Evolución del Pensamiento Científico: Paradigmas, Cosmología y Método

¿Qué es un Paradigma Científico?

Un paradigma científico es el marco teórico general que los científicos utilizan como referencia en su trabajo de investigación.

Todo paradigma incluye estos elementos:

Una cosmovisión, es decir, una concepción general de la realidad.
Un conjunto de leyes y teorías muy generales sobre el ámbito de la realidad de la que se ocupa.
Una descripción general de los problemas que hay que resolver dentro del ámbito del paradigma.
Una enumeración y una descripción del instrumental que el científico puede emplear en sus investigaciones.

Del Geocentrismo al Heliocentrismo: La Revolución Cosmológica

El Universo Mecánico: Primeros Pasos

El astrónomo renacentista Nicolás Copérnico propuso la sustitución del modelo geocéntrico por el heliocéntrico. Posteriormente, Galileo Galilei desarrolló argumentos para apoyar las tesis de Copérnico. A tal fin tuvo que realizar avances en física y emplear nuevo instrumental de observación, como el telescopio.

La Física de Aristóteles

El filósofo griego no estaba preocupado por explicar los hechos observables, sino por construir un modelo del universo en el que imperara un orden lógico. Su cosmos se caracterizaba por ser:

Finito: Para Aristóteles, infinito es sinónimo de «incompleto» y todo lo que no está completo carece de un orden perfecto. El cosmos es, así, finito.
Eterno: El cosmos no puede tener un origen temporal porque, entonces, provendría de la nada. Esto, para Aristóteles, es imposible.
Pleno: No existe el vacío. El vacío es el no ser absoluto y el no ser no es, no puede existir. Por tanto, el universo está lleno de materia.
Geocéntrico y geostático: En el centro del cosmos se encuentra, inmóvil, la Tierra. Alrededor de ella giran todos los cuerpos celestes, engarzados en esferas perfectas y en contacto unas con otras.
Dotado de movimiento: El cosmos posee un orden dinámico en el que todo cambio es un proceso por el que se actualiza una potencialidad de aquello que se transforma. Todo cambio requiere de la acción constante de una causa: cuando la acción de la causa cesa, el cambio cesa.
Dividido en dos regiones: El cosmos se divide en un orbe sublunar y otro supralunar: el primero abarca desde el centro, donde se halla la Tierra, hasta la esfera de la Luna; el segundo va de la esfera de la Luna a la de las estrellas fijas, que delimitan los confines del cosmos. Esta partición obedece a que los objetos que pueblan cada una de esas dos regiones se rigen por leyes diferentes y están compuestos de elementos también distintos.

La Astronomía de Ptolomeo

Su modelo astronómico incluía cálculos precisos de las posiciones y velocidades de los astros en el firmamento. El resultado de sus investigaciones culminó en el catálogo estelar más completo de la Antigüedad y su teoría matemática de los movimientos del Sol, la Luna y los planetas.

El universo que concibió y describió Ptolomeo era geocéntrico, como el de Aristóteles, pero las órbitas que seguían los cuerpos celestes, aunque eran circulares, no tenían su centro en la Tierra, sino que eran excéntricas con respecto a ella, es decir, ni eran perfectas ni la Tierra ocupaba una posición central.

Las Aportaciones de Kepler y Galileo

Johannes Kepler y el Fin del»Hechizo de la Circularida»

Johannes Kepler, astrónomo y matemático alemán nacido en 1571, fue el responsable de poner término al denominado “hechizo de la circularidad” que desde Aristóteles establecía que la forma geométrica perfecta era el círculo y, por consiguiente, que todos los cuerpos celestes, al ser perfectos, debían describir movimientos circulares en sus órbitas.

El Modelo Heliocéntrico de Copérnico

En 1543, Nicolás Copérnico publicó Sobre la revolución de los orbes celestes.

Las características más destacadas del universo propuesto por el modelo copernicano son las siguientes:

El Sol permanece estático y situado en el centro.
En torno a él giran los planetas.
La Luna se desplaza alrededor de la Tierra.
Encerrando el universo se encuentran las estrellas fijas.
Las órbitas de los planetas son circulares y, como en el modelo geocéntrico, se precisa de las órbitas excéntricas para dar cuenta de las posiciones de los planetas.
La Tierra experimenta tres movimientos: uno de rotación alrededor de su eje, otro de traslación en torno al Sol y un último de oscilación de su inclinación con respecto al plano de la eclíptica.

Las Leyes de Kepler

Las leyes de Kepler describen el movimiento de los planetas:

La primera establece que los planetas giran alrededor del Sol en órbitas elípticas y no circulares.
La segunda señala que el radio vector (S-P) que une el Sol con el planeta barre áreas iguales en tiempos iguales (A₁ = A₂).
La tercera determina que la proporción entre el cuadrado del tiempo que tarda un planeta en realizar un giro completo alrededor del Sol y el cubo de su distancia promedio al Sol es la misma para todos los planetas del sistema solar.

Galileo Galilei y el Soporte Físico

Por otra parte, Galileo Galilei, nacido en Italia en 1564, se hizo cargo de la tarea de proporcionar un soporte físico a la astronomía copernicana.

El científico italiano desarrolló un programa que se apoyaba en los siguientes puntos:

Limitar el campo de investigación sólo a aquellas preguntas cuyas respuestas eran comprobables por medio de la experiencia sensible.
Tomar en consideración únicamente las propiedades que pueden ser tratadas matemáticamente, como la longitud, la temperatura o la masa.
Diseñar y perfeccionar instrumentos útiles para mejorar las observaciones, como el telescopio.
Elaborar argumentos que pongan en evidencia los errores del modelo geocéntrico.

La Física de Isaac Newton: La Culminación

La publicación de la obra de Isaac Newton Principios matemáticos de la filosofía natural en 1687 constituyó la culminación del proceso que se inició con Copérnico y que significó el nacimiento de la ciencia moderna.

El físico inglés expuso en esta obra las bases de la mecánica clásica y formuló las tres leyes de la dinámica:

La ley de la inercia.
La ley de la fuerza.
La ley de la acción y la reacción.

Newton descubrió que una única ley, la ley de gravitación universal, gobernaba el movimiento de todos los cuerpos, estuvieran en el firmamento o sobre la superficie de la Tierra. De esta forma, por primera vez se pudo hablar de verdad de un universo en contraposición a los dos mundos aristotélicos (el sublunar y el supralunar).

La Ciencia: Elementos y Clasificación

La ciencia es un modo de conocimiento que aspira a formular las leyes por las que se rige un determinado tipo de fenómenos.

Para comunicar adecuadamente sus logros, la ciencia necesita conceptos específicos que den nombres precisos al tipo de realidades de las que se ocupa. Además, debe ser capaz de formular leyes y teorías que expliquen los fenómenos estudiados.

Conceptos Científicos

Los conceptos científicos son entidades abstractas que construimos y que nos permiten identificar, diferenciar y comparar los objetos de los que consta la realidad. Pueden ser de tres tipos:

Conceptos clasificatorios: Un ejemplo es el concepto de «silla». Una silla es un tipo de mueble con unas determinadas características. Junto con otros conceptos, como «sillón», «mesa», «sofá», nos permite clasificar los muebles y diferenciarlos de otros objetos. La ciencia también cuenta con conceptos clasificatorios, pero pone cuidado para evitar las imprecisiones del lenguaje ordinario.
Conceptos comparativos: Permiten clasificar y ordenar las cosas en conjuntos independientes. «Densidad», «antigüedad» o «dureza» son conceptos comparativos, al establecer diferencias de grado cuando se aplican a distintas entidades.
Conceptos métricos: Son prácticamente exclusivos de la ciencia y nacen de la idea de medir o asignar números a objetos y procesos para representar unas propiedades específicas denominadas magnitudes.

Leyes Científicas

Una ley científica es la expresión de la relación regular, constante e invariable que observamos entre fenómenos o entre sus propiedades.

Las leyes poseen tres características fundamentales:

Universalidad: Las leyes son la expresión de una regularidad que existe en la naturaleza. Por tanto, todos los seres naturales y todos los fenómenos de la clase a la que se refieren estarán sujetos a ellas sin excepción.
Necesidad: No solo nos dicen cómo son las cosas, sino también que no pueden ser de otra manera, dado el orden natural existente.
Capacidad predictiva: Son capaces de anticiparnos hechos que sucederán a partir de los datos procedentes del pasado y del presente.

Teorías Científicas

Una teoría científica es un cuerpo coherente de conocimientos, conformado por un conjunto de leyes científicas relativas a una amplia clase de fenómenos observables.

Las teorías científicas presentan dos características principales:

Incorporan términos teóricos y postulan, así, la existencia real de las entidades a las que se refieren.
No pueden ser sometidas a contrastación experimental directa.

Clasificación de las Ciencias

Las ciencias formales se caracterizan por ocuparse de las relaciones existentes entre una serie de símbolos previamente introducidos conforme a unas reglas específicas. Es decir, no se ocupan directamente de hechos (ej. matemáticas, lógica).
Las ciencias experimentales (o empíricas), en cambio, centran su atención en los hechos observables y en las relaciones que pueden descubrirse entre ellos (ej. física, biología).

El Método Científico

El método científico, por una parte, nos permite conocer cómo funciona la ciencia y, por otra, nos facilita la labor de distinguir las disciplinas realmente científicas de aquellas que no lo son.

Concepción Moderna: El Método Hipotético-Deductivo

El método hipotético-deductivo, cuya autoría se atribuye a Galileo, sostiene que el método científico consta de los siguientes pasos:

Planteamiento de un problema: El conocimiento científico se inicia cuando alguna porción de la realidad resulta aparentemente inexplicable con los conocimientos disponibles.
Recogida de datos empíricos: Cuando el asunto del que ocuparse ha quedado fijado, el científico se dedica a recabar toda la información que le sea posible. De este modo, puede hacerse una idea ajustada de la complejidad del problema y de los matices y variaciones que puedan darse para ofrecer una respuesta rigurosa.
Formulación de una hipótesis explicativa: Una vez asumido que la razón no puede conducirnos desde los datos hasta la formulación de la ley, se deja en manos del investigador la formulación de una solución ingeniosa de carácter hipotético que, si es plausible, será provisionalmente aceptada.
Deducción de consecuencias observables: Este paso se corresponde con la fase deductiva de la concepción clásica del método científico, con la diferencia de que ahora el punto de partida no es una ley aceptada, sino una hipótesis.
Comprobación experimental: Las hipótesis propuestas deben ser comprobadas antes de su aceptación. Por eso, las deducciones que tienen su origen en ellas no son usadas solo para hacer predicciones, sino también para someterlas a prueba de modo que podamos decidir sobre su validez.

Conceptos Clave

Ciencia experimental: Es el conocimiento sistemático que se basa en la observación, la medición y la experimentación para comprender los fenómenos del mundo natural. En filosofía, se refiere a las ciencias empíricas, como la física o la biología, que dependen de la verificación a través de la experiencia.
Ciencia formal: Es el conocimiento que estudia las relaciones abstractas y simbólicas, como en las matemáticas o la lógica. No se ocupa de la realidad física sino de estructuras independientes de la experiencia sensible.
Explicación racional: Es el proceso mediante el cual se ofrece una justificación lógica y coherente de un fenómeno, basada en principios claros y fundamentados. En filosofía, implica la búsqueda de causas y fundamentos desde la razón, dejando de lado explicaciones mitológicas o intuitivas.
Ley científica: Es una proposición general que describe regularidades o patrones observados en la naturaleza, formulada con base en la experiencia y comprobada repetidamente. Filosóficamente, refleja el orden subyacente en los fenómenos del universo.
Teoría científica: Es un conjunto de conceptos, hipótesis y principios que explican un fenómeno de manera sistemática y coherente. Desde una perspectiva filosófica, se valora por su capacidad predictiva, su consistencia lógica y su poder explicativo.