Cosas que habría que saber antes de estudiar ciencia (VII): Teorías vs experimentos.

Por Lorenzo Hernández • 26 jun, 2013 • Sección: Hablar de Ciencia

La teoría dice lo que observamos. Albert Einstein

Aún hoy existe un debate que se centra en la cuestión de la teoría frente al experimento.  Al final, resulta imposible deslindar si es la cara o la cruz de la ciencia, si es la teoría o la experimentación, lo que más ha hecho impulsar el conocimiento científico. Puede que haya gente que dedique su tiempo a ver hacia qué lado se equilibra la balanza pero realmente no existe ningún enfrentamiento porque ambos se complementan y son necesarios. En mucha ocasiones, una teoría ha predicho partículas que aún no se habían descubierto, como el positrón, de tal manera que es la teoría la que produjo el avance. Lo mismo ha ocurrido con el descubrimiento del bosón de Higgs o el efecto de la gravedad en la luz como predijo la teoría de la relatividad de Einstein. En otras, es el experimento el que pone en duda la teoría vigente y hace avanzar el conocimiento científico, como puede ser los experimentos de Galileo que le llevaron al principio de inercia o los de Lavoisier que le llevaron a enunciar la ley de la conservación de la masa. La teoría y la experimentación se necesitan mutuamente: una teoría no es más que una entelequia mientras no se verifica experimentalmente (como puede ser la teoría de cuerdas), pero por otro lado, un experimento se puede interpretar erróneamente sin una teoría que lo explique.

Parece ser que nos es difícil separar el mundo de las ideas (las teorías) con el mundo de los hechos (los experimentos) y ambos suelen estar entremezclados y ser interdependientes. Sin ideas previas no sabríamos qué buscar en los resultados de nuestros experimentos, ni lograríamos reconocer algún hallazgo nuevo, pero sin experimentos no podríamos poner a prueba nuestras teorías.

El alcance de las leyes y las teorías.

Las teorías no surgen de la mera interpretación de los resultados de la observación y la experimentación.

Aunque las leyes y teorías están relacionadas con los experimentos, porque son estos quienes las confirman o las refutan, van más allá de los resultados de los mismos y transcienden de la experiencia, ya que los experimentos se realizan en un lugar y en un momento determinado sobre un número reducido de muestras pero las leyes y teoría se formulan para ser válidas en todo tiempo y lugar. Resultaría tediosos explicar cómo va surgiendo una teoría porque como ocurre en la ciencia el proceso no siempre es el mismo, pero sí podemos afirmar que las teorías no surgen de la mera interpretación de los resultados de la observación y la experimentación ya que varias teorías pueden explicar los mismos datos.

Por ejemplo, imagina que los cosmólogos determinan que todas las radioestrellas observadas emiten Rayos X y un grupo de científicos propone la siguiente teoría: todas las radioestrellas tienen asociados campos magnéticos fuertes y todas las radioestrellas con campos magnéticos fuertes emiten Rayos X. Por tanto, los campos magnéticos fuertes son la causa de que las estrellas emitan Rayos X. Otro grupo de científicos puede proponer otra teoría que explique los mismos resultados: Todas las radioestrellas tienen núcleos de gran densidad y todas las estrellas con núcleos de gran densidad emitan Rayos X. Por tanto, los núcleos de gran densidad son los causantes de que las estrellas emitan Rayos X.

Los experimentos.

Si la suposición no concuerda con los experimentos es errónea. Eso es lo que hay. Richard Feynman 

No hay duda de que los experimentos son cruciales para la ciencia y sin ellos no hubiéramos avanzado porque son los que han hecho que verdades científicas muy arraigadas tuvieran que ser abandonadas incluso tras siglos o milenios manteniéndolas. Hoy día, el experimento es el que confirma o desmiente la teoría y el que hace abandonar nuestro sentido común de cómo funciona o debe funcionar el mundo para enseñarnos cómo funciona de verdad.

Así lo afirme Richard Feynman en una de sus clases: “Si la suposición no concuerda con los experimentos es errónea. Eso es lo que hay.”

El problema de los experimentos es que, en muchas ocasiones, son muy difíciles de realizar para que sean concluyentes y demuestren claramente que una teoría es errónea o cierta. A veces la interpretación del experimento como confirmación de una teoría se produce años después de haberse realizado dicho experimento. Suele ser la acumulación de experimentos y pruebas lo que hace abandonar una teoría. La ciencia tiene su propia inercia, que le hace tener un cierto conservadurismo, por otro lado necesario. Ocurrió hace poco con el experimento (finalmente fallido) de los neutrinos que viajaban más rápido que la luz y que ponía en tela de juicio una de las verdades científicas establecidas hoy día: nada (ningún objeto material y ninguna información) puede superar la velocidad de la luz (en el vacío).

Los experimentos nos pueden aportar evidencias empíricas pero no verdades científicas, como indiqué en el post “Evidencia empírica, conclusiones científicas y medios de comunicación“. Es decir, unos mismos datos obtenidos de un mismo experimento pueden llevar a conclusiones y explicaciones diferentes. Por eso es muy importante que los científicos den a conocer la metodología seguida, para que pueda ser reproducida y obtener los mismos datos. Así pues, la veracidad de la ciencia reside en el modo, medio o método por el cual la investigación científica plantea problemas y pone a prueba las soluciones propuestas. Si un conocimiento científico no tiene que ser necesariamente verdadero, debemos saber, en cambio,  cómo se ha llegado a ese conocimiento o enunciado.

Veamos un ejemplo para ilustrar que unos datos no nos dicen nada del comportamiento real de un sistema. Supón que realizamos un experimento donde relacionamos dos variables cualesquiera (x e y) y obtenemos un gráfico como el siguiente:

experimento Cosas que habría que saber antes de estudiar ciencia (VII): Teorías vs experimentos.

Si hacemos muchos experimentos y el resultado es el mismo podríamos concluir que cuando aumenta x siempre aumenta y, de tal manera que se trata de una ley (si es que se tratara de una ley: aumenta la presión, aumenta la temperatura, por ejemplo) que siempre se cumple (ver “Las leyes científicas“). Pero estos datos representados por puntos rojos también se pueden explicar si suponemos que y va aumentando o disminuyendo conforme aumenta x según el siguiente gráfico (perdón por el pulso):

experimento1 Cosas que habría que saber antes de estudiar ciencia (VII): Teorías vs experimentos.

Para obtener estos datos tendríamos que haber medido más veces y obtener más datos entre los puntos rojos para observar el comportamiento entre dichos puntos. Podemos suponer que, como no podemos hacer infinitas medidas, siempre habrá datos no medidos entre los datos medidos (entre los puntos rojos) por lo que siempre cabe la posibilidad de que para los mismos datos experimentales, ante la misma evidencia empírica, existan varias explicaciones posibles, es decir, de un mismo experimento pueden existir diferentes teorías que expliquen los resultados obtenidos.

La observación cargada de teoría.

Hay muchos ejemplos para ilustrar que “la observación nunca puede estar libre de la teoría”, como afirmaba Steven Weinberg (ver cita completa de “La observación nunca puede estar libre de la teoría” en Naukas). Os dejo el enlace “Stern y Gerlach: El experimento que cambió la física” de cienciaes.com, donde se pone de manifiesto lo afirmado con un ejemplo concreto: el espín.

Como he dicho antes, sin ideas previas no sabríamos qué buscar en los resultados de nuestros experimentos, ni lograríamos reconocer algún hallazgo nuevo, pero esto nos lleva a concluir que somos esclavos de lo que sabemos del mundo. Dependiendo de nuestro conocimiento del mundo (de nuestras teorías) las explicaciones e interpretaciones científicas de los experimentos van a ser distintas. No hay que irse muy lejos, la sola caída de una piedra de una torre ha sido explicada de distintas maneras conforme hemos ido entendiendo la gravedad. Aunque hagamos experimentos rigurosamente controlados siempre influirá la teoría en nuestra observación. Galileo, haciendo experimentos controlados con planos inclinados, también estuvo influido por la teoría: supuso (como no podía haber sido de otra manera) que el tiempo era una variable absoluta. Newton trató al tiempo de la misma manera. Si pudiéramos recibir una clase magistral de Galileo o Newton explicándonos por qué y cómo cae una piedra desde una torre lo harían de forma distinta a Einstein o a un científico actual porque cada uno tiene una visión del universo distinta, determinada por lo que sabemos en cada época sobre dicho universo.

Conclusión.

Podemos concluir que quizá se puede debatir, haciendo un estudio histórico, qué ha hecho avanzar más a la ciencia, la teoría o el experimento, pero no hay duda de que ambos son necesarios para el avance de la misma y se complementan. A veces irán de la mano y otras estarán enfrentados.

A modo de esquema:

teorías vs experimentos1 Cosas que habría que saber antes de estudiar ciencia (VII): Teorías vs experimentos.

pixel Cosas que habría que saber antes de estudiar ciencia (VII): Teorías vs experimentos.

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