Método hipotético-deductivo, Kuhn y la evolución del universo: fundamentos de la ciencia

Método hipotético-deductivo

El método hipotético-deductivo sigue estas etapas:

1. Observación de la realidad que queremos estudiar y planteamiento del problema que pretendemos investigar de la manera más cuidadosa posible. Es necesario que nuestra observación esté siempre orientada por la teoría de la que partimos.
2. Formulación de una hipótesis, que es la explicación o solución al problema planteado.
3. Deducción de las consecuencias que se derivan de la hipótesis formulada.
4. Siguiendo el protocolo de la ciencia, comprobamos si las consecuencias deducidas de la hipótesis se cumplen o no. Así, los científicos que realizan la investigación la aceptan o la rechazan.
5. Presentación de los resultados a la comunidad científica para que la apruebe mediante el sistema de publicaciones.

Así van apareciendo nuevas teorías y leyes, o se critican o confirman las ya existentes.

Los principales conceptos del pensamiento de Kuhn

• Paradigma: conjunto de leyes, teoría metodológica de investigación y criterios de validación que en algún momento la comunidad científica acepta.
• Preciencia: situación previa a la aparición de la ciencia normal. Se caracteriza por ser una etapa en la que existen varios paradigmas enfrentados.
• Ciencia normal: cuando la comunidad de científicos acepta un único paradigma.
• Crisis: son problemas que no acaban de solucionarse, resultados experimentales que cuestionan las teorías que constituyen el paradigma.
• Revolución: es cuando los paradigmas enfrentados durante la crisis crean tensiones entre los científicos que los defienden, que intentarán imponer su paradigma.

Características de las pseudociencias

• No utilizan la metodología científica.
• Son dogmáticas y no admiten refutación.
• No aportan nunca pruebas empíricas.
• Son inmutables.
• Utilizan un lenguaje científico solo en apariencia, malinterpretando muchas veces las palabras.
• Invocan entes inmateriales o sobrenaturales, que son inaccesibles o no se pueden comprobar.

Elaboración y publicación del conocimiento científico

El conocimiento científico debe conservar rigor y objetividad. Si no se respetan intencionadamente estas características, se trata de un fraude científico.

El fraude científico puede tener formas diferentes, como la invención y el falseamiento de los resultados experimentales. Las causas que explican el fraude científico son varias y no son muy diferentes de las causas que provocan el fraude en otros ámbitos humanos.

Por otro lado, los mecanismos de control creados por la comunidad científica no siempre funcionan como deberían, por razones muy diversas, como:

• Las réplicas de trabajos científicos difícilmente reciben subvenciones económicas.
• Si lo que se comprueba resulta cierto, todo el esfuerzo del autor que haya supuesto la réplica no representará ningún beneficio.
• El número reducido de novedades científicas.
• No siempre resulta sencilla la réplica de experimentos científicos, porque algunas veces son experimentos basados en situaciones difícilmente repetibles.

Otras veces, las condiciones experimentales son difícilmente reproducibles con tal exactitud porque intervienen variables.

También, los científicos que se dedican al control de la calidad de los artículos que se presentan para ser publicados en las revistas científicas especializadas están sometidos a presiones.

Síntesis de moléculas orgánicas

• Acumulación de moléculas orgánicas: no se descomponían ni eran digeridas, protegidas de radios ultravioletas, evolución química por radiaciones.
• Las primeras células: ARN y ribosomas.
• El metabolismo primero: defienden que el metabolismo de las células se organizó antes que la transmisión de la información.
• Las células: se consideran la unidad básica de organización biológica desde un punto de vista funcional.
• Protocélulas: microesferas (vida).
• Primeros organismos: cianobacterias (fósiles estromatolitos), 3500 m.a./3900 m.a. unicelulares, procariotas, anaerobios.

Teoría de la síntesis prebiótica

Oparin, 1924. Haldane, 1924. Composición atmosférica (H₂, NH₃, CO₂, N₂, H₂O), sin oxígeno libre. Experimento de Miller (1953): mediante reacciones químicas ordinarias de la materia inerte en las condiciones primitivas del planeta, se pudieron sintetizar las moléculas orgánicas. Experimentos posteriores: atmósfera sin oxígeno libre; fuentes de energía como radiación ultravioleta, descargas eléctricas y calor.

Teoría de la evolución

Antecedentes

• Fijismo y creacionismo: Dios creó en 6 días el mundo y lo que habitaba en él, y todas las especies habrían mantenido sus características de forma fija e invariable.
• Catastrofismo: se basaba en fósiles hallados que eran resultado de grandes catástrofes de escala planetaria que habían tenido lugar durante la historia de la Tierra, y habrían causado extinciones masivas y posteriores creaciones de organismos nuevos.
• Lamarckismo: los organismos cambian necesariamente a lo largo del tiempo en un proceso que pasa, de manera continua y gradual, de formas simples a otras más complejas. Los cambios en las condiciones del entorno originan que las especies modifiquen sus hábitos y que utilicen o no determinados órganos, los cuales se fortalecen o debilitan, llegando incluso a desaparecer.
• Darwinismo: Darwin extrajo los principios básicos de su teoría evolutiva. Antecedentes: conocimientos geológicos (James Hutton, Charles Lyell, uniformidad), Malthus (lucha por la supervivencia). Desarrollo: nacen más individuos de los que caben en nuestro planeta, lucha por la supervivencia; todos los organismos son distintos, hay variabilidad, algunas características pueden ser más favorables para la adaptación, y éstas se reproducen. Las especies cambian en un proceso lento y gradual de un millón de años; las especies emparentadas son antepasados comunes. El motor es la selección natural.

La teoría del Big Bang

Es la aproximación más productiva para explicar el origen del universo hace 15 000 millones de años. Se basa en la teoría de la relatividad general y ha encontrado apoyo en observaciones como la expansión del universo, la proporción de elementos primordiales y la radiación de fondo de microondas.

Pruebas experimentales del Big Bang

Toda teoría científica se construye a partir de un entramado de conceptos, modelos y observaciones, capaces de explicar adecuadamente los fenómenos estudiados. En el caso del Big Bang, el fundamento matemático lo constituye la teoría de la relatividad general. Las observaciones y predicciones generales son tres:

• La expansión del universo.
• La proporción relativa de elementos primordiales.
• La radiación de fondo de microondas.

La expansión del universo

En 1916, Einstein dio los primeros pasos fundamentales hacia la teoría del Big Bang con el desarrollo de la teoría de la relatividad general y su aplicación a la construcción de un modelo del universo. Friedmann, en 1922, fue el primero en proponer un universo en expansión. Hasta aquí, partió de que el universo parece igual desde cualquier punto de observación y que esto se cumple independientemente del lugar desde donde lo observamos. En 1929, Hubble constató que las galaxias se alejan las unas de las otras a una velocidad proporcional a la distancia que las separa, y esta es la ley de Hubble.

La proporción relativa de elementos primordiales

Alpher, con ayuda de Gamow, propuso en 1948 una imagen del universo caliente inicial, que permitía explicar la aparición de elementos ligeros como consecuencia de procesos entre electrones, protones y neutrones. También predecía cuáles tenían que ser sus proporciones para poder explicar satisfactoriamente su abundancia en el universo inicial. En 1965, Peebles realizó un cálculo aproximado que concordó de manera satisfactoria con los valores experimentales, según los cuales el Sol y otras estrellas en su origen habrían estado formados por hidrógeno con un 20 % o 30 % de helio.

Al cabo de poco tiempo, Alpher y Herman sugirieron que la radiación procedente de estas primeras etapas del universo tendría que estar presente todavía en forma de radiación de fondo con un valor de pocos grados por encima del cero absoluto de temperatura. La temperatura es proporcional a la frecuencia de la radiación. La teoría predice que un espectro nos proporciona la intensidad de la radiación en función de la longitud de onda. El espectro de la radiación de fondo de microondas corresponde a un cuerpo negro.

La radiación de fondo de microondas

La teoría predice que tendríamos que ser capaces de detectar la radiación procedente de los instantes iniciales de la formación del universo en forma de radiación de microondas. En 1965, Penzias y Wilson probaron un detector de microondas muy sensible. Al analizar la señal que les llegaba, encontraron más ruido de fondo del que habían previsto, y era el mismo para cualquier dirección de observación, lo que significaba que procedía de fuera del sistema solar o de otra galaxia. Nuevas mediciones de la radiación de fondo han permitido medir la radiación con mayor precisión.

Formación de galaxias y estrellas

La materia empieza a formar grumos que acaban por frenar la expansión en algunas regiones y provocar colapsos locales. A medida que la atracción arrastra progresivamente hacia estas regiones la materia que las rodea, su masa se va ampliando y algunas de estas regiones empiezan a girar lentamente. La gravedad hace que su tamaño disminuya y así aumenta la velocidad de rotación hasta que se llega a equilibrar la atracción gravitatoria, y así nacen las galaxias con forma de disco.

A medida que pasa el tiempo, el hidrógeno y helio de las galaxias se disgregan en nubes más pequeñas que se colapsan por la gravedad. Los átomos empiezan a colisionar unos contra otros y la temperatura del gas aumenta hasta que se calienta como para iniciar reacciones de fusión nuclear. Esto convierte el hidrógeno en helio, y el calor que desprenden las reacciones hace aumentar la presión, de forma que las nubes dejan de contraerse y, así, se vuelven estables durante mucho tiempo, lo que origina las estrellas. Pero estas, con el tiempo, aumentan el ritmo de fusiones nucleares, consumen hidrógeno rápidamente y después pasan a transformarlo en elementos más pesados, hasta que no les queda energía necesaria. Por último, el centro de la estrella se convierte en una zona de densidad muy elevada, como una estrella de neutrones o un agujero negro, y en las regiones externas pueden explotar violentamente y convertirse en una supernova.

Secuencia de la evolución del universo

• 0-10^-43 s: era de Planck, en la cual la electromagnética, la gravitación, la nuclear fuerte y la nuclear débil se encuentran unificadas. Las dimensiones del universo son inferiores a 10^-50 m.
• 10^-43-10^-35 s: empieza la inflación.
• 10^-35-1 s: se detiene la inflación, y este proceso provoca que las dimensiones del universo pasen de 10^-5 m en el segundo 10^-35 a casi 1 metro de segundo después. El universo está formado por una sopa de electrones y quarks.
• 1 s-5·10⁵ años: los quarks se combinan para formar protones, que se combinan con los electrones para formar neutrones. Empieza la nucleosíntesis y se generan hidrógeno y helio.
• 5·10⁵-10⁶ años: la temperatura ha disminuido lo suficiente como para que empiecen a formarse átomos de hidrógeno neutros.
• 10⁶-10⁹ años: empiezan a formarse protogalaxias.
• 10⁹-3·10⁹ años: se forman los cuásares.
• 3·10⁹-8·10⁹ años: se forman las galaxias.
• 8·10⁹-13·10⁹ años: se forman el sistema solar y los planetas, y aparece la vida…

La tectónica de placas

La litosfera está formada por 8 grandes placas (pacífica, de Nazca, norteamericana, suramericana, euroasiática, africana, indoaustraliana y antártica) y por una serie de placas menores. En los bordes de las placas se manifiestan la mayoría de los procesos y generalmente quedan delimitadas por accidentes geográficos. Los límites entre las placas son tectónicamente activos y pueden ser de 3 tipos:

• Movimiento de separación.
• Movimiento de aproximación.
• Movimiento de desplazamiento lateral.

Los movimientos de separación, que son los bordes constructivos, generalmente se encuentran en las dorsales oceánicas. Los movimientos de aproximación se producen en las zonas de subducción marcadas por una fosa oceánica. Las placas se deslizan en sentido lateral y originan fallas de dirección perpendicular a las dorsales.

Uno de los principales problemas de esta teoría es el origen de los desplazamientos. En un primer momento se creyó que bajo la litosfera estaba la astenosfera, que estaba afectada por una serie de movimientos convectivos de sus materiales, que, al desplazarse, arrastraban a las placas. En la convección simple, el material situado a una profundidad determinada se calienta, se dilata y se vuelve menos denso, lo que causa un movimiento ascendente. Cuando llega a la superficie, el material se enfría, se vuelve más denso y entonces vuelve a bajar. La existencia de esta capa no se incorporó en los últimos modelos geológicos, y se acepta que el mecanismo motriz de la tectónica de placas y de toda la actividad geológica asociada es la convección en estado sólido de todo el manto.

En conclusión, actualmente se sabe que las fuerzas del interior de la Tierra son las que controlan el movimiento de las placas, pero su funcionamiento no se conoce del todo.