Método experimental de las ciencias empíricas

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Revisión de 08:14 31 may 2007

Tabla de contenidos

1 Introducción
2 Método hipotético-deductivo

Introducción

Las ciencias empíricas, experimentales o naturales son aquellas que estudian los fenómenos observables en la naturaleza. Se llaman experimentales porque parten de la experiencia y utilizan como criterio para aceptar sus tesis, la verificación experimental, su comprobación en la experiencia.

Experiencia se define por tanto, como todo objeto, hecho o fenómeno susceptible de ser observado o experimentado a través de la percepción sensible.

Tradicionalmente se las ha llamado ciencias inductivas, ya que partiendo de la experiencia, de la observación, pretenden alcanzar tesis o leyes que se puedan aplicar universalmente. Es problema de la inducción: cómo a partir de los datos observados se puede realizar una generalización universal. Al método inductivo, hoy día le llamamos método hipotético – deductivo. Su creador fue Galileo Galilei (1564 – 1642), y también William Whewell, (1794 – 1866), con grandes aportaciones y críticas de lógicos y teóricos de la ciencia de la actualidad.

Método hipotético-deductivo

Este método tiene las siguientes fases:

Observación.
Formulación de hipótesis.
Comprobación de la hipótesis
Formulación de la ley.
Expresión matemática de la ley.
El conjunto de leyes forma una teoría que se aplica de manera deductiva como los axiomas en las matemáticas

Observación

Es la primera fase, aquella en la que el científico pone su atención en el estudio de las características del fenómeno objeto de su investigación. Esta observación puede ser directa, es decir, según como se desarrolle el fenómeno en la naturaleza, o provocada en un laboratorio, esta segunda forma es la experimentación. La experimentación ofrece mayores ventajas que la mera contemplación del fenómeno en la naturaleza. En el laboratorio el fenómeno se puede repetir cuantas veces sea necesario y además se puede manipular. Esta primera fase de investigación es muy importante, ya que un fallo en la observación puede generar una teoría equivocada. Para ser fecunda, la observación ha de ser medida, es decir, cuantificada. El eminente investigador en Biología y Medicina Claude Bernard (1813 – 1878) señaló la importancia que tiene para el método experimental, la sistematización y matematización de los experimentos, se trata de una experiencia armada, es decir, una experiencia provocada y sistematizada mediante instrumentos cada vez más complejos (microscopio, telescopio etc.), que ayuden al proceso de medición y cuantificación de lo observado. Leonardo da Vinci afirmaba a este respecto: “Ninguna certeza hay allí donde no están las matemáticas o donde no se aplican”. De igual modo Galileo afirmaba que “el que quisiera leer en el libro de la Naturaleza tendría que conocer las matemáticas, pues dicho libro está escrito en lenguaje matemático”. También Descartes decía en Los Principios de Filosofía: “No acepto en Física principios que no sean también aceptados en matemáticas”.

La matematización de la ley sólo es posible en el caso de que la observación haya sido cuantificada.

Formulación de hipótesis

La hipótesis –tesis débil-, es una explicación provisional del fenómeno que cumple un doble papel.

Papel heurístico. La hipótesis sirve para dirigir la investigación permitiendo su avance.
Papel sistemático. La hipótesis organiza los hechos observados: Henri Poincaré (1854 – 1912) en su importante libro La ciencia y la hipótesis afirma: “La ciencia se hace con hechos, al modo como una casa se hace con piedras, pero una acumulación de hechos no es una ciencia, como una casa no es una acumulación de piedras…Los hechos no nos bastan, nos es necesaria la ciencia ordenada, organizada”.

Para organizar los hechos, toda hipótesis debe cumplir varias condiciones:

Tiene que ser sugerida por los hechos observados.</li>

Tiene que ser coherente, es decir, no llevar a contradicciones</li>

Tiene que ser verificable, susceptible de ser comprobada experimentalmente</li>

• Debe ser lo más sencilla posible. En igualdad de condiciones entre dos hipótesis se debe elegir la más sencilla. Este principio opera según la máxima de que la naturaleza obra de la manera más sencilla, así lo afirmaba Aristóteles; Guillermo de Occam un filósofo inglés del siglo XIV, lo llamó principio de economía metafísica, según el cual la naturaleza actúa con la mínima acción y el menor gasto de energía, de la manera más sencilla y rápida posible.</li>

Comprobación de las hipótesis

Una vez formulada, la hipótesis ha de ser verificada. Esta verificación se realiza mediante los llamados métodos de Stuart Mill (1806 – 1876), que perfeccionan las antiguas tablas de Francis Bacon (1561 – 1626).

Estos métodos son tres:

Método de concordancias: Si A es causa de B, siempre que se dé A se dará B.
Método de diferencias: Si A es causa de B, al faltar A, tiene que faltar B.
Método de variaciones concomitantes: Si A es causa de B, al variar A, tiene que variar B.

La aplicación de estos métodos de Stuart Mill, se llama hoy día implicaciones contrastadoras, es decir predicciones de lo que sucederá si la hipótesis es exacta y correcta. Estas predicciones implicadas por la hipótesis, sirven para contrastarla o confirmarla.

Formulación de la ley

Una vez corroborada la hipótesis, se generaliza para todos los casos, pasa a la categoría de ley científica y como tal se formula. Una ley científica funciona como los axiomas en la matemática; a partir de la ley se deduce la teoría, como a partir de los axiomas se deducen los teoremas.

Matematización de la ley

Suele realizarse de manera deductiva como hizo Isaac Newton con las leyes de la mecánica celeste, aunque no siempre es posible; en ese caso hay que recurrir a otros métodos.

El conjunto de leyes forma una teoría que se aplica de manera deductiva como los axiomas en las matemáticas.

Ejemplo de la bomba de agua

Un ejemplo interesante del método experimental lo encontramos en 1643, cuando Torricelli (1608 – 1647), discípulo de Galileo, se enfrentó con el problema de explicar por qué las bombas no pueden levantar el agua a una altura superior a 10 metros.

El problema era interesante para los ingenieros de minas y los fontaneros, pero también tenía un alcance más amplio. Era una teoría de carácter general que podía aplicarse a varios dominios de la tecnología.

La presión atmosférica se transmite al cuerpo líquido y lo único que hace el pistón es liberar la columna líquida de dicha presión.

Los supuestos iniciales eran:

A 1: El aire es un fluido que obedece a las leyes de la estática de los líquidos.

A 2: La tierra está rodeada por una capa de aire, Torricelli decía: “Vivimos sumergidos en un mar de aire elemental”.

De A 1, dedujo:

T 1: El aire ejerce una presión sobre los cuerpos en contacto con él.</li> De A 1 y T 1, dedujo:

T 2: El aire atmosférico ejerce una presión sobre la superficie de la tierra – nos encontramos ante el concepto actual de presión atmosférica -. De hecho, Torricelli explica la subida del líquido en las bombas como el efecto de la presión del aire atmosférico sobre la superficie libre del líquido; la función del pistón no es absorber el agua – como pensaron los antiguos -, sino desalojar el aire liberando así el agua que sube de la presión atmosférica.</li>

T 3: El aire atmosférico ejerce una presión sobre la superficie libre de los líquidos.</li> De A 1, se sigue que las leyes de los vasos comunicantes valen también para el sistema aire líquido. De A 1 y T 3, se sigue:

T 4:Si no hay una fuerza que actúe sobre una porción de la superficie de un líquido mientras el resto de la superficie sufre la acción de la atmósfera, la primera posición sube hasta que su peso se equilibra con el paso de la columna de aire. Aquí introduce el concepto de equilibrio hidrostático en un tubo en forma de U.</li>

Definición: Dos fluidos se encuentran en equilibrio en un tubo U, si y solo si las presiones que ejercen recíprocamente sobre la superficie de contacto son iguales.</li> Esta definición unida al Teorema 4, implican:

T 5: La altura máxima alcanzada por un líquido que sube bajo la acción de la presión atmosférica es la que corresponde al equilibrio. La presión atmosférica $P$ , es igual a la presión del líquido, es decir, a su gravedad específica multiplicada por la altura de su columna: $P= ph$ , de donde $h = P / p$ </li> Esta afirmación no es una pura intuición, puesto que va precedida por un análisis; tampoco es una inducción, ya que no es una generalización de un número determinado de observaciones; tampoco se trata de una deducción, porque no es la conclusión de ninguna premisa anterior. Es por tanto, un nuevo axioma sugerido por la comparación de dos cosas, que afirma su semejanza: es una analogía. La nueva hipótesis se expresa como un axioma:

Axioma 3: Una bomba aspirante – impelente: El líquido en el que está parcialmente sumergida y la atmósfera constituyen un tubo en forma de U, cuya peculiaridad consiste en que la presión atmosférica no actúa sobre una de sus ramas.

Ejemplo de la bomba aspirante-impelente

Bomba aspirante-impelente

De A 3 y T 5, se deduce la posibilidad de producir realmente un vacío, posibilidad negada en su época, especialmente por la física de Descartes.

T 6: Si una vez que la columna líquida ha alcanzado la altura de equilibrio, la bomba sigue trabajando, aparece un vacío entre la superficie de la columna líquida y el pistón.</li> Ya tenemos lo necesario para explicar por qué suben los líquidos en las bombas, y por qué la subida tiene un límite.

Resumen del razonamiento

Enunciado del problema
La limitada capacidad de extracción de las bombas de succión y la inadecuación de la hipótesis del horror vacui (- rechazo que siente la naturaleza por el vacío -) para explicar esa generalización empírica.
Hipótesis iniciales
1. La aerostática y la hidráulica son una disciplina (analogía).
2. Existe la atmósfera (mar de aire elemental) (analogía).
Elaboración de hipótesis iniciales

A 1 teoría hidróstatica. Luego ( ├ T 1) (deducción).
A 2, T 2. Luego (├T 2) (deducción).
T 2 ├ T 3 (deducción).
A 1 T 3 ├T 4. (deducción).

Expansión de la teoría inicial

Df. (estipulación).
(Df. T 4 y T 5) (deducción).
A 3: Parte de un tubo en U que funciona como una bomba (analogía).
A 3, T 5, T 6 (deducción).

Solución del problema

T 4, A 3, subida de los líquidos en las bombas (deducción).
T 5 A 3 altura limitada de la columna de líquido que sube por la bomba

Críticas del método científico en la actualidad

En la Epistemología contemporánea se han presentado nuevas formas de establecer el método hipotético – deductivo, criticando el empirismo subyacente al método clásico, es decir el excesivo apego a la observación y experimentación, como únicos criterios de verdad. Ya William Whewel, - uno de los creadores del método hipotético-deductivo -, había afirmado que la observación por sí sola no conduce a nada.

Karl Popper. La falsación y la corroboración

Karl Popper ( 1902 – 1994 ), eminente filósofo de la ciencia, afirma que las hipótesis no sólo deben verificarse sino que deben formularse de forma y manera que puedan ser falseadas: cualquier hipótesis debe estar preparada para ser refutada, es decir para que se pueda demostrar su falsedad. La supervivencia de las hipótesis expresa un estado transitorio. Las teorías fuertes que resisten la falsación, tienen mayor grado de corroboración. Por esta razón, Popper denomina a las teorías, conjeturas; si son correctas, sus predicciones se cumplirán, y si no se cumplen, deben ser revisadas.

En los términos de la lógica proposicional, el requisito de falsación, se ajusta a la forma lógica del razonamiento deductivo modus tollendo tollens: $p \to q , \overline {q} â�� \overline {p}$

De este modo las ciencias de la naturaleza, se colocan dentro de la certeza del razonamiento deductivo matemático. La lógica de la prueba o verificación no tiene nada de inductiva.

Estas últimas afirmaciones de Popper han sido criticadas por el filósofo americano Hilary Putnam y el español, Javier Muguerza; según ellos la corroboración, es en realidad una nueva confirmación, con lo que sigue prevaleciendo el recurso a la experiencia.

Por otro lado, -señala Muguerza-, tampoco Popper habla tanto de refutar un hecho, cuanto de refutabilidad o susceptibilidad de refutación. De manera que una hipótesis es científica en la medida en que esté abierta a la posibilidad de ser refutada por la experiencia. Y aquí se encuentra precisamente el criterio de demarcación entre lo que es ciencia y lo que no lo es. En uno de sus más importantes libros, La lógica de la investigación científica, Popper afirma:

“Las teorías son redes que lanzamos para apresar aquello que llamamos el “mundo”: para racionalizarlo, explicarlo y dominarlo. Y tratamos de que la malla sea cada vez más fina”.

Esta metáfora de la pesca es muy productiva, el conocimiento científico se equipara con el oficio de la pesca, en la medida que vamos navegando necesitamos renovar las redes en función de las incidencias del trayecto y de la pesca.

Thomas Kuhn. Teoría de las revoluciones científicas

Otra aportación importantísima al estudio del método científico es la del físico y filósofo estadounidense Thomas Kuhn (1922 – 1996) y su teoría de las revoluciones científicas.

Kuhn, en la misma línea de los filósofos de la ciencia, Hanson R.D., Putnam H. y Chalmers, A., afirma que el hecho de que la ciencia comience con la observación no es del todo exacto, o por lo menos es ingenuo, dando la razón a Nietzsche, F (1844 – 1900), de que no existe una percepción inmaculada de los hechos; la observación está cargada de teoría. Todos los científicos operan dentro de una cosmovisión, una visión del mundo y de las cosas, una escala de valores, una estructura o armazón de presupuestos básicos que Kuhn llama paradigmas.

La actividad científica se encuadra dentro de un paradigma, se trata de la ciencia normal. Según Kuhn, en su libro La estructura de las revoluciones científicas:

“Ciencia normal, significa investigación basada en uno o más logros del pasado, logros científicos que alguna comunidad científica en particular reconoce, durante cierto tiempo, como fundamento para su práctica posterior…, simultáneamente fue lo suficientemente amplia y general para dejar toda clase de problemas para que los resolvieran posteriormente.

De aquí en adelante, me referiré a los logros que comparten estas dos características, como paradigmas, término que se relaciona con el de ciencia normal. Al elegirlo, quiero sugerir que incluyen ley, teoría, aplicación e instrumentación a la vez, proporcionan modelos de los cuales surgen tradiciones particulares, coherentes de investigación científica. Éstas son las tradiciones que describe el historiador como astronomía ptolemaica, copernicana, dinámica aristotélica o newtoniana, óptica corpuscular u óptica de ondas y otros similares”.

Estos periodos de ciencia van cediendo paso a periodos de crisis, cuando surgen acontecimientos que no se pueden explicar en el paradigma anterior. El paradigma no puede apoyar una investigación, los puntos de vista opuestos saltan a la vanguardia y se produce lo que Kuhn llama ciencia extraordinaria, que termina alcanzando el consenso de la comunidad científica. Los científicos se ponen de acuerdo en aceptar otro paradigma, es una revolución científica. El nuevo paradigma debe explicar las áreas anómalas de investigación.

Escuchemos de nuevo a Kuhn:

“Confrontados con anomalías o crisis, los científicos toman una actitud diferente hacia los paradigmas existentes y la naturaleza de su investigación cambia de acuerdo a esto. La proliferación de artículos en competencia, la voluntad de probar cualquier cosa, la expresión de un descontento explícito, el recurrir a la filosofía o al debate sobre los fundamentos; todos estos son síntomas de una transición de la investigación normal a una extraordinaria”.

La revolución que implica la adopción de un nuevo paradigma no es sólo un cambio de teoría, una explicación diferente que se ve inserta en las antiguas; las revoluciones son cambios radicales, cambios de forma o Gestalt en la opinión mundial de la comunidad científica, como si los científicos vieran los hechos por primera vez, es un cambio gestáltico o cambio de paradigma, que Kuhn ejemplifica de la siguiente manera:

“Los que eran patos en el mundo científico antes de la revolución son conejos después. El hombre que primero vio el exterior de la caja desde arriba ve más tarde el interior desde abajo… Mirando un plano topográfico, el estudiante ve líneas sobre el papel, el cartógrafo una figura de un terreno. Mirando una fotografía de una cámara de burbujas el estudiante ve líneas confusas y cortadas, el físico un registro de sucesos subnucleares familiares”.

Estas afirmaciones de Kuhn, han provocado fuertes reacciones en contra, puesto que según esta concepción de la ciencia, la realidad está constituida en parte por el mismo paradigma desde el que se la observa, nos encontramos ante un cierto relativismo y subjetivismo, en el que la ciencia pierde bastante de su supuesta objetividad y racionalidad, tambaleándose asimismo la extendida creencia en el progreso científico. “Los científicos –prosigue– aceptan un nuevo paradigma por toda clase de razones”.

Las revoluciones científicas son bastante parecidas a las revoluciones sociales.

Imre Lakatos. El programa de investigación

Finalmente el eminente matemático y lógico de la ciencia de origen húngaro Imre Lakatos (1922 – 1974), ha tratado de mediar entre el racionalismo de Popper y la posición historicista de Kuhn. Rechaza la opinión de Popper de que la falsabilidad sea la prueba primordial para las hipótesis científicas. La falsación para Lakatos consiste en un triple enfrentamiento entre dos teorías rivales y la experiencia; estas teorías se confrontan con la experiencia, una es aceptada y la otra refutada. La refutación de una teoría depende del éxito total de la teoría rival.

En su importante trabajo de 1978 Metodología de programas científicos de Investigación, expone su teoría en los siguientes términos:

“Una prueba es, o – debe procurarse que así sea -, una lucha directa entre la teoría y el experimento, de modo que sólo estas dos se enfrenten en la confrontación final, y el único resultado interesante de tal confrontación es la falsación concluyente; los únicos resultados genuinos son refutaciones de hipótesis científicas. Sin embargo, la historia de la ciencia sugiere que las pruebas son al menos luchas tripartitas entre teorías rivales y experimentos, algunos de los cuales resultan confirmaciones más que falsaciones”.

En lugar de paradigmas, Lakatos introduce una noción nueva, un programa de investigación, como un armazón dentro del cual los científicos realizan su actividad.

Un programa de investigación se compone de las siguientes partes:

Un núcleo central, los presupuestos básicos del programa.</li>

Un cinturón protector de afirmaciones auxiliares o hipótesis. </li>

Un núcleo central incuestionable. En el cinturón protector, se permite la refutación y modificación, mientras que este núcleo central es totalmente impenetrable a las anomalías, como lo son los paradigmas de Kuhn en su mejor momento. </li> No parece haber una manera clara de determinar el mejor de los programas de investigación; sólo podemos afirmar la superioridad de uno sobre otro, una vez que ha pasado el tiempo. En este punto incide la crítica del controvertido filósofo de la ciencia Paul Feyerabend (1924 – 1994), que pasó de ser un seguidor del realismo popperiano y del círculo de Lakatos, a representar una aguda crítica anarquista a las teorías de ambos. En su principal obra Contra el método (1975), critica la lógica del método científico apoyándose en un estudio detallado de algunos acontecimientos de la historia de la ciencia, particularmente de la física y astronomía para llegar a la conclusión de que la historia demuestra que no hay un método mejor que otro, ni tampoco principios inalterables, no hay progreso ni verdad, sino cambios de estilo. Unas teorías científicas contradicen a otras, son inconmensurables, por ejemplo la física de Newton y la de Einstein.

Paul Feyerabend. El pluralismo

Feyerabend se rebela contra el racionalismo y el dogmatismo tradicionales en el pensamiento científico; entiende la ciencia como una vía más de conocimiento, similar al arte o a la religión, de acuerdo con su famosa frase: “todo vale” . No afirma la ausencia de reglas, teorías o métodos, sino un pluralismo de todos ellos y proclama la libertad de la sociedad para poder elegir unas teorías u otras.

“Una vez acabada su “reconstrucción de la ciencia moderna”, muchos metodólogos se vuelven hacia otros campos como si hubiera quedado establecido que la ciencia moderna es superior a la magia o a la ciencia aristotélica y que sus resultados no son ilusorios. Sin embargo no hay el menor argumento de ese tipo. Las reconstrucciones racionales dan por supuesta la sabiduría científica básica, pero no demuestran que es mejor que la sabiduría de las brujas y los magos”.

Feyerabend, P. Contra el método. Ensayo de una teoría anarquista del conocimiento. p. 205.

En resumen parece que las ciencias empíricas no se encuentran en el hogar de la objetividad, como pudiera parecer a primera vista debido a su recurso a la experiencia.

Albert Einstein. Una postura equilibrada

Posiblemente la postura más equilibrada nos la ofrece el premio Nobel de Física, Albert Einstein (1879 – 1955), en su obra La física, aventura del pensamiento, p.251.

“Los conceptos físicos son creaciones libres del espíritu humano y no están por más que parezca, únicamente determinadas por el mundo exterior. En nuestro empeño de concebir la realidad, nos parecemos a alguien que tratara de descubrir el mecanismo invisible de un reloj, del cual ve el movimiento de las agujas, oye el tic – tac, pero no le es posible abrir la caja que lo contiene. Si se trata de una persona ingeniosa e inteligente, podrá imaginar un mecanismo que sea capaz de producir todos los efectos observados, pero nunca estará segura de si su imagen es la única que los pueda explicar.

Jamás podrá compararla con el mecanismo real, y no puede concebir siquiera el significado de una comparación que le está vedado. Como él, el hombre de ciencia creerá ciertamente que, al aumentar su conocimiento, su imagen de la realidad se hará más simple y explicará mayor número de impresiones sensoriales. Puede creer en la existencia de un límite ideal del saber, al que se aproxima el entendimiento humano, y llamar a este límite la verdad objetiva”.

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