EL PENSAMIENTO CIENTÍFICO: LA MEJOR FORMA DE EXPLICAR NUESTRO UNIVERSO

Es seguro que muchos estudiantes de ciencias se habrán preguntado: ¿Porqué las leyes de la ciencia son tan generales?, ¿Por qué los principios físicos no se pueden estudiar sin el rigor de las matemáticas? ¿Por qué las ideas de algún científico se contradicen con las de otro?

Cada vez que estudio algún tema de ciencia me fascino por ver cómo la ciencia se transforma en ecuaciones. Pero todavía me sigo preguntando: ¿Por qué vivimos en un Universo, donde predomina la contradicción y el caos? Quizá sea porque no lo estamos viendo con la suficiente generalidad como para entender más allá.

Uno no se debe quedar en la presunción de que en la vida todo está dicho y escrito; en no atreverse a ver más allá por miedo a que lo traten de loco. Nada más Galileo con su telescopio encontró cosas que no estaban contempladas en las filosofías aristotélicas[1]: Un cuerpo en movimiento no puede ser centro de otro en movimiento.

De todos nosotros es sabido que la Luna orbita alrededor de la Tierra y a su vez la Tierra orbita en torno al Sol y el Sol orbita alrededor de la galaxia.

Entonces, ¿Por qué uno se tiene que conformar con lo que le enseñaron a uno desde pequeño en el colegio y no tratar de indagar más allá de todos esos dictámenes que nos hicieron aprender de memoria?

Por ejemplo, el concepto de Apeiron[2] nos dice que el Universo donde vivimos carece de movimiento; ¿A caso el universo, a nivel microscópico, las partículas no están en movimiento descontrolado? Si las partículas no tuvieran éste comportamiento, no existiría la mecánica cuántica, y el Universo sería muy distinto de como lo conocemos.

¿A caso el universo, a escalas del orden de 10²⁵ m, no está en expansión? Según mediciones hechas por Edwin Hubble y otros astrónomos en la década de 1920, indicaron que el universo no es estático, sino que está en expansión.

Quizá en lo único que concuerdo con el concepto de Apeirón, es que el Universo está formado por una única sustancia (Entiendo yo que se refiere a la materia) que se transmuta sin cesar. Es así que El Sol transforma cada segundo unos 564 millones de toneladas de hidrógeno en 560 millones de toneladas de helio y el resto de materia se transforma en energía solar.

Pero, que fácil es criticar las ideas de los demás, y no ver que sus propias ideas son blanco de críticas; como Borges[3] que se quejaba que las novelas psicológicas convertían la libertad en arbitrariedad y no se daba cuenta que cada uno de sus propios escritos eran una especie de repeticiones de sus obras anteriores.

En controversia es la que se encuentra el hombre común y el científico acerca del poder de la ciencia; bien lo dice Ernesto Sabato[4] “Es difícil separar el conocimiento vulgar del científico”. Es lógico, el hombre común sabe que un objeto pesado cae con mayor fuerza que uno liviano y evitará que le caiga un objeto pesado en un pie; mientras el científico sabe que “toda partícula de materia en el universo atrae a todas las demás partículas con una fuerza directamente proporcional a la masa de las partículas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”. Ambos tienen la razón. Pero, para el hombre común, éste conocimiento es muy simple, particular y concreto y no le sirve para ninguna otra situación. En cambio, el científico, que tiene pleno conocimiento de la ley de la gravitación universal, no sólo evitará que un objeto pesado le caiga en un pie, sino que podrá resolver una gran cantidad de problemas, desde la Teoría de la Relatividad General hasta el origen del Universo.

Podemos ver que a medida que la ciencia se vuelve más abstracta y en consecuencia se aleja de los problemas y las preocupaciones de la vida diaria, su utilidad aumenta en la misma proporción.

Es por esto que el pensamiento abstracto es muy importante en el estudio de la ciencia, porque en el camino vamos desechando ese pensamiento concreto y particular del hombre común, con su pensamiento metafísico el cual está cargado de fantasía y de ideologías teológicas que la Iglesia se ha encargado de meternos en la cabeza.

Pero tampoco es razón para despreciar el pensamiento particular y concreto, porque por lo menos muchos de nuestros antepasados se esforzaron por cuestionar muchas de las cosas que nos rodean y nos dieron las bases para iniciar la búsqueda de la mejor explicación del universo.

Lo que sucede es que nuestros antepasados sacaban sus conclusiones a partir de la intuición de observaciones del mundo cotidiano, como Aristóteles, que por su método de razonar dictado por la intuición lo llevó a concluir algo que era erróneo y condujo a ideas falsas respecto al movimiento de los cuerpos.

Es por esto que Galileo hacía críticas contra la filosofía aristotélica, porque descubrió, a partir de su método científico, que Aristóteles había llegado a un error en la forma de estudiar el movimiento de los cuerpos. Es por esto que el descubrimiento de Galileo, al utilizar su método científico, nos enseñó que no siempre debemos creer en las conclusiones, intuitivas basadas en la observación inmediata, pues nos pueden conducir a equivocaciones.

Entonces, el verdadero científico debe aplicar el método científico con todas sus rigurosidades matemáticas o lógicas, ya que éste elimina todos éstos prejuicios innatos del ser humano (como la intuición) que nos llevan a conclusiones equivocadas.

Por ésta razón, el verdadero científico no se deja influenciar por prejuicios, tendencias éticas y morales, comunes de la naturaleza humana; sino por las estructuras matemáticas propias del pensamiento abstracto.

Cuando un científico formula una ley, muchas veces ésta no la puede deducir de la experiencia, sino mediante una síntesis de una idea particular para llevarla a una idea general, realizando experimentos mentales que lo conduce a una comprensión más profunda y general de la experiencia cotidiana.

Además las conclusiones que el científico deduce a partir de dicha ley tienen que ser cualitativas y cuantitativas. Para alcanzar las conclusiones cuantitativas el científico tiene que recurrir al lenguaje de las matemáticas. La mayoría de las teorías de la ciencia son simples y se pueden explicar en un lenguaje que lo puede entender todo el mundo. Ya cuando el científico desea descubrir y desarrollar estas teorías, él necesita de un razonamiento completo, que incluye el razonamiento matemático. Éste último es importante si el científico desea obtener resultados que pueda comparar con los resultados de sus experimentos.

Incluso, son todas las ideas e hipótesis del científico las que serán confirmadas o destruidas por los experimentos.

Además si el científico llegara a abandonar el lenguaje matemático en la explicación de alguna teoría física, él llegará a una pérdida de precisión en su explicación y tendrá la necesidad de mencionar a veces resultados sin indicar cómo los obtuvo.

En el libro La Evolución de la Física[5] se menciona el siguiente ejemplo acerca de lo que acabo de decir: Consideremos el movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Sabemos que su órbita es elíptica. También sabemos que la fuerza que actúa sobre nuestro planeta está siempre dirigida hacia el Sol. Pero ésta, es una información muy pobre y no nos serviría para determinar la posición de la Tierra y los demás planetas en un instante arbitrario.

De acuerdo con la ley de gravitación de Newton, la fuerza de atracción entre dos cuerpos depende de la distancia que los separa. Se hace menor cuando su separación aumenta. Ésta se hace 4 veces menor, si la distancia se duplica; 9 veces menor si ésta se triplica y así sucesivamente.

De lo anterior vemos que, la fuerza de gravedad la podemos expresar por su dependencia de la distancia entre los cuerpos. Pero, saber de esa dependencia no es suficiente para que podamos describir el movimiento de los planetas.

Supongamos que podemos determinar la posición, la velocidad y la fuerza que actúa sobre un planeta en un instante dado. Entonces, de acuerdo con la segunda ley de Newton, podemos obtener el cambio de velocidad en un pequeño intervalo de tiempo. Si sabemos la velocidad inicial y su cambio, podemos encontrar la velocidad y posición finales del planeta en dicho intervalo de tiempo. Si repetimos muchas veces éste proceso, podemos hallar toda la trayectoria del movimiento sin recurrir a datos u observaciones posteriores. Éste es el método seguido por la mecánica para predecir el curso de un cuerpo en movimiento. Pero en la práctica éste procedimiento sería demasiado largo y tedioso. Por suerte, no es necesario utilizarlo, pues empleando las matemáticas conseguimos una descripción concisa del movimiento y con la ventaja de ser posible expresarlo en una expresión matemática. Las conclusiones derivadas a partir de éste análisis pueden ser comprobadas o rechazadas por medio de la observación.

Entonces, las ideas e hipótesis del científico son tan importantes como la observación experimental, ya que si se tienen las ideas e hipótesis y si no pudiera ser posible llegar a una observación de dichas hipótesis que las comprueben o rechacen, éstas hipótesis no servirían de nada para el propósito de la ciencia de explicar el comportamiento de lo observable. Además, si realizamos algún experimento, sin saber de antemano el porqué de las cosas que ocurren en dicho experimento, éste tampoco nos sirve de nada, ya que no tenemos las ideas e hipótesis que expliquen lo que observamos en dicho experimento.

Por lo tanto, las hipótesis y la observación experimental se complementan la una a la otra para llevar a cabo el propósito de la ciencia que ya mencioné.

Es el caso de la metafísica, que dedica su estudio a lo que está más allá de lo físico y lo tangible, al estudio del Ser y de Dios. Sus ideas e hipótesis no pueden ser demostradas experimentalmente, es por esto que estas ideas no tienen cabida en la ciencia. Entonces estas ideas son producto de la imaginación y las creencias propias del ser humano, ya que no son demostrables por la experimentación. Pero dichas ideas no se deben al hecho de que al hombre le gusta pensar también en la fantasía y en lo que no existe físicamente, sino que éstas se deben a la necesidad del ser humano de responder ciertas preguntas a cerca de la existencia de todo y también de la realidad:

· ¿Por qué existe algo, y no más bien nada?

· ¿En qué consiste la realidad de lo real – qué es el "Ser" considerado en sí mismo?

Además parte de estas ideas obedecen los prejuicios y valores éticos y morales innatos del ser humano. Como dice Ernesto Sabato en su libro Uno y el Universo: “La gente imagina que de algún modo la Creación ha sido organizada en su beneficio particular”. Es por esto que la mayoría de la gente cree en la existencia de un Dios creador de todo el Universo, y muchos de éstos no apoyan o van en contra de las ideas de la ciencia. Un ejemplo son los sacerdotes, los clérigos y los altos ministerios de la Iglesia que van en contra de las ideas de la ciencia. Sobre todo en la época del Renacimiento, donde todo enunciado científico era estudiado y sancionado por los clérigos, de modo que si el conocimiento no era respaldado por la Biblia, éste se consideraba como una herejía. Y muchos de los científicos de esa época fueron ejecutados y acusados injustamente de herejía y fueron condenados a muerte. Afortunadamente, hoy en día no ocurre esto y la ciencia actualmente no está dominada por la religión, cuyas ideas no tienen cabida en la ciencia.

Pero una de las ideas de la religión, la Creación, puede ser explicada por la ciencia, utilizando una teoría muy aceptada actualmente, que es la Teoría del Big Bang que trata de explicar el origen del Universo de una forma libre de prejuicios y valores éticos, sin la necesidad de la existencia de un Ser Supremo, en contraste con la idea de la Creación que hace necesaria la existencia de un Ser Supremo el cual creó todo el Universo y al hombre a su imagen y semejanza, tal como nos enseñaron en las clases de religión en el colegio. Pero, ¿por qué somos semejantes a Dios? Más bien, ¿por qué Dios necesariamente tiene que ser semejante a nosotros? Es posible que Dios sea muy distinto a nosotros o que quizá ni siquiera exista. Pero, ¿por qué siempre caemos en el problema de la falta de pruebas físicas de la existencia de Dios? ¿Será porque caemos nuevamente en nuestros prejuicios innatos? Para aquellos que quieran probar la existencia o inexistencia de Dios no pueden buscar argumentos en la ciencia, ya que la ciencia es ajena a éste asunto.

Pero ambas ideas: la Creación y la Teoría del Big Bang concuerdan en una cosa: el Universo tiene un origen. Pero no todas las teorías científicas anteriores a la del Big Bang concordaron con la idea de que el Universo tiene un origen, por ejemplo la Teoría del Modelo Estacionario que afirmaba que el Universo no tuvo origen y es el mismo en un momento y lugar determinados, además supone la creación continua de materia. Después ésta teoría fue rechazada tras el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo en 1965.

Entonces, hay un dilema entre ciencia y religión ¿a cuál de éstas dos hay que creerle más? Yo diría a la que es capaz de vencer los prejuicios innatos del ser humano para formular ideas libres de estos prejuicios para que puedan ser comprobadas por la experiencia diaria.

En lo relacionado a los conceptos, la ciencia moderna encuentra poco útiles los conceptos antiguos y los reemplaza por otros nuevos. Esto se debe a que la ciencia está en un proceso evolutivo, ya que día a día se van haciendo nuevos descubrimientos, que para explicarlos son necesarios más esfuerzos para sintetizar las ideas, debido a la mayor abstracción, complejidad y gran cantidad de hechos que hay que abarcar. Esto condujo a que la ciencia se desarrollara de manera tal que al hombre no le queda más que especializarse si quiere enfrentarse a lo desconocido y buscar explicaciones a los nuevos hechos que aparezcan.

Como consecuencia de esto, el desarrollo de la física ha llegado a ser tan grande, que ha impuesto una especialización para cada una de sus ramas, con el problema de que cada día los especialistas se entienden menos entre sí, debido a que cada quién se centra en el estudio de su especialización, y es aquí donde las ideas de un especialista pueden llegar a contradecir las de otro. Pero podemos solucionar éstos dilemas si los especialistas aceptan mutuamente sus ideas y las logran unificar en una teoría. Es así como la física ha evolucionado, mediante repetidas unificaciones de ideas de especialistas.

Pero no todas las teorías se han podido unificar, pues como dije, cada día se van haciendo nuevos descubrimientos que hacen necesarios cambios significativos en algunos conceptos que ya teníamos establecido, haciendo cada vez más difícil unificar dos o más teorías, pues la modificación de los conceptos conduce a un mayor distanciamiento entre dos teorías, y a un aumento de las inconsistencias entre estas teorías. Por esto los físicos modernos tienen que realizar cada día mayores esfuerzos de síntesis para lograr minorizar las inconsistencias entre dos teorías, dando la posibilidad del origen de nuevas teorías que sustentan las hipótesis de dichas síntesis. Un ejemplo de dos grandes teorías que no han podido ser aún unificadas son la teoría cuántica de campos, que describe tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: la electromagnética, la fuerte y la débil, con la teoría de la relatividad general, la teoría que describe la cuarta fuerza fundamental: la gravedad.

Pero actualmente hay intentos para unificar éstas dos teorías, se trata de un campo de la física teórica llamado Gravedad Cuántica, cuya meta es lograr establecer una base matemática unificada que describa el comportamiento de todas las fuerzas de la naturaleza, conocida como la Teoría del campo unificado. El problema que actualmente nos impide alcanzar ésta meta radica en que la mecánica cuántica es una teoría no determinista (es decir que todo acontecimiento físico a muy pequeña escala no está causalmente determinado por la cadena causa-efecto, por lo que los acontecimientos no pueden predecirse con completa precisión, sino que hay siempre un grado de incertidumbre) sobre campos de partículas en el espacio-tiempo plano de la relatividad especial, cuya geometría no es afectada por las partículas. En cambio, la teoría de la relatividad general es una teoría determinista que modela la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo, que cambia con el movimiento de la masa.

Además, Las energías y las condiciones en las cuales la gravedad cuántica sea considerable son hoy en día inaccesibles a los experimentos de laboratorio. El resultado de esto es que no hay observaciones experimentales que proporcionen cualquier indicación en cuanto a cómo combinar las dos.

La forma más prometedora para unir éstas dos teorías es la Teoría de Cuerdas, que afirma que todas las partículas son expresiones de un objeto básico unidimensional extendido llamado cuerda. Según ésta teoría existen 11 dimensiones de las cuales sólo podemos ver 3 dimensiones espaciales y tenemos una temporal el resto de dimensiones están compactificadas y sólo serán visibles a escalas tan pequeñas como la longitud de Plank.

Ésta teoría también admite la existencia de múltiples universos y que nuestro universo es uno de ellos y que está limitado a una brana que existe en un espacio de 11 dimensiones llamado el Bulk. Ésta teoría también dice que las partículas subatómicas se mueven en la dimensión 4+1, excepto el gravitón (la partícula encargada de la atracción gravitacional), que se mueve en la dimensión 5+1 y por ésta razón la gravedad es mucho más débil que las demás fuerzas fundamentales. Además el gravitón es la única partícula que tiene la posibilidad de moverse a través de todas las branas del bulk, por lo que en todos los universos paralelos puede estar presente la gravedad, pero tener las leyes de la física diferentes.

Una idea para alcanzar una unificación de la teoría cuántica y la relatividad general sería que la curvatura del espacio-tiempo es un efecto del movimiento de la cuerda del gravitón a través de nuestra brana, debida a la presencia de materia, y ésta presencia de materia debida al Bosón de Higgs.

Para que la idea de la unificación de las dos teorías llegara a ser cierta, necesitamos obtener resultados experimentales de las hipótesis de la Teoría de Cuerdas. Éste es el mayor sueño de todos los físicos modernos. Pero la validación de ésta teoría llegaría a reescribir las leyes de la física.

Hemos visto que para querer unificar la teoría cuántica y la relatividad general fue necesario la introducción de una nueva teoría, llamada la Teoría de Cuerdas, para responder las preguntas de ¿por qué la gravedad es tan débil?, ¿cómo podemos unificar la gravedad con las demás fuerzas fundamentales? Y otras preguntas relacionadas con el comportamiento del Universo.

Después de todo los mejores aportes en la ciencia son los que no se guían por los prejuicios innatos del ser humano, ni por la intuición, sino los que son guiados por el pensamiento abstracto, que nos permite describir el Universo de una forma más general y profunda, por medio del método científico. Estos aportes, permiten que la ciencia evolucione día a día, pero esto obliga al científico a especializarse en alguna rama de la ciencia, lo que puede conducir a un menor entendimiento entre dos científicos de distinta especialización y a una posible contradicción entre ellos. Para evitar esto, los científicos tienen que aceptar mutuamente sus ideas y unificarlas o sintetizarlas.

Pero estas ideas tienen que ser también observadas experimentalmente para comprobarlas o rechazarlas. Esta es la importancia de la ciencia de estudiar lo físico, ya que rechaza lo que no es observable experimentalmente, siguiendo los pasos del método científico, ésta es la clave.

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[1] Filosofía aristotélica, página 19 libro Uno y el Universo.

[2] Apeirón: Concepto filosófico que tiene que ver con el principio de las cosas.

[3] Jorge Luís Borges: Fue un escritor argentino, uno de los autores más destacados de la literatura en español del siglo XX.

[4] Ernesto Sabato: Es un escritor, ensayista y artista argentino.

[5] La Evolución de la Física: Éste libro pretende explicar los esfuerzos de la mente humana para encontrar una conexión entre el mundo de las ideas y el mundo de los fenómenos.

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Escrito por: Sergio Andrés Torres Suárez.

BIBLIOGRAFÍA:

· SABATO, ERNESTO. Uno y el Universo, Grupo Editorial Planeta S.A.

· EINSTEIN, ALBERT; INFIELD, LEOPOLD. La Evolución de la Física, Biblioteca Científica Salvat.

· HAWKING, STEPHEN W; SAGAN, CARL. La Historia del Tiempo.