El Metodo Cientıfico por M.Storti

El Metodo Cientıfico

por Mario Storti

Centro Internacional de Metodos Computacionalesen Ingenierıa - CIMEC

INTEC, (CONICET-UNL), Santa Fe, Argentinamario.storti@gmail.com

http://www.cimec.org.ar/mstorti

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El Metodo Cientıfico por M.Storti

Introduccion: Ciencia vs. Metodo Cientıfico

La ciencia es el cuerpo deconocimientos que organiza elconocimiento humano enforma de explicacionescomprobables y prediccionesverificables sobre el mundonatural, por contraposicioncon otra formas deconocimiento como la religion,creencias, o pseudo-ciencias.Con el tiempo se ha llegado ala conclusion que el puntofundamental es el metodo porel cual se genera esteconocimiento, es decir elMetodo Cientıfico.

Minerva, la diosa romana de la ciencia y la sabiduría

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El Metodo Cientıfico

Hoy se acepta que el Metodo Cientıficoes un objetivo a ser alcanzado,tratando de

Eliminar el pensamiento sesgado.Archivar y compartir los datos delas observaciones.Permitir que estos datos seanrevisados por el resto de lacomunidad cientıfica.Facilitar la reproduccion de lasobservaciones o experimentos.A estos elementos se le llamapolıtica de la divulgacion completa(full disclosure policy) y hacen a lareproducibilidad.Otros conceptos relacionados son:la falsabilidad, los sesgos,incerteza, medicion, magnitudes yunidades.

[The Conjurer, 1475-1480, por Hieronymus Bosch] La magia es lo opuesto al método científico, se basa en no revelar la forma en que se realizan los actos y distraer

la atención del asunto principal.

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Descripcion del MC. Modelo hipotetico-deductivo

Dado un problema a investigar, el MC se basa en los siguientes pasos:

1) Observar: Juntar informacion sobre el problema. Buscar explicacionesprevias. Documentar las observaciones.

2) Formular hipotesis: Trate de proponer una o mas explicaciones A, B, C ,... de una manera formal, a otra persona, o en forma escrita en su libro denotas. Debemos ahora deducir cual (o cuales) de ellas es la verdadera.

3) Deducir: Si la hipotesis A propuesta en 2) es verdad: ¿Que otrosfenomenos o consecuencias se pueden predecir? Lo mismo para la B,etc...

4) Falsear/Refutar: Trate de encontrar una prediccion P tal que A prediceque debe ocurrir y B predice que NO debe ocurrir. Si se realiza elexperimento correspondiente y P resulta ser cierto, entonces B es unahipotesis falsa, caso contrario A es falsa.

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Validar o invalidar teorıas

P Q

RS

U

T

Teoría A: no ha sido invalidada

P Q

R

SU

T

Teoría B: invalidada por el experimento V

V

A B

V

W W

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Validar o invalidar teorıas

"Los metales son sólidos"

"Los hombres son mortales"

Galileo

Newton

Einstein

Hawking

"Los hombres son mortales"

"Los metales son sólidos"

Hierro

Aluminio

Plata Oro

Platino

Mercurio

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Validar o invalidar teorıas (cont.)

Notar que es un error muy comun proceder ala inversa, es decir pensar que si secomprueba que P es verdadero, entonces Aes verdadero (es una falacia muy comunllamada afirmacion por el consecuente). Lounico que nos permiten los experimentos esdescartar las hipotesis invalidas, haciendocada vez mas reducido el conjunto de teorıasvalidas.Ejemplo 1:

Si tengo gripe, entonces me duele lagarganta.Me duele la garganta.Entonces, tengo gripe.

Ejemplo 2:

Todos los hombres son mortalesMi perro es mortal.Entonces, mi perro es un hombre.

"Tengo Gripe"

Dolor de garganta

"Tengo Gripe"

Fiebre

Cansancio

....

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Proponer y rechazar teorıas

Teoría BTeoría A Teoría C Teoría D

Experimento P

Experimento Q

Experimento R

Experimento S

"La teoría C es la más aceptada hasta el momento"

Por lo tanto es bueno generar muchas hipotesis y teorıas (brain-storming),pero despues hay que proponer experimentos para ir eliminando los invalidosy quedar con la teorıa mas apropiada.

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Analogıa entre MC y resolver un crimen

Teorías (Sospechosos)

Tiene un motivo?

Tiene medios?

Pudo hacerlo?

Culpable?

Inv. científico

Fenómeno a investigar

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Ejemplo: Formacion del sistema Tierra-Luna

El sistema Tierra-Luna esbastante particular en elsistema solar.

Es practicamente unsistema binario, es decirlas masas de amboscuerpos es relativamentesimilar.La velocidad de rotaciondel sistema (cantidad demomento angular) es alta.

Tierra Marte

Luna

Mercurio

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Formacion del sistema Tierra-Luna. Teorıas.

(A) Co-acrecion: Laluna se formo juntoa la tierra en elmismo disco deacrecion.(B) Expulsion de laTierra por fuerzacentrıfuga.(C) Capturagravitacional.(D) Impacto porparte de un tercercuerpo.

Theia (tamañosimilar a Marte)

Tierra primitiva

Teoria del Gran Impacto

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 11((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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Formacion del sistema Tierra-Luna. Teorıas. (cont.)

Concentraciones isotopicas deO2 sugiere que el materiallunar es muy similar al mantoterrestre. (invalida (C)).El contenido de agua en lasrocas lunares es muy bajo yhay evidencias de grandesmares de magma, producto deuna gran liberacion de energıa(invalida (A) y (B)).La teorıa de expulsion (B)necesita una velocidad derotacion demasiado grande.Reflector mide alejamiento dela Luna (invalida (A), (B), y (C)).

Misión Apollo, juntando evidencia

piedras lunares

reflector

colocación del reflector

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Formacion del sistema Tierra-Luna. Teorıas. (cont.)

La teorıa de captura (C)necesitarıa una atmosferade la Tierra primitiva muydensa y extendida paradisipar la energıa de laLuna.La teorıa del impacto (D) escompatible consimulacionescomputacionalesSin embargo las otrastoerıas pueden ser validaspara otros satelites delsistema solar (satelitesGalileanos de Jupiter porco-acrecion, Triton(Neptuno) por captura).

(video giant impact)

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Ejemplo: Nacimiento del universo

La rama de la fısica/astronomıa queestudia el origen y evolucion deluniverso es la cosmologıa.La cosmologıa moderna comienza conAlbert Einstein y la Teorıa de laRelatividad.Inicialmente se pensaba que eluniverso era infinito, y estacionario.Las mediciones de Edwin Hubble deldesplazamiento hacia el rojo de la luzde las galaxias demostro que elUniverso se esta expandiendo.Pero si se esta expandiendo, quieredecir que yendo hacia atras en eltiempo su volumen fue cada vezmenor, de manera que en algun puntofue un punto, de aquı nacio la teorıadel Big Bang.

la luz de una estrella que se acerca se vuelve más azul

la luz de una estrella que se aleja se vuelve más roja

Edwin Hubble descubrió quelas galaxias se alejan

TIEMPO

El Big Bang y el Big Crunch

Expansion Máxima

Expansion Infinita

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Evidencia que confirma la Teorıa del Big Bang

La expansion delUniverso (EdwinHubble).La Radiacion deFondo Cosmica demicroondas.La distribucionisotopica de loselementos.

La Radiación Cósmica de Fondo de Microondas es unafoto del universo primordial Antena en desuso

utilizada para medir la CMB

H1 75% Hidrógeno

H2 0.01% DeuterioHe4 25% Helio

Li6LitioLi7LitioBe7BerilioBe8 Berilio

Trazas

Abundancia relativa de los elementos

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La extincion de los dinosaurios. (Evento K-T)

Los registros fosilesindican que hace 65millones de anos seprodujo una extincionmasiva de especiesincluyendo la mayorıa delos dinosaurios.Teorıas:• Eventos geologicos

(mesetas del Deccan enla India)

• Descenso del nivel delmar

• Impacto de asteroide.

Tasa de extinción de especies

Evento Cretásico-Terciario (K-T)

Millones de años

Los dinosaurios eran la familia dominanteen el momento del evento K-T

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La extincion de los dinosaurios. (Evento K-T) (cont.)

La teorıa del asteroide predice unlapso muy corto para la extincion.Concentracion alta de iridio en lacapa K-T (100 veces mas de lonormal). El iridio es un elementocomun en los asteorides.El crater de Chixculub revela unaformacion geologica apropiadapara el evento y la datacioncorresponde a la fecha.Abundancia de cuarzo impactado.Registro de invierno nuclear enanillos de arboles.(video KT-event1) (video KT-event2)

Impacto de asteroide

Península de Yucatán (Mexico)Anomalía gravitatoria

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 17((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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La extincion de los dinosaurios. (Evento K-T) (cont.)

En 1994 el cometaShoemaker-Levy 9 (enrealidad un grupo decuerpos proveniente de lafracturacion del mismo)impacto contra Jupiter.Los fragmentos tenıanhasta 2km de diametro.La energıa liberada por elfragmento mas grandeestuvo en los 6 millones demegatones de TNT (25 ZJ) .(La del evento K-T seestima en 100 millones demegatones (420 ZJ), esdecir 16 veces mas). (video

asteroid-impacts-jupiter)

Fragmentos del asteroide Shoemaker-Levy 9

Marcas del impacto en Júpiter

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La “Ley de Leloir”

La clave de un buencientıfico es llegar a laverdad con el mınimonumero de experimentos(en general menor cantidadde recursos).Primera Ley de Leloir:

ideas×tubos de ensayo

= constante x

x

Pocas ideas, muchos experimentos

Buenas ideas, pocos experimentos

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Mas sobre el MC: reproducibilidad

Cada vez que se aportaevidencia a favor o encontra de una teorıa elinvestigador debe aportartodos los elementos comopara reproducir elexperimento (polıtica de ladivulgacion completa o fulldisclosure policy).Ejemplo: fiasco de lafusion en frıo. La fusion esun tipo de reaccion nucleardonde dos nucleoslivianos (H, D, Li) se unenpara formar uno maspesado, liberando energıa.

Fisión (U235, Pu239) Fusión (H,D,Li) La fusión se da en las estrellas...

y reactores experimentales Tokamak...

National Ignition Facility

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Mas sobre el MC: reproducibilidad (cont.)

En 1989 Martin Fleischmann de laUniversity de Southampton (UK) y StanleyPons de la University de Utah (USA)revelaron que habıan obtenido fusion enfrıo. Esto nunca pudo ser reproducido.Es considerado hoy ciencia patologica, esdecir ciencia donde el investigador seautoengana hacia resultados falsos porefectos subjetivos, y pensamiento ilusorio.Otros

Paladio

Hidrógeno

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 21((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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Pseudo-ciencia

Pseudociencia: Es unacreencia que se presenta ası misma como cientıfica,pero que no adhiere a losestandares del metodocientıfico(reproducibilidad,divulgacion total...)La Astrologıa: Ejemplo deprocedimiento complejoque no necesariamente esciencia.Efecto Marte: presentadocomo comprobacion, fueampliamente refutado.Invalidado por la precesiondel eje terrestre. No existenexplicacion para lasfuerzas actuantes.

Influencia de "Marte" en el nacimiento de deportistas

Carta astrológica

Precesión del polo norte estelar Precesión del polo sur estelar

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Errores comunes

Definicion circular:Ejemplo el flogisto.Navaja de Ockham:(Ockham’s razor). Ej:Sistema heliocentrico vs.geocentrico. Ej: “la mesabaila”.Prediccion aleatoria:Atomismo, origen y fin deluniverso.

Sistema geocéntrico de PtolomeoLuna Tierra Venus Sol Marte

Flogisto es la "sustancia" que contendríanlos cuerpos combustibles

Demócrito, propuso elatomismo

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 23((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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MC y medicion

Para que las observaciones sean objetivasnormalmente se deben definir magnitudes,y especificar sus unidades, y como serealiza su medicion.¿Hace frıo o hace calor?El viaje de Colon: Tenıa una estimacionincorrecta del diametro de la tierra por unerror de unidades (millas arabigas vs.millas italianas).Uso del Sistema Internacional de Medidas.Definir magnitudes: la sensacion termica.

ST = 13.12 + 0.6215T

− 11.37V 0.16 + 0.3965TV 0.16

Mapa usado por Colón

Tierra: diám. 12.600km

Según Colón: diám. 7.900km

Viaje real y proyectado por Colón

3900km

19600km

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 24((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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Muchas formas de “ver” (observar)

Las personas tienden acreer mucho en lo que“ven” con sus propiosojos.Hoy conocemos muchascosas no observacionindirecta.Ejemplo: El experimentode Rutherford nos permitever adentro del atomo laestructura del nucleo.Ejemplo: Los terremotosnos permiten ver laestructura interna de laTierra.

El experimento de Rutherfordpermite medir el tamaño del múcleo

Los terremotos nos permiten "ver"el centro de la Tierra

Inge Lehmann

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 25((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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Correlacion

Supongamos que proponemos la siguiente hipotesis: “El dinero no hacela felicidad”.Debemos primero determinar como se puede medir la felicidad.Llamemoslo ındice de felicidad.Hacer estadıstica de un conjunto de la poblacion y determinar su nivel deingresos e ındice de felicidad.

Pueden ocurrir varias alernativas• La felicidad esta completamente

determinada por el nivel deingresos.

• La felicidad no tiene ningunarelacion con el nivel deingresos.

• La felicidad tiene una ciertacorrelacion con el nivel deingresos.

No hay correlación

ingresos

felic

idad

ingresos

felic

idad

buena correlación

ingresos

felic

idad

excelente correlacióningresos

felic

idad baja correlación

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 26((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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Investigacion sobre el Metodo Cientıfico. Epistemologıa

La Epistemologıa o Teorıadel Conocimiento es larama de la Filosofıa queestudia como conocemosel Universo que nos rodea,y por lo tanto la Ciencia.Mario Bunge es unreconocido fısico einvestigador argentino(actualmente en Canada)en el area.

Aristóteles Galileo Galilei

Roger Bacon Mario Bunge

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 27((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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¿Como funciona el sistema cientıfico?

Los investigadores cientıficos se organizan en laboratorios que a su vezson parte de institutos que funcionan en Universidades o Centros deInvestigacion.Por lo general los investigadores son profesores en la Universidades opertencen a alguna institucion dedicada a la ciencia (CONICET, INTA,CNEA, INTI...).A veces la investigacion tambien se realiza en empresas: Techint, YPF,NASA...

El primer paso en laformacion de un cientıficoes la realizacion de unDoctorado (Ph.D).En el caso de CONICETuna vez finalizado eldoctorado ingresa a laCarrera de InvestigadorCientıfico.

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 68((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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¿Como funciona el sistema cientıfico? (cont.)

Los investigadores publican sus resultados en artıculos cientıficos(papers) y presentaciones en Congresos.El ambiente en los congresos es en general de debate y de discusioncrıtica de los resultados presentados.Los artıculos son publicados en publicaciones periodicas (journals) conun sistema de revision por pares ciego o doble-ciego (blind odouble-blind).Los investigadores ganan los fondos para financiar sus investigaciones atraves de subsidios de organismos publicos (CONICET, ANPCyT,Universidades...), por medio de concursos.

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 69((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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La investigacion en Santa Fe

La ciudad de Santa Fe cuenta con unaimportante concentracion de centros deinvestigacion.Universidades: UN Litoral, UTN-FRSF,Universidad Catolica.Centros de Investigacion del CONICET:Centro Cientıfico Tecnologico Santa Fe.Instituto de Desarrollo Tecnologico para laIndustria QuımicaInstituto de Matematica Aplicada delLitoral.Instituto de Investigaciones en Catalisis yPetroquımica.Instituto Nacional de Limnologıa.Instituto de Desarrollo y Diseno.Instituto de Lactologıa IndustrialInstituto de Agrobiotecnologıa del Litoral

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 70((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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El Predio CONICET Santa Fe

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 71((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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La SECTeI Santa Fe

La Secretarıa de Estado de Ciencia, Tecnologıa e Innovacion (SECTeI) esuna iniciativa estrategica del Estado; un ambito de gestion, promocion yarticulacion que se propone aportar al desarrollo regional y la insercionglobal de Santa Fe, asumiendo al conocimiento y a quienes lo construyeny utilizan como valores claves para el bienestar y la calidad de vida de lasgeneraciones presentes y futuras.La SECTeI proyecta posicionar a Santa Fe como un Polo de Conocimientoe Innovacion movilizando las capacidades cientıficas, tecnologicas y deinnovacion para dar respuestas creativas a las problematicas de lossantafesinos.

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 72((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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La SECTeI Santa Fe (cont.)

Actividades desarrolladas

Programa “Fortalecimientode las capacidades deinnovacion del sistemaproductivo de la provinciade Santa Fe”.Cafes cientıficos.Foro de Capital para laInnovacion.

CIMEC-INTEC-CONICET-UNL 73((version texstuff-1.0.35-29-gf03733d Mon Nov 29 06:39:39 2010 -0300) (date Mon Nov 29 08:38:11 2010 -0300))

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Agradecimiento

Este trabajo ha recibido financiamiento de Consejo Nacional deInvestigaciones Cientıficas y Tecnicas (CONICET, Argentina, PIP 5271/05),Universidad Nacional del Litoral (UNL, Argentina, grants CAI+D 2005-10-64) yAgencia Nacional de Promocion Cientıfica y Tecnologica (ANPCyT, Argentina,grants PICT PME 209/2003, PICT-1141/2007, PICT-1506/2006).

Hemos hecho uso de Software Libre (http://www.gnu.org) comoGNU/Linux OS, MPI, PETSc, compiladores GCC/G++, Octave, Open-DX, VTK,Python, Git, entre otros. Ademas muchas ideas tomadas de estos paquetesnos han inspirado para escribir nuestras aplicaciones.

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