Método experimental de las ciencias empíricas

De Wikillerato

Revisión de 10:00 31 may 2007

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:

1. Observación.
2. Formulación de hipótesis.
3. Comprobación de la hipótesis
4. Formulación de la ley.
5. Expresión matemática de la ley.
6. 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.

1. Papel heurístico. La hipótesis sirve para dirigir la investigación permitiendo su avance.
2. 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:

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:

1. Método de concordancias: Si A es causa de B, siempre que se dé A se dará B.
2. Método de diferencias: Si A es causa de B, al faltar A, tiene que faltar B.
3. 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 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 , es igual a la presión del líquido, es decir, a su gravedad específica multiplicada por la altura de su columna: , de donde </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.