válido. Para conseguirlo, la ciencia recurre a una especie de "treta" basada en la deducción: ya que no podemos demostrar que la hipótesis es correcta, porque la inducción no es un método correcto de descubrimiento, al menos podremos demostrar que la hipótesis contraria a la nuestra es falsa...

Así pues, una vez formulada nuestra hipótesis se formula también una hipótesis alternativa, que debe ser complementaria de la nuestra. Esto significa que no debe haber otras hipótesis posibles, que no sean ni la una ni la otra, capaces de explicar el fenómeno que estudiamos. Lo que queda ahora es demostrar que la hipótesis alternativa es falsa, para lo cual basta con encontrar un caso en el que no se cumpla.

Desde el punto  de vista de la lógica, tenemos dos proposiciones (hipótesis), a y no a, tales que son complementarias, es decir, no hay ninguna otra alternativa posible a ellas. No podemos demostrar que a es verdadera, pero sí que no a es falsa. Decir que no a es falsa, equivale a decir que a es verdadera.

Este método de "demostración por falsación" es plenamente deductivo, y por lo tanto válido desde el punto de vista de la lógica. Tiene, no obstante, el problema de que es imprescindible conseguir la complementariedad plena entre la hipótesis de trabajo y la hipótesis alternativa, lo que no se logra en todos los casos.

La falsación tiene más importancia aún en la epistemología de la ciencia. Karl Popper, un filósofo austriaco que se dedicó a este ámbito, propuso utilizar el criterio de falsabilidad también como criterio de demarcación entre el conocimiento científico y el no científico. Es decir, para Popper, una proposición puede entenderse como científica si es posible encontrar una proposición alternativa cuya falsedad pueda demostrarse.

Así que algunas cosas no son ciencia...

La pretensión de la ciencia de conseguir un conocimiento válido, y el éxito que ha tenido históricamente a la hora de explicar y predecir fenómenos, le ha concedido un "estatus" social que ha llevado, por otra parte, a ciertos grupos a querer amparar bajo el concepto de ciencia conocimientos, teorías o propuestas que no se corresponden con lo que debe ser considerado ciencia.

Por otra parte, el creciente valor que la sociedad ha concedido al conocimiento científico, derivado de su propia validez, ha conducido, en ocasiones, a un cierto enfrentamiento entre la ciencia y las creencias, en particular las de tipo religioso. Curiosamente, en este enfrentamiento, prolongado a lo largo de la historia, se podrían distinguir dos fases: en la primera, las religiones trataban de defender su descripción del mundo físico, heredera de su primitiva explicación mitológica del mundo. Esta primera fase de enfrentamiento ha sido, en general, superada, porque la mayoría de las religiones han terminado por reconocer que esas explicaciones, contenidas en sus libros sagrados, como metáforas para explicar el mundo de un modo sencillo. La descripción del mundo físico ha quedado, pues, para la ciencia.

La segunda fase de la confrontación se ha generado, más recientemente, por una falsa polémica: la posibilidad de que la ciencia niegue la existencia de Dios. La polémica es falsa porque la ciencia, como tal, no tiene nada que decir acerca de la existencia de Dios; se trata de una proposición que no admite falsación, ya que no existe ninguna consecuencia necesaria que pueda ser admitida, por los creyentes, como prueba de la existencia divina.

Al margen de las religiones, cuyo ámbito de actuación es diferente al del conocimiento científico, existe todo un conjunto de conocimientos que reclama para sí el carácter de científico, pero sin someterse a los controles de validez que sí pasan los descubrimientos científicos. Muchos de estos "saberes" no son falsables. En otros casos, aunque la falsabilidad es posible (por ejemplo, en el caso de la astrología es fácil comprobar si sus predicciones son correctas o no), la falsación no tiene ningún efecto sobre los métodos ni los contenidos de la supuesta ciencia.

En el blog "Science, Reason and Critical Thinking" han sistematizado este conjunto de modos de pensar y lo han representado en forma de tabla periódica.

 

La evolución del pensamiento científico

A pesar de que la ciencia deba considerarse un modo válido de conocimiento, las teorías científicas aceptadas por la comunidad científica han ido cambiando a lo largo del tiempo. Evidentemente, esto indica que las teorías abandonadas estaban equivocadas, y por tanto no eran conocimiento válido...

En realidad, la situación no es tan simple. La afirmación de que las teorías desechadas estaban equivocadas es cierta desde un punto de vista histórico, es decir, viéndolo en retrospectiva. El conocimiento que la ciencia proporciona explica en un momento dado los hechos que son conocidos en ese momento, y a la luz del marco teórico aceptado también en ese momento. Con una visión pragmática, los conocimientos científicos de una época son válidos en tanto que permiten, en esa época determinada, dar una explicación coherente a los fragmentos de realidad que en ese momento se perciben y conocen.

¿En qué lugar deja eso a la búsqueda de la verdad objetiva por parte de la ciencia? En realidad no lo sabemos, porque no tenemos una visión externa a la ciencia de cuál es esa verdad objetiva. ¿Significa eso que la ciencia está equivocada? No necesariamente. Utilicemos una metáfora para explicarlo: supongamos que podemos comparar la realidad con el número pi. Sabemos que pi tiene un número infinito de decimales, por lo que nunca llegaremos a conocer su valor exacto. Sin embargo, sí que podemos acercarnos a ese valor real, y además ir acercándonos progresivamente a él. Decir que pi tiene un valor entre 3 y 4 no es incorrecto; puede ser insuficiente para algunas aproximaciones, pero seguramente será suficiente para otras. Si acotamos pi entre 3,1 y 3,2 negamos una serie de valores que antes podíamos considerar válidos, a la vez que nos acercamos más a conocer el auténtico valor de pi. Algo parecido ocurre con el conocimiento científico: los nuevos descubrimientos pueden negar validez a otros que antes se consideraban correctos, acercándose a la vez un poco más al conocimiento de la realidad. 

Otra cita para acabar, esta vez relacionada con el interés de la ciencia para todo el mundo. Decía Isaac Asimov, químico, divulgador científico y escritor de ciencia ficción:

Un público que no comprenda cómo funciona la ciencia puede ser fácilmente presa de todos esos ignorantes [...] que se burlan de lo que no comprenden, o de los propagadores de slogans que afirman que los científicos son los guerreros mercenarios de hoy en día, y meros instrumentos en manos de los militares [...]. La diferencia [...] entre [...] comprendender y no comprender [...] es también la diferencia entre el respeto y la admiración por un lado y el odio y el miedo por otro.

La validez de la información en internet

Internet pone a nuestra disposición una cantidad ingente de información. Basta observar el número de páginas que nos proporciona google como resultado de cualquier búsqueda para sentirnos bastante abrumados.

Entre tanta información, además de perderse, es fácil no encontrar la que buscamos. O, peor aún, no saber si la información que hemos encontrado es válida, es decir, si se ajusta al conocimiento aceptado sobre el tema que estamos tratando. En este caso, nos encontramos con que contar con tal cantidad de información no es una ventaja, sino un problema. ¿Qué hacer, en ese caso?

El problema no es demasiado diferente al que se encuentra un investigador que trata de reconstruir la historia de un lugar o de una cultura partiendo de sus tradiciones: entre lo que puede recopilar encontrará tanto hechos que pueden ser ciertos enmarañados con fabulaciones o hechos imaginados, que han pasado a formar parte de las tradiciones. ¿Cómo se resuelve el problema?

Se trata de una cuestión importante, a la que se presta atención en el proceso de investigación: la validación de las fuentes que se utilizan para obtener información. Los investigadores lo resuelven de dos modos distintos: analizando la validez intrínseca de la fuente de información y triangulando las fuentes que utilizan. Julián Ochoa recoge en la siguiente presentación los aspectos que deben ser tenidos en cuenta para analizar si una determinada fuente de información en internet es o no válida.
Validacion

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Básicamente se trata de averiguar las características más importantes de la fuente de información:

• ¿quién?: autoría del texto
• ¿qué?: contenido
• ¿dónde?: área geográfica
• ¿cuándo?: actualidad
• ¿cómo?: exposición de los datos
• ¿por qué?: finalidad del web

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación como herramientas para el conocimiento

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación son un conjunto de técnicas, desarrollos y dispositivos avanzados que integran funcionalidades de almacenamiento, procesamiento y transmisión de datos. Aunque esta definición puede aplicarse a cualquier herramienta que se base en algún equipo técnico con vistas a la comunicación, como la televisión o la telefonía, normalmente suele aplicarse a los ordenadores que trabajan interconectados a través de internet.

Historia de la informática

Los primeros ordenadores fueron, en realidad, algo muy diferente a lo que nosotros entendemos ahora. Ya en la antigüedad se construyeron artefactos mecánicos que servían para realizar cálculos, y que podrían considerarse los primeros antecesores de nuestros ordenadores. El más antiguo de estos aparatos es, indudablemente, el ábaco, que tiene unos 5000 años de historia, mientras que la primera “máquina” capaz de sumar y restar es la pascalina, inventada por Blaise Pascal en 1642. Leibintz construyó, unos treinta años más tarde, otra máquina capaz también de multiplicar y dividir.En 1801 los telares Jaquard eran controlados mediante tarjetas perforadas, en lo que puede considerarse el comienzo de la robótica, y en ese mismo siglo se produce la primera máquina que reúne las características básicas de un ordenador: la máquina analítica de Charles Babbage incluye una memoria, una unidad de cálculo y una unidad de control de operaciones.

La máquina analítica es, también, la primera que trata de "resolver problemas" y no de realizar cálculos.

Entre estos precursores de la informática hay también una máquina española, la máquina de ajedrez de Leonardo Torres Quevedo, que era capaz de resolver por sí misma la situación de torre rey contra rey (es decir, uno de los jugadores posee rey y torre, mientras que el otro solo tiene el rey. Esta posición, jugada adecuadamente, conduce al mate; la máquina de Torres Quevedo era capaz de dar mate en menos de diez jugadas, que es lo que marca el reglamento).

Aparte de los desarrollos puramente técnicos, el avance más significativo en lo que supone la informática se debe a la Segunda Guerra Mundial. En esa contienda, Alemania desarrolló un sistema de cifrado de claves (esto es, un mecanismo para transmitir mensajes codificados de forma que no pudieran ser entendidos por el enemigo) llamado la "máquina enigma". Los aliados trataron de diseñar un sistema para "reventar" esas claves. En ese proyecto participó Alan Turig, uno de los padres de la inteligencia artificial. Aunque los resultados no fueron los esperados (la máquina enigma se descifró gracias a que fue capturada una de ellas en un submarino), los estudios que se llevaron a cabo abrieron la vía hacia el "software" de nuestros ordenadores.

Los primeros grandes ordenadores son militares. En esta categoría se incluyen el Mark I y el ENIAC, construidos justo al final de la Segunda Guerra Mundial. El primer ordenador civil es el UNIVAC, construido en 1946; en 1948 se construye el primer módem, aparato que permite la transmisión de datos entre ordenadores, y en 1950 Turig publica un artículo histórico: "Computing Machinery and Intelligence".

A partir de este momento, la tendencia general en la evolución de la informática es la reducción de tamaño, posible gracias a una reducción de tamaño en los componentes. Los primeros ordenadores "modernos" funcionaban gracias a válvulas electromecánicas, que fueron sustituidas por transistores y, en la actualidad, por circuitos integrados. Así se llegó a la fabricación de los primeros "ordenadores personales", el Altair 8800 (1975) y el Apple II (1977).

En cuanto al uso de los ordenadores como gestores y transmisores de información, el primer avance fue de naturaleza teórica: en 1938 Shannon publicó su "teoría de la información". Este desarrollo ha tenido importantes repercusiones tanto dentro como fuera del campo de la informática (en la Lingüística, pero también en Biología, por ejemplo). Las ideas más aplicadas hacia la creación de una red de ordenadores se deben, en primer lugar, a Joseph Carl Robnett Licklider, que en un artículo de 1960 titulado "Man-Computer Symbiosis" hablaba de la posibilidad de crear una red de ordenadores formada por thinking centers. El propio Licklider participó en el desarrollo de ARPANET, la primera red eficaz de ordenadores, de carácter militar y universitario, que se empezó a construir en 1967. La primera comunicación entre dos ordenadores conectados a ARPANET tuvo lugar en 1969, aunque fue un fracaso parcial (trataban de transmitir la palabra "login", pero solo lograron enviar las dos primeras letras).

Otro concepto teórico de gran importancia en el sistema de comunicación basado en internet es el de hipertexto, desarrollado en 1965 por Theodor Holm Nelson. Un hipertexto es un "contenedor de información" que incluye no solo referencias a otras informaciones, sino la posibilidad de utilizar esas referencias para acceder a la información completa a través de hiperenlaces.

ARPANET consiguió ser funcional en 1971. Esto supuso resolver problemas como adoptar reglas que definieran las características de las comunicaciones (protocolos de red) o utilizar el carácter arroba (@) para identificar los nombres de los usuarios para enviar mensajes de correo electrónico. En 1973 se adoptaron los dos protocolos más utilizados en la actualidad en la comunicación de datos: TCP (Protocolo de control de transferencias, para establecer los parámetros de los envíos) y FTP (File Transfer Protocol), que hace posible el envío de ficheros. En 1976 el protocolo TCP se divide en dos partes, para liberar de trabajo a los routers, dando lugar a nuestro actual protocolo TCP/IP.

Entre 1973 y 1990 se multiplica el número de redes de ordenadores, lo que supone ciertos problemas de conexión entre ellas. En 1991 se crea, por fin, la World Wide Web, que adopta tres estándares que, desde entonces, se han hecho universales:

• El uso de un programa "cliente" (que reside en tu propio ordenador) que permite acceder a la red. Se trata de los navegadores web (como Internet Explorer, Mozilla o Google Chrome).
• La inclusión de la información mediante hipertextos transferidos entre ordenadores mediante un único protocolo, el HTTP (Hiper Text Transfer Protocol)
• La adopción de un lenguaje determinado, el html (HiperText Markup Language) para escribir la información que se incluye en la red.
  

Estos estándares se siguen usando en la actualidad, del mismo modo que se utilizan los protocolos TCP/IP y FTP. Si te fijas en la dirección de esta misma página, podrás ver que empieza por las letras http, lo que indica que utiliza ese protocolo para transferir la información. Si editas la página, podrás ver el "lenguaje" en el que está escrita, html, que identifica las características del texto mediante "etiquetas" indicadas entre los signos "menor que" y "mayor que". Asimismo, en esta misma página tienes algún ejemplo de hiperenlace, identificado por el color azul del texto y la línea de subrayado bajo él.

En 1992 se incluyen los primeros grandes dominios dentro de la red: el de la Casa Blanca y el de las Naciones Unidas. A partir de entonces, el crecimiento de la red y de sus servicios ha crecido de forma continua y exponencial.

Todas estas cuestiones, y más temas de interés relacionados con el funcionamiento de la red, puedes consultarlas a través de la siguiente página: Internet Didáctica.
Si lo que te interesa es conocer los aparatos antiguos que han precedido a tu ordenador, puedes verlos en el siguiente archivo: Historia de la informática.

La web 2.0

A partir de 2004 empieza a hablarse de la "web 2.0" como algo nuevo que complementa y sustituye progresivamente los servicios que inicialmente prestaba internet. La idea de la web 2.0 no consiste tanto en una nueva tecnología, sino en un modo de entender la relación entre internet y los usuarios, basado en una mayor interactividad que pasa, necesariamente, por hacer más sencilla la participación activa de los usuarios en la creación de los contenidos de la red. Desde este punto de vista, se puede considerar que la web 2.0 es un modelo conceptual de internet para diseñar y construir webs interactivas que permiten:

• Una mayor interactividad con el usuario (blogs)
• Aprovisionamiento para gestores de contenido
• Redifusión de los contenidos de la red (feeds)
  
• Sindicación de contenidos (RSS)
• Desarrollo de redes sociales
• Desarrollo de aplicaciones de alta riqueza visual
• Modelos colaborativos.

A lo largo y ancho de la red pueden encontrarse multitud de esquemas y diagramas que tratan de explicar en qué consiste la web 2.0. A continuación se reproduce y desarrolla uno de ellos, en mi opinión bastante claro, recogido en la Wikipedia.

Conceptualmente, la web 2.0 es una plataforma basada en webs de lectura y escritura (esta es la principal diferencia con la web 1.0) controlada por el usuario (ésta también es una importante innovación). Esa plataforma está orientada a que el usuario pueda realizar un conjunto de operaciones como publicación personal de información (blogs), participación en redes sociales, comunicación cliente a cliente (independiente del servidor) y, sobre todo, personalización del acceso a estos servicios. Evidentemente, la posibilidad de utilizar todos estos servicios depende de la existencia de una cierta tecnología, pero ésta (y aquí viene otra novedad) es prácticamente transparente para el usuario. (El término correcto para este fenómeno es el de virtualización; se habla de virtualización de una tecnología cuando el usuario no necesita conocer su funcionamiento para utilizarla).

Un ejemplo bastante simple ayudará a entender la diferencia entre la web 1.0 y la 2.0. Un blog como éste es bastante parecido a lo que podía hacerse antes a través de una página web personal. Sin embargo, su realización es mucho más simple. Para elaborar una página web con la tecnología web 1.0 el usuario debía, en primer lugar, acceder a un sistema de alojamiento (hosting). Luego tenía que escribir la página, utilizando html (o un editor de este lenguaje, generalmente complejo) e introduciendo todos los elementos de diseño y las rutas hacia el resto de las páginas que iban enlazadas. Finalmente, debía utilizar un cliente FTP para enviar los archivos al servidor, organizándolos en las diferentes carpetas del sitio para que mantuvieran sus relaciones. El usuario de un blog simplemente accede al servicio (en este caso blogger), utiliza una de las plantillas de diseño (que puede modificar) y escribe, utilizando un editor de texto sencillo: ahora mismo estoy viendo en pantalla menos de 20 iconos que me indican las operaciones que debo realizar. Las operaciones de edición se reducen, prácticamente, a copiar y pegar.

Servicios y aplicaciones de la web 2.0

A continuación se describen brevemente algunos de los servicios web más utilizados.

Servicio	Descripción
Audioblogging y podcasting	Creación de archivos de sonido y vídeo que son distribuidos mediante RSS, de modo que pueden ser reproducidos por el usuario en cualquier momento
Blogs	Sitio web que se actualiza periódicamente y que recoge artículos (entradas, posts) de uno o varios autores. Los blogs nacieron como “cuadernos de bitácora”, páginas personales parecidas a diarios, pero se han convertido en el modo más simple de elaborar una página web sobre un tema determinado
Wikis	Sitio web colaborativo que puede ser editado por varios usuarios que tienen capacidad para crear, modificar o suprimir los contenidos del sitio. Muchas wiki se utilizan como “almacenes” de conocimiento, aportado por los participantes. La más conocida es, por supuesto, la Wikipedia, pero existen otros sitios similares, orientados a temas específicos, como Wikillerato.
Tagging y bookmarking social	Sistemas para que los usuarios almacenen direcciones de red y recursos que consideran interesantes. Pueden ser privados o compartidos (bookmarking social). Los recursos se “clasifican” o identifican mediante etiquetas (“tags”) que el propio usuario les asigna.
RSS y sindicación	Formato de datos que se utiliza para redifundir (sindicar) contenidos a los usuarios de un sitio web
Multimedia sharing	Sistemas que permiten compartir contenidos multimedia: vídeos (Youtube), fotos (Picassa, Flickr) o audio.
Redes sociales	Sitios web elaborados y gestionados por un grupo de usuarios con intereses comunes, que incluyen en sus páginas contenidos referentes a su tema de interés, o que las utilizan como medio de comunicación mediante correo electrónico o foros. Cualquier red social ofrece, además, la elaboración de blogs que son accesibles a los miembros de la propia red, así como la posibilidad de incluir otro tipo de archivos.