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TEMA 1. EL CONCEPTO DE CIENCIA

1. INTRODUCCIÓN. El hombre siempre ha sentido curiosidad por su entorno. Con el tiempo

esta curiosidad se racionalizó y se expresó en especulaciones filosóficas con Platón, Aristóteles y algunos de sus comentaristas medievales. Aunque, en sentido estricto, en esos tiempos la ciencia aún no existía como disciplina independiente sino que formaba parte de la filosofía, ciertas ideas de Platón, y especialmente de Aristóteles, son los prolegómenos de varios de los problemas y conceptos que surgieron posteriormente, cuando, a principios del siglo XVII, la ciencia inició su desarrollo independiente, separándose los científicos y los filósofos.

Con Galileo Galilei, se empiezan a imponer nuevos procedimientos para estudiar los fenómenos naturales, basados en observaciones más rigurosas, formulación de hipótesis y experimentación. Galileo trató de simplificar los fenómenos para su análisis y reproducción en el laboratorio, controlando sus variables, poniendo los cimientos de lo que hoy en día conocemos como método científico.

Este concepto ha evolucionado con el progreso científico, del inductivismo clásico hasta las corrientes contemporáneas: el falsacionismo, introducido por Popper, los programas de investigación científica de Lakatos, el relativismo histórico de Kuhn, y el anarquismo de Feyerabend, que niega la posibilidad de un método científico.

A continuación estudiaremos las principales concepciones de la ciencia, profundizando en cómo se ha ido construyendo el conocimiento científico y cuál ha sido el método que la ciencia ha empleado para descubrir y explicar la realidad. Posteriormente veremos las objeciones que la investigación experimental comporta; la evolución de la ciencia, hoy en día, como una construcción social, y un ejemplo del proceso de desarrollo de la búsqueda de una teoría que intentara explicar la naturaleza de uno de los fenómenos más singulares de nuestro entorno natural: la luz. Finalmente analizaremos los condicionamientos sociales de la investigación científica y la importancia de la creación de una cultura y una actitud científica en la vida cotidiana.

2. PRINCIPALES CONCEPCIONES DE LA CIENCIA. Aunque existan muchas formas de conocimiento, el científico reúne una

serie de características que lo hacen único en su rigor y utilidad. El conocimiento científico no es exacto ni es infalible, su validez es solo

temporal; sus hipótesis y conclusiones pueden someterse a comprobación experimental, siendo así autocorrectivo. Carece de connotaciones teleológicas, pues no indaga por qué las leyes que gobiernan la naturaleza son precisamente éstas y no otras. Es un conocimiento útil, pues nos permite transformar nuestro entorno mejorando nuestra calidad de vida, y es patrimonio universal.

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2. 1. Evolución histórica del método científico. La ciencia suele definirse por la forma de investigar más que por el objeto

de investigación, de manera que los procesos científicos son esencialmente iguales en todas las ciencias de la naturaleza. Etapas como realizar observaciones y experimentos, formular hipótesis, extraer resultados y analizarlos e interpretarlos son características de cualquier investigación.

Se entiende por método científico la suma de los principios teóricos, de las reglas de conducta y de las operaciones mentales y manuales que usaron en el pasado y hoy siguen usando los hombres de ciencia para generar nuevos conocimientos científicos. El método científico actual es el fruto de una larga evolución histórica, desde el primitivo inductivismo.

Según el método inductivo-deductivo, la ciencia se inicia con observaciones individuales, a partir de las cuales se plantean generalizaciones. Las generalizaciones permiten hacer predicciones cuya confirmación las refuerza y cuyo fracaso las debilita y puede obligar a modificarlas o hasta rechazarlas.

El método inductivo-deductivo se basa en tres postulados:

• la ciencia se inicia con la observación de los hechos; • tal observación es fiable y con ella se puede construir el conocimiento científico, y • éste se genera por inducción, a partir de los enunciados observacionales.

El principio de inducción mantiene que es lícito considerar demostrado un enunciado cuando se ha comprobado su validez en numerosas ocasiones. Los principales paradigmas de este método fueron las generalizaciones que hizo Kepler a partir de las minuciosas observaciones de Tycho Brahe; el descubrimiento de la ley de gravitación por Newton, generalizando inductivamente a su vez, los fenomena de Kepler relativos al movimiento planetario; y el descubrimiento de Ampere de la ley de la electrodinámica, al generalizar inductivamente sus observaciones sobre

Método deductivo Descartes

Método inductivo-deductivo

Bacon Galileo Newton

Hume

Cuestiona la validez del principio de inducción

Popper Lakatos

Verdad

temporal de la teoría

Anarquismo Feyerabend

Método científico

Conocimiento evolutivo

Variedad de métodos

Evolución del método científico

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corrientes eléctricas. Algunos autores consideran que también la química moderna comenzó realmente con los experimentos de Lavoisier y sus verdaderas explicaciones de los mismos.

Una vez establecida la ley o leyes en la fase inductiva, podemos usar la lógica, cuyos principios básicos son obra de Aristóteles, para deducir consecuencias que vayan completando la teoría. Esta etapa se denomina etapa deductiva. La validez de nuestra teoría se comprobará cuando se produzca una coincidencia entre las previsiones de nuestra teoría y la realidad.

Esta visión de la construcción del conocimiento científico ha sido objeto de diversas críticas a lo largo de la historia, que han perfeccionado este esquema hasta producir el concepto actual de método científico: • Cuando nos referimos a la observación y los enunciados observacionales es

evidente que éstos deben seleccionarse. En una situación real existen multitud de fenómenos simultáneos, que deben ser tenidos en cuenta o ignorados. La elección de unos u otros será determinante en las conclusiones obtenidas, condicionando el resultado de la investigación. Hertz, cuando intentó determinar la velocidad de las ondas electromagnéticas, no consiguió dar con el valor predicho por la teoría de Maxwell. No se supo hasta mucho más tarde que la causa de su fracaso estaba en que no consideraba la forma y tamaño de la habitación en la que realizaba los experimentos. Desconocía que eso era importante debido a la reflexión de las ondas en las paredes. En la selección de las variables significativas utilizaremos, de forma declarada o no, alguna clase de teoría o modelo.

En otras palabras: la observación no es neutral ni objetiva. Galileo ya advirtió esto y, lejos de intentar buscar esa objetividad, propuso sustituir la experiencia por el experimento. Para él, el experimento consistía en un programa de intervención en los fenómenos naturales en el que se seleccionaba conscientemente las variables de importancia, introduciendo las idealizaciones necesarias para poder llegar a las leyes. Recordemos cómo trabajó con el movimiento de los cuerpos despreciando el rozamiento. Sólo de esta manera pudo enunciar la ley de inercia. Para Galileo, lo esencial del movimiento de la bola sobre una superficie horizontal no era el hecho de que se detuviese (cosa que ocurriría realmente tarde o temprano). Lo esencial, y por tanto lo que podía ser considerado ley física, era su convicción de que, en la situación ideal en la que no hubiese rozamiento, la bola nunca se detendría.

Finalmente, en la construcción de todo enunciado observacional se introduce, consciente o inconscientemente, cierta dosis de teoría. Cuando se enunció la ley de las proporciones múltiples en 1804, se presentó como el resultado de los trabajos de Dalton con distintos óxidos de nitrógeno y pretendía ser un enunciado observacional. Pero es dudoso que sus medidas (determinación de masa de gases) fuesen tan exactas como para que este enunciado resultase incuestionable. Más bien, creen los historiadores de la ciencia, la enunció a partir de las ideas que iban conformando su teoría atómica, que publicaría cuatro años más tarde. • La segunda crítica tiene que ver con la validez de la regla de inducción. Esto es,

si un hecho se repite numerosas veces en distintas condiciones, ¿cabe extraer de él un enunciado general? El filósofo escocés David Hume demostró que creer

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que con base en experiencias previas es posible predecir el futuro es lógicamente insostenible. Esta conclusión afectó en forma grave al pensamiento científico, pues tanto la causalidad como la inducción resultan ser operaciones sin fundamento lógico. El propio Hume se dio cuenta de que sus ideas iban en contra del sentido común y de creencias intuitivas universales; sin embargo, ni él ni nadie ha encontrado argumentos en contra de la lógica inexorable de su pensamiento.

Desde luego, entre el público no profesional de la ciencia, así como entre la gran mayoría de los científicos, se sigue aplicando este principio. El problema de la inducción parece centrarse en la posibilidad de que la regularidad de la naturaleza se suspenda. Naturalmente, todos reconocemos la casi infinita variabilidad del mundo exterior, pero tales oscilaciones ocurren dentro de rangos de tolerancia bien definidos, que no violan los mandatos aceptables dentro del orden definido.

El método a priori-deductivo soslaya este problema y postula que por medio de la razón es posible establecer los principios más generales que regulan la naturaleza y a partir de ellos deducir la realidad. Pero ni el mismo Descartes pudo aplicar este método y pronto se vio obligado a echar mano de otros elementos empíricos, como el análisis geométrico de problemas ópticos, el uso de analogías, hipótesis y modelos, y hasta la práctica personal de disecciones, ignorando sus propios principios.

En el método hipotético-deductivo no existen las observaciones puras, hechas sin algún tipo de esquema o hipótesis preconcebido. Pero si esto es así, entonces las hipótesis deben surgir de manera independiente de las observaciones. Popper postula que el Homo sapiens posee genéticamente una serie de expectativas a priori (anteriores a cualquier experiencia) que le hacen esperar regularidades o que le crean la necesidad de buscarlas. Asi pues, la ciencia se inicia con las hipótesis del investigador, que determinan a las observaciones, por medio de su intuición. Además de generar tales conjeturas sobre la realidad, el científico las pone a prueba, confrontándolas con la naturaleza por medio de observaciones o experimentos.

Lo cierto es que no todas las observaciones van precedidas de hipótesis, sino que a veces surgen hechos sorprendentes o fortuitos, o resultados totalmente inesperados, para los que entonces es necesario construir una hipótesis. En realidad, la observación excepcional es la que no contiene elementos inesperados y, por lo tanto, no buscados. De hecho si las cosas no fueran así, la investigación no tendría sentido.

Popper acepta el juicio de Hume y rechaza cualquier proceso inductivo en la ciencia, o sea que no se puede citar el resultado de un experimento como prueba favorable a una hipótesis determinada, lo único que puede decirse es que no ha sido refutada. Muchos de los científicos que han aceptado las ideas de Popper en realidad continúan actuando dentro del concepto inductivo-deductivo clásico, pues es en la practica es inaceptable que no existen criterios para determinar la verdad de cualquier teoría, que las observaciones son inútiles para inferir o construir teorías y que sólo sirven para falsificarlas.

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Finalmente, la postura anarquista niega la existencia del método científico pues, en su opinión, sólo restringiría la práctica de la ciencia. Aquí caben dos tendencias: por un lado, están los que afirman que el estudio histórico nunca ha revelado un grupo de reglas teóricas o prácticas seguidas por la mayoría de los investigadores en sus trabajos, sino todo lo contrario. Su miembro más sobresaliente es Feyerabend. Por el otro lado, se encuentran los que admiten que en el pasado pudo existir un método científico, pero que actualmente, debido al crecimiento progresivo y a la variedad de las ciencias, coexisten muchos métodos científicos.

Feyerabend usa ejemplos de descubrimientos realizados en física y astronomía en los que no parece reconocerse método alguno, incluyendo maniobras como supresión de datos opuestos a las hipótesis favoritas, trucos propagandísticos, apelación emocional, etc.; pero generalizar a partir de esos ejemplos, como él hace, a todas las ciencias de todos los tiempos resulta, cuanto menos, peligroso.

2. 2. El método científico y sus etapas. Tanto la Física como la Química son ciencias fundamentalmente

empíricas, es decir, se basan en la comprobación experimental de las hipótesis que los científicos postulan para justificar los fenómenos naturales que están estudiando.

Aunque existen muchas maneras de trabajar en el campo de las ciencias, y, por tanto, no se puede hablar de un método científico universal, lo cierto es que para poder realizar los trabajos de investigación con un mínimo de rigor se hace necesario un método de investigación que con ligeras variaciones sea aceptado por la comunidad científica.

El método científico comprende diferentes fases o etapas que se pueden resumir en los siguientes apartados:

1. Observación del fenómeno a estudiar. Se trata de describir lo más relevante del mismo y descifrar aquellos

factores que se pueda en su desarrollo. Esta observación suele estar ya encauzada por una cierta curiosidad previa, y, para que sea correcta, es conveniente anotar con precisión todas las circunstancias que acompañan al fenómeno, intentando distinguir lo fundamental de lo accesorio.

2. Formulación de hipótesis que expliquen e intenten justificar el fenómeno examinado.

Este paso no supone sólo una reflexión concienzuda sobre lo observado, sino que a menudo también requiere la aplicación de grandes dosis de imaginación para poder interpretar de forma adecuada los hechos que son objeto de estudio.

Recordemos que una hipótesis es una conjetura o suposición que es susceptible de ser contrastada experimentalmente para comprobar o no su verificación. Cualquier suposición no es una hipótesis, sólo aquellas que puedan ser comprobadas.

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3. Comprobación experimental de las hipótesis propuestas. Se trata de repetir el fenómeno observado bajo unas condiciones

controladas, similares a las iniciales, pero con la posibilidad de que puedan modificarse, lo que permitirá al investigador comprobar la influencia de los diferentes factores y variables que intervienen en dicho fenómeno.

El diseño experimental para llevar a cabo la verificación de hipótesis es una de las etapas más creativas del método científico. En esta etapa, es frecuente recurrir a instrumentos más o menos sofisticados que no sólo reproducen las condiciones naturales en las que se desarrolla el fenómeno, sino que también deben permitir modificaciones parciales de los diferentes parámetros que intervienen, lo que facilita (en un proceso de retroalimentación), la formulación de nuevas hipótesis que ayuden a interpretar el fenómeno estudiado.

4. Análisis de los resultados experimentales llevados a cabo por el equipo investigador.

Este análisis comporta una ardua tarea de recopilación de datos que hay que cotejar para dilucidar la acción de los diversos factores que hayan podido influir en el fenómeno observado. Esta labor se facilita mediante la elaboración de tablas numéricas, representaciones gráficas, etc., que conducen a ecuaciones matemáticas que son relaciones empíricas que se establecen entre los distintos factores que intervienen en el fenómeno y que reciben el nombre genérico de leyes.

La ley física expresa una relación numérica de dominio restringido y empíricamente comprobada; podemos decir que es la extrapolación racional de los datos experimentales recogidos por el investigador, y su validez dependerá tanto de la exactitud de dichos datos como de comprobaciones posteriores que realicen otros científicos. En ese sentido, la certeza de una ley física nunca es un hecho definitivo, siempre puede estar afectada por otras investigaciones que la enriquezcan, la maticen o, simplemente, la anulen.

5. Elaboración de las conclusiones finales y formulación, si es posible, de una teoría que englobe las leyes empíricas determinadas anteriormente.

Este último paso es la constatación de que la realidad física puede ser interpretada mediante teorías coherentes y comprensibles. Normalmente requiere de un trabajo teórico intenso, ya que su finalidad globalizadora implica el desarrollo de todas las posibles consecuencias que se derivan de esa teoría, y la comprobación de que no se contradicen con la realidad experimental que hasta entonces se conoce.

En esta etapa es conveniente señalar la importancia que tiene la creación

de modelos teóricos que ayudan a simplificar los problemas al delimitar el número de variables que entran en juego. Estos modelos, a menudo abstractos, facilitan la elaboración de las teorías científicas, ya que hacen hincapié en los parámetros más representativos del fenómeno observado y justifican las evidencias experimentales dentro de ese modelo teórico.

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2. 3. Validez de las teorías en la ciencia. En 1919 Eddington dio a conocer la primera confirmación observacional

de la teoría general de la relatividad. Popper fascinado por el éxito predictivo de las ideas de Einstein, concluyó que la distinción entre la ciencia verdadera y las seudociencias es precisamente que la primera está constituida por teorías susceptibles de ser demostradas falsas poniendo a prueba sus predicciones, mientras que las segundas no son refutables.

Para Popper, el conocimiento científico no puede demostrarse verdadero, sino sólo lo contrario. Mientras una teoría no se demuestre incorrecta la aceptaremos de forma provisional. Pero para que una teoría se demuestre incorrecta debe ser posible someterla a prueba experimental. Este sería pues el criterio para su aceptación como teoría científica.

Mientras Popper representa a la ciencia como una pelea entre una teoría y un experimento, y considera que el único resultado valioso es la falsificación de la teoría, el estudio histórico revela que cuando falla alguna de las predicciones derivadas de una teoría, ésta no se ha eliminado, sino que se ha conservado mientras se afinan las observaciones realizadas y se realizan otras, pues una teoría, aún plagada de anomalías, es mejor que ninguna. Sólo debe rechazarse una teoría cuando se encuentre otra mejor, capaz de predecir hechos nuevos y que explique todo lo que explicaba la anterior.

3. LOS GRANDES CAMBIOS: LAS REVOLUCIONES CIENTÍFICAS. En 1962 aparece la obra de Thomas Kuhn "La estructura de las Revoluciones

Científicas” que desarrolla una amplia crítica a la estructura de la ciencia y a la comunidad científica, que es quien define lo que es ciencia en una determinada época. Para Kuhn los científicos no son individuos de espíritu abierto, dispuestos a aceptar las novedades y los retos que plantea la ciencia.

La historia de la ciencia muestra, de acuerdo con Kuhn, que a lo largo de su evolución las distintas disciplinas han pasado por uno o más ciclos bifásicos, que él llama “ciencia normal” y “revolución”. Kuhn introduce también el concepto de paradigma. Un paradigma está formado por la amalgama de una teoría o conjunto de ideas y un método, que juntos constituyen casi una forma especial de ver al

Teoría vigente

Anomalías

acumuladas

Nueva teoría

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mundo, sostenido por una generación o un grupo coherente de científicos contemporáneos. Algunos ejemplos son la astronomía ptolemaica, la nueva química de Lavoisier o la óptica corpuscular de Newton.

Según su esquema, los ciclos comienzan después de una etapa de “presciencia”, durante el cual se acumulan observaciones casi al azar, sin referencia a un esquema general; en este periodo compiten varias escuelas de pensamiento sin que ninguna prevalezca sobre el resto. Poco a poco un sistema teórico adquiere aceptación general, con lo que surge el primer paradigma de la disciplina, y se inicia un periodo de ciencia normal, caracterizado porque la investigación se desarrolla de acuerdo con los dictados del paradigma. La tarea de los científicos es corroborarlo, no descubrir errores o limitaciones, y de eso depende su status dentro de la comunidad científica: si sus resultados no son compatibles con el paradigma dominante, lo que está mal no es la teoría sino los resultados del trabajo del investigador. Así, los resultados incompatibles con el paradigma se acumulan en forma de anomalías, en lugar de usarse como argumentos para forzar el cambio de la teoría por otra que las explique.

Sólo cuando se alcanza un nivel intolerable de anomalías, se producen las “revoluciones científicas”: el paradigma se abandona y se adopta uno nuevo que satisfaga no sólo los hechos explicados por el paradigma anterior sino también todas las anomalías acumuladas. A la ciencia que se realiza durante este periodo Kuhn la llama “ciencia revolucionaria”.

Pero para Kuhn el cambio de un paradigma por otro históricamente no ha sido un proceso racional, entre otras razones porque los distintos paradigmas no son comparables entre si. La comunicación entre los respectivos partidarios de los paradigmas enfrentados es difícil o imposible, pues se emplean los mismos términos con diferentes significados.

Frecuentemente, los defensores del nuevo paradigma son más jóvenes. Esta diferencia generacional no sólo se suma al bloqueo en la comunicación, sino que también contribuye a la irracionalidad del cambio, que culmina cuando fallecen los últimos miembros del grupo de científicos partidarios del paradigma saliente y se inicia un nuevo periodo de ciencia normal. Para Kuhn son las relaciones de poder en el seno de la comunidad científica las que determinan cuando adoptar el nuevo paradigma y cuál adoptar. La ciencia, en ese sentido, deja de ser objetiva, para ser política. Pensemos, por ejemplo, en como cuando Dumas y su discípulo Laurent encontraron experimentalmente que el concepto de radical de Berzelius era incorrecto, Dumas no quiso desautorizar a Berzelius, y fue su joven discípulo Laurent quien se mantuvo firme hasta imponer el concepto moderno. O en cómo la comunidad científica se negó a admitir la teoría ondulatoria de Huygens sólo porque desautorizaba a Newton.

La repercusión de la obra de Kuhn ha sido trascendental en la ciencia contemporánea, en la que podemos hablar de un antes y un después de Kuhn.

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4. LA CIENCIA COMO UN PROCESO EN CONTÍNUA CONSTRUCCIÓN: LA CONTROVERSIA SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ.

La aparente propagación lineal de la luz se conoce desde la antigüedad, y los griegos creían que la luz era un cierto tipo de influencia que o bien emitían los objetos luminosos o bien procedían del ojo o del objeto observado.

Los griegos establecieron algunas leyes sencillas sobre la propagación de la luz, que podemos resumir como sigue:

• La luz se propaga en línea recta. • Al incidir sobre una superficie pulida la luz se refleja de forma que el ángulo

de incidencia con la normal a la superficie es igual al ángulo de reflexión (reflexión especular).

• En el paso de un medio más sutil a otro más denso (del aire al agua, por ejemplo) la luz se propaga de tal manera que la inclinación del rayo refractado con respecto a la normal es menor que la inclinación del rayo incidente con respecto a la misma.

Además creían se pensaba que la propagación de la luz era instantánea, es decir, ocurría a velocidad infinita.

Hasta la revolución científica del siglo XVII no se produjeron avances notables en el estudio de la naturaleza de la luz.

La primera gran controversia sobre la naturaleza de la luz fue protagonizada por Newton y Huygens. Isaac Newton es universalmente célebre por ser el creador de la mecánica y enunciar el principio de gravitación universal, y su aplicación a la descripción del movimiento de los planetas de nuestro sistema solar fue su logro maestro.

Newton también investigó en el campo de la óptica, y de sus experimentos concluyó que la luz consistía en pequeñísimas partículas que se emiten desde las fuentes luminosas en todas las direcciones, viajan en línea recta, y producen la sensación visual al llegar al ojo del observador. La teoría corpuscular explica fácilmente la propagación rectilínea de la luz y su comportamiento en la reflexión especular, usando los principios cinemáticos y dinámicos que Newton había desarrollado.

En efecto, si sobre cada una de las pequeñísimas partículas de luz no actúa fuerza alguna o ésta es muy pequeña, según la primera ley de Newton, su trayectoria ha de ser una línea recta.

La ley de la reflexión especular se deduce de la conservación del momento lineal en una colisión perfectamente elástica con una superficie rígida y pulida. En la figura se observa que la componente de la cantidad de movimiento de la partícula paralela a la superficie no se modifica, pero la componente vertical cambia de sentido. Por consiguiente, el ángulo de incidencia debe ser igual al de reflexión.

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Para explicar la refracción en un medio transparente, supuso que las

partículas de luz eran atraídas por el vidrio o el agua, de modo que en el instante de alcanzar la superficie recibían un impulso que le proporcionaba un aumento en la componente de la cantidad de movimiento vertical a la superficie. Así, las partículas se veían obligadas a cambiar de dirección, acercándose a la normal, según lo observado experimentalmente.

Una consecuencia importante de esta teoría es que la velocidad de la luz

debe ser mayor en el agua o en el vidrio que en el aire. Este hecho no se pudo dilucidar hasta casi dos siglos después.

A pesar de conseguir algunos éxitos, la teoría corpuscular no explicaba dos fenómenos que ya se conocían experimentalmente. Uno era la doble refracción, es decir, la obtención de dos rayos refractados a partir de uno incidente, producida en los cristales de calcita, y otro, descubierto por el mismo Newton, los anillos coloreados o alternativamente claros y oscuros que se observan al incidir la luz sobre una lente plano convexa apoyada en un vidrio por su cara.

Para explicar estos resultados experimentales el físico holandés Huygens propuso una teoría alternativa a la de Newton conocida como teoría ondulatoria de la luz. Según la teoría ondulatoria, la luz es un tipo de movimiento oscilante. Las características que diferencian a estos tipos de movimiento son que están extendidos en el espacio y en el tiempo, y que es posible la interferencia entre los mismos. Huygens introdujo un principio que lleva su nombre: todos los puntos del frente de onda inicial se pueden considerar como nuevos focos emisores secundarios de las

Reflexión de una partícula.

Partícula incidente Partícula reflejada

aire

Refracción de una partícula.

agua

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mismas, siendo el frente de onda en cualquier momento el resultado de sumar todas las contribuciones parciales correspondientes a dichos puntos. El principio de Huygens proporciona una descripción geométrica precisa de cómo transcurre la propagación de un movimiento ondulatorio al encontrarse un obstáculo o al cambiar de medio material.

Aunque la teoría ondulatoria explicaba el fenómeno de la doble refracción, Newton rechazó abiertamente esta explicación aduciendo dos graves fallos. A su juicio no quedaba debidamente justificada la propagación rectilínea de la luz ni tampoco la carencia de los fenómenos de difracción. Si la luz es una onda como el sonido, ¿por qué no bordea los obstáculos como hace éste último?

Considerando la reputación de este científico excepcional, la teoría ondulatoria fue rechazada durante más de un siglo. Incluso cuando se dispuso de pruebas de la difracción, quisieron explicarla como la dispersión de partículas luminosas en los bordes de la rendija. La teoría corpuscular de Newton de la luz pervivió durante más de un siglo.

En 1801, Thomas Young demostró el fenómeno de la interferencia en la luz, una prueba clara de la naturaleza ondulatoria de ésta. Sin embargo, su trabajo fue ignorado por los científicos durante más de una década, hasta que el francés Agustín Fresnel dio a conocer sus numerosos experimentos sobre interferencias luminosas apoyando con una base matemática a la teoría ondulatoria. Demostró, por ejemplo, que la propagación rectilínea de la luz es una consecuencia de la longitud de onda muy corta de la luz visible.

Un triunfo notable de la teoría ondulatoria fue la prueba experimental de Fresnel hacia una sugerencia hecha por Poisson. Este último afirmaba que si la hipótesis ondulatoria fuese correcta, cosa que él no compartía, al iluminar un disco opaco, de dimensiones adecuadas, con una fuente situada en su eje, las ondas luminosas rodearían al objeto y deberían interferir constructivamente detrás del mismo, observándose un punto brillante en el centro de la sombra del disco. Poisson consideraba esto como algo ridículo, pero la rápida demostración de Fresnel convenció a muchos científicos de la validez de la teoría.

En la segunda mitad del siglo XIX se fueron acumulando pruebas cada vez más tajantes a favor de la teoría ondulatoria. Así, en 1850 Foucault demostró que la velocidad de la luz en el agua es menor que en el aire, contradiciendo la teoría corpuscular de Newton. En 1860, Maxwell publicó su teoría unificadora del electromagnetismo de la que se desprendía que la luz era una onda electromagnética. Hertz lo verificó experimentalmente poco después al obtener ondas utilizando circuitos eléctricos. Además, Kirchhoff y otros aplicaron las ecuaciones de Maxwell para explicar la interferencia y la difracción de la luz y de las ondas electromagnéticas en general, dotando a los métodos empíricos de Huygens de una base matemática firme.

Pero la teoría ondulatoria, generalmente correcta para describir la luz y otras ondas electromagnéticas, no puede explicar todas sus propiedades observadas. Una de las mayores ironías en la historia de la ciencia es que en el famoso experimento de Hertz, que confirmaba la teoría ondulatoria de Maxwell, descubrió

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también el efecto fotoeléctrico, que Einstein, dos décadas más tarde, demostró que sólo podía explicarse mediante un modelo corpuscular de la luz.

Hertz observó que al producir una descarga eléctrica entre dos electrodos a diferente potencial la chispa saltaba más rápidamente si el cátodo (polo negativo) se irradiaba con luz ultravioleta. En 1888, Hallwachs comprobó que una lámina de cinc, unida a un electroscopio y cargada negativamente, se descargaba con gran rapidez cuando era iluminada con radiación ultravioleta. Investigando este efecto en 1900, Lenard observó que cuando un rayo luminoso incide sobre una superficie metálica se expulsan electrones y que la energía de éstos no depende de la intensidad de la luz, algo sorprendente puesto que la intensidad es la energía por segundo y unidad de área que cae sobre la superficie metálica.

Einstein, en un brillante artículo publicado en 1905, demostró que se podían superar estas dificultades aplicando los postulados de la teoría cuántica de Planck al efecto fotoeléctrico.

Planck había postulado que la energía emitida sólo podía tomar unos valores definidos, llamados “cuantos”, proporcionales a la frecuencia de la radiación emitida. La fórmula de Planck para la energía de estos cuantos de luz o fotones es:

E = h f siendo h la constante de Planck, igual a 6,63 10-34 J s . Einstein postuló que la luz no sólo se emite en forma discontinua, sino que

también se propaga de igual modo. En vez de considerar la luz incidente como una radiación de frecuencia f, la imaginó como un chorro de partículas (los fotones), cada una de las cuales posee una energía h f. Cuando uno de dichos fotones incide sobre la lámina metálica cede su energía a uno de los electrones y, si es superior a la energía mínima o umbral necesaria, arrancará al electrón de la superficie del metal. Cuando se aumenta la intensidad de la luz de una frecuencia dada, aumenta el número fotones que incide sobre la superficie expulsando más electrones, pero la energía de cada electrón es la misma.

Con este modelo Einstein predijo que la energía máxima de un electrón desprendido debería aumentar linealmente con la frecuencia de la luz incidente y que si la frecuencia de dicha luz era inferior a una cierta frecuencia umbral característica de cada metal, dejaría de producirse el efecto fotoeléctrico sin importar cuánto vale la intensidad, debido a que ningún fotón aislado tendría energía suficiente para extraer el electrón.

Estas predicciones fueron confirmadas unos diez años después por el físico americano R. A. Millikan, reanimando el modelo corpuscular de la luz.

La comprensión total de esta naturaleza dual de la luz no llegó hasta la década de 1920, cuando los experimentos realizados por C. J. Davisson y L. Germer y por G. P. Thompson demostraron que los electrones (y otras “partículas”) también poseían una naturaleza dual, exhibiendo propiedades ondulatorias de interferencia y difracción al mismo tiempo que las propiedades corpusculares ya conocidas. El comportamiento de magnitudes fundamentales como la luz, los electrones y otras partículas subatómicas se describe correctamente mediante la teoría de la mecánica cuántica desarrollada por E. Schrödinger, W. Heisenberg, P. Dirac, y otros.

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Aunque la teoría cuántica difiere tanto de la teoría ondulatoria clásica como de la teoría corpuscular clásica, según las circunstancias se asemeja a una u otra. La propagación de estas magnitudes fundamentales debe describirse siempre con una propagación de ondas que presentan los efectos normales de interferencia y difracción; el intercambio de energía entre dichas magnitudes fundamentales, como sucede en el efecto fotoeléctrico, se describe normalmente mejor en función de la mecánica de partículas.

5. LOS CIENTÍFICOS Y SUS CONDICIONAMIENTOS SOCIALES. En general, los factores que influyen en la actividad científica se pueden

clasificar en cuatro grupos: • Las teorías vigentes. • El contexto personal: creatividad, ambiciones y motivaciones del investigador. • El contexto científico: aportaciones en congresos y revistas, prestigio de los

investigadores, establecimiento de líneas de investigación y valoración de la comunidad científica.

• El contexto social: el científico se halla condicionado por la política, la opinión pública, las prioridades militares, las necesidades industriales y las preocupaciones sociales, que determinan en conjunto la inversión económica que posibilita una investigación.

A pesar de la trascendental importancia que los científicos han tenido para el desarrollo y progreso de la humanidad, y aunque hoy en día son respetados en los ámbitos intelectuales y gubernamentales de las sociedades, es cierto también que existen muchos prejuicios y distorsiones en la sociedad en general sobre su labor. Fundamentalmente por el desconocimiento popular de la ciencia y por el error valorativo de lo que la sociedad entiende por cultura, como veremos en el siguiente apartado.

Aún es frecuente considerar al científico como una persona ajena a los problemas cotidianos y realizando experimentos del todo incomprensibles para la gran mayoría de la población. Por no hablar del tópico sobre el uso bélico de los avances científicos.

Nada ha contribuido más al desarrollo y bienestar humano que la ciencia. No obstante, este progreso trae consigo enormes problemas, como el deterioro del medio ambiente. El modelo de vida occidental y la conservación del planeta, si se consideran a escala mundial, son incompatibles. Pero este dilema escapa a la labor de los científicos, compete más a los políticos y a la sociedad que elige un modo de vida sin valorar sus consecuencias sobre el sistema global planetario. A la postre, serán los científicos los que tengan que colaborar en la búsqueda de las soluciones.

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Cierto que el gasto en el desarrollo tecnológico de la industria armamentística es desorbitado e inmoral, pero normalmente se trata de aplicaciones perversas de avances tecnológicos, orquestadas por los gobiernos y los grupos de presión económica de los países. Los ciudadanos desconocen cómo los científicos propugnan en su mayoría el uso pacífico de sus descubrimientos. Muy pocos ciudadanos conocen el Manifiesto de Gotinga, publicado en 1958, que constituye un excelente ejemplo del sentido de responsabilidad de muchos científicos. Los firmantes de esta declaración, entre los que se encontraban Werner Heisenberg y Max Born, estuvieron guiados por su conciencia y su compromiso con la humanidad, negándose a seguir una línea científica que condenaban por razones morales.

El grupo de Gotinga fue más allá y planteó las siguientes preguntas: ¿debe ser la ciencia una esclava del sistema político? ¿Debe éste dictar a la ciencia los problemas a resolver y el camino a seguir? Los firmantes creían que la ciencia tiene una responsabilidad que está por encima incluso de la verdad de sus resultados, y consideraron un deber informar a la sociedad sobre su verdadero pensamiento. El hombre no esta todavía preparado para utilizar el poder que nos confiere la ciencia.

6. LAS ACTITUDES CIENTÍFICAS EN LA VIDA COTIDIANA. El impacto del progreso científico ha revolucionado nuestra forma de

vida. El ritmo de adquisiciones científicas crece y se incorporan a través de la técnica con mayor rapidez en nuestras vidas. Ello hace del conocimiento científico un mediador indispensable en la relación de las personas con su entorno.

La ciencia y sus aplicaciones forman parte de la cultura general del individuo. Sin embargo, la consideración social de la ciencia como parte de la cultura está en clara desventaja frente al conocimiento de tipo humanístico. Tradicionalmente se ha entendido como cultura la posesión de una cierta erudición en torno a las diferentes artes. Sin embargo, no consideramos inculto al que ignora quién fue Newton, y desconoce una ley tan decisiva en nuestra vida como la ley de la gravedad.

La actitud del ciudadano ante la ciencia es paradójica: la mitifica por ser algo complejo e inaccesible y la rechaza precisamente por ese desconocimiento. Esto nos plantea la necesidad de fomentar y desarrollar una adecuada cultura científica, empezando por un mayor acercamiento de los ciudadanos al conocimiento científico básico, pues afecta al propio modo en que las personas edificamos nuestra visión del mundo. Una mejor formación científica de los ciudadanos propiciaría el desarrollo de actitudes críticas y constructivas y una mayor implicación de los ciudadanos con el desarrollo de la ciencia, tomando decisiones responsables para que la sociedad progrese en convivencia pacífica y no use la ciencia como medio de destrucción.

El conocimiento de los mínimos fundamentos físico-químicos y biológicos de nuestra naturaleza hará que seamos más conscientes sobre la necesidad de cuidar el entorno, desarrollando de modo natural una actitud en la población sobre el empleo de productos no contaminantes, el reciclaje, la gestión de los residuos, etc. La

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OPOSICIONES AL CUERPO DE PROFESORES DE ENSEÑANZA SECUNDARIA FÍSICA Y QUÍMICA

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conservación de nuestra naturaleza no es misión sólo de los científicos, los políticos o las organizaciones no gubernamentales (ONG´s). Es fundamental fomentar una cultura científica en la ciudadanía que fomente una actitud de respecto y cuidado del entorno como algo de importancia vital.

La salud pública supone uno de los mayores gastos sociales para cualquier sociedad avanzada. Vivimos de una forma poco saludable porque consideramos que nuestra propia salud interesa a los médicos y sólo ante una enfermedad recurrimos a ellos. El fomento de una educación científica en la población sobre el conocimiento de nuestro cuerpo, de normas básicas de salud e higiene y de la nutrición mejoraría notablemente el bienestar de la población.

Si pudiéramos concienciar a los ciudadanos sobre la necesidad de fomentar actitudes científicas en la vida cotidiana, mejoraría en muchos aspectos la humanidad y el planeta que nos sostiene.

7. CONCLUSIÓN. Para la mayoría de los historiadores de la ciencia, ésta no desempeña el

papel fundamental que le corresponde en la cultura. La sociedad considera a los científicos unos individuos privilegiados e inaccesibles, debido a la excesiva especialización de los científicos.

La ciencia es la actividad humana que se ocupa de descubrir, estudiar y explicar los fenómenos de la naturaleza y del universo, fundamentalmente por dos motivos: para satisfacer la curiosidad del ser humano por su entorno y para emplear el conocimiento adquirido en beneficio de la humanidad. Como hemos visto, existen muchas vicisitudes para lograr lo primero y, por desgracia, no siempre se cumple lo segundo.