martes, 26 de enero de 2016

Curso.- 4. Experimentación y método científico

[En la próxima clase, la tercera del curso, se dio inicio al tema de la astronomía griega (siete páginas de notas en el cuaderno), pero primero se nos expuso el problema de la imposiblidad de la experimentación en la astronomía, una situación que ha estado cambiando en la "Era Espacial", y se dijo algo sobre el método científico.]


El problema de la astronomía, la ciencia más antigua que se conoce, consiste en que, mientras que la física, la química y la biología pueden planear y realizar experimentos y de esa manera comprobar [o descartar] una hipótesis, la astronomía no puede hacer eso: es por antonomasia la ciencia de observación, pero no es cualquier observación, sino una observación cuidadosa y sistemática.  La exploración espacial ha creado la posibilidad de que se convierta en una ciencia experimental. 

[Ya en mi juventud, a comienzos de los años 70, se comenzó a enviar a Marte dispositivos que eran laboratorios en miniatura para recoger muestras del suelo y someterlas a pruebas para ver si había ahí formas de vida microscópica, pero a los resultados se les puede dar más de una interpretación y por eso nunca han sido definitivos y concluyentes.  No entiendo por que en el transcurso de medio siglo han sido tan lentos y tímidos en esa cuestión.  Se sabe ya que hubo una época en la que Marte tuvo una atmósfera tan densa como la terrestre y estuvo cubierto de mares extensos, así que pudo haber formas de vida macroscópicas que dejaron fósiles, entonces lo que había que hacer era enviar excavadoras que abrieran zanjas profundas.  En cambio llevan varios decenios escarbando la tierra como gallinas y buscando microbios sin haber llegado a ninguna conclusión, mientras los huesos pueden estar pocos metros o incluso meros centímetros más abajo.  Envejecí esperando a que se iniciara la paleontología marciana y parece que moriré estando en eso porque, ¿quién me va a prestar atención en la NASA, la ESA, o cualquier otra de esas agencias espaciales?]

La astronomía trabaja con el método científico.  A partir de la observación de los fenómenos se construye hipótesis, teorías, o hipótesis teóricas, que son sometidas a examen.  Esta es la manera como trabajan las ciencias naturales.  Estas teorías no son verdades absolutas.  Son una representación de la manera en que vemos las cosas.  Eso no quiere decir que no haya fenómenos que hayan sido explicados y se hayan repetido hasta la saciedad, siendo ya no simples hipótesis teóricas sino hechos, como la rotación de la Tierra.


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[En la página respectiva fui acumulando varias notas anexas de las de papelito suelto con pasajes complementarios tomados de fuentes diversas.  En los casos en los que hubo que traducir incluyo aquí la versión original en inglés.]


Es necesario estudiar la naturaleza de la luz para poder entender la naturaleza de los cuerpos celestes.  Exceptuando la Luna, algunos meteoroides y algunas partículas del viento solar, no es posible analizar en un laboratorio el material del Sol, las [demás] estrellas y otros cuerpos del espacio exterior, pero la luz que emiten puede ser recogida y analizada.  Puede deducirse de la teoría de donde vino y que le sucedió en su viaje prolongado a través del espacio exterior.  (An Introduction to Astronomy, Huffer)

[Antes de entrar a la atmósfera el objeto es un "meteoroide" pero al hacerlo, a 80 quilómetros de altitud, arde y se le llama "meteoro", si llega aproximadamente a los 12 se le dice "bólido" y si cae a tierra es un "meteorito".  (Es un error creer que la fricción con las partículas del aire es lo que hace que arda.  La causa es la compresión del aire frente al objeto porque en todo gas que se comprima se eleva la temperatura, como se nota al inflar la rueda de una bicicleta: la bomba compresora se calienta tanto que es como si se la hubiera puesto en un horno.) 

El Sol emite tanto ondas electromagnéticas como corpúsculos.  Lo segundo es el "viento solar", un flujo continuo de partículas con carga eléctrica  (gas ionizado caliente o "plasma) que avanza a velocidades supersónicas (500 a 1.500 km/seg) y forma una "burbuja" alrededor del Sistema Solar llamada "heliosfera".  Son principalmente protones y "partículas alfa", como llaman a los núcleos de helio.  (En éste caso los primeros son iones de hidrógeno porque del átomo de ese elemento, al perder su único electrón, queda apenas el protón que constituye el núcleo.  Hay tres isótopos de hidrógeno --ese, que es el protio, el deuterio y el hidrógeno pesado--, y en los núcleos del segundo y el tercero hay un neutrón y dos neutrones, respectivamente, pero el protio es miles de veces más abundante que los otros dos. 

En noviembre del año pasado la NASA (la agencia espacial de los Estados Unidos) anunció que que su nave MAVEN había permitido determinar que fue el viento solar lo que acabó con  la atmósfera marciana densa.  La fue "erosionando", "barrió" sus partículas y se las llevó hacia el espacio exterior.  Además se perdió toda el agua superficial porque la presión atmosférica disminuyó tanto que el agua también pudo huir.  (Parece ahora que puede haber algo de agua en la superficie que ocasionalmente corre y deja huellas de su paso, pero no sé en que anda esa cuestión.)  El desgaste atmosférico se presentó cuando el planeta se enfrió y ya no hubo campo magnético que lo protegiera del viento solar.  La Tierra sí conserva el suyo, que impide que lleguen a su superficie emisiones solares nocivas para la vida, pero algunas sí llegan, cerca de los polos (por la forma de las líneas de fuerza del campo magnético, que ahí llegan hasta la superficie de la Tierra), donde forman las "auroras" o "luces del Norte" y "luces del Sur", y en otras latitudes llegan hasta las capas atmosféricas donde se forman nubes.  Ahí aumentan la intensidad y la frecuencia de los relámpagos, como afirma un estudio, también reciente, del año 2.014, hecho por científicos de la Universidad de Reading, en Inglaterra.  Ya se sabía que ese mismo efecto era atribuible a los rayos cósmicos.

N.B.  Entre los mejores sitios en la Red para mantenerse actualizado en asuntos de astronomía y exploración espacial está UniverseToday.com.  Ahí los comentarios eruditos de los visitantes son tan valiosos como los informes, pero algunas veces a nivel universitario y bastante incomprensibles, como no lo son nunca los informes.]

It is necessary to study the nature of light in order to understand the nature of celestial bodies.  Except for the moon, some metoroids, and some particles of the solar wind, the material of the sun, the stars and other bodies in space cannot be analyzed in the laboratory, but the light they give off can be collected and analyzed.  Where it came from and what has happened to it on its long journey through space can be deduced from theory.


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Una de las dificultades de la astrofísica es que todos los cuerpos celestes, salvo la Luna y ciertos astros del Sistema Solar, están más allá del alcance de la exploración directa.  No se puede desembarcar en una estrella (ni siquiera en la más próxima: el Sol) ni tomar muestras de su superficie, ni analizar su composición en el laboratorio.  Todo lo que se sabe de los astros (y en especial de los que se encuentran fuera del Sistema Solar) está basado solamente en el estudio de la luz o, dicho en forma más general, de la radiación electromagnética que llega hasta nosotros.  (Astrofísica, Jaschek)


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Una de las diferencias entre los astrónomos y los científicos de casi todos los demás campos de estudio es que muchos astrónomos son generalmente observadores más bien que experimentadores ya que pueden OBSERVAR la luz de objetos remotos pero normalmente no pueden EXPERIMENTAR con los objetos directamente.  Aunque podemos ahora tomar muestras de la Luna y de algunos de los planetas,  no podemos tener ninguna esperanza bien fundada de poder tomarlas de las lejanas estrellas.  (University Astronomy, Pasachoff)

One difference between astronomers and scientists of most other fields is that many astronomers are usually observers rather than  experimentalists in that they can OBSERVE light from distant objects but cannot ordinarily EXPERIMENT with the objects directly.  Even though we can now sample the moon and some of the planets, we cannot seriously hope to sample the distant stars.


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Podemos considerar que las regiones del espacio exterior que los astrónomos estudian son como un laboratorio cósmico para el estudio de la materia o la radiación en una variedad de condiciones, con frecuencia condiciones que no podemos reproducir en la Tierra.  (misma fuente)

We can consider the regions of space studied by astronomers as a cosmic laboratory for the study of matter or radiation under a variety of conditions, often under conditions that we cannot duplicate on earth.


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Las nebulosas suministran a los científicos una manera de estudiar las propiedades fundamentales de los gases en condiciones que no es posible lograr en la Tierra.  (Astronomy, Pasachoff)

Nebulae provide scientists with a way of studying the basic properties of gases under conditions that are unobtainable on earth.


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El conocimiento científico se basa en las observaciones de la Naturaleza.  En las observaciones de muchos eventos distintos y situaciones distintas los científicos tratan de encontrar pautas regulares y establecer generalizaciones sobre los procesos fundamentales subyacentes que están involucrados. Luego experimentan para ver si se adivinó correctamente la norma que la Naturaleza sigue en una situación dada.  Los experimentos determinan la verdad científica.  Generalmente el científico aprende algo acerca de la Naturaleza efectuando experimentos sometidos a control en los que se modifica una sola cosa a la vez para establecer si puede averiguarse si una situación, un rasgo, o una circunstancia dada es la causa de un efecto observado.  Los experimentos pueden ser repetidos por cualquiera tantas veces como se desée para verificar que el efecto es reproducible [experimentalmente].  El astrónomo no puede hacer experimentos controlados.  No puede ni siquiera examinar cosas desde una variedad de posiciones.  Lo que los astrónomos hacen es recoger la luz y demás radiaciones de los objetos celestes y usar toda su información y su creatividad para interpretar las señales llegadas de muy lejos.  Buscan los experimentos que la Naturaleza nos presenta y examinan minuciosamente unas pocas características a la vez.  (Esto es del capítulo 1 de un curso en la Red titulado Astronomy 1.)

Scientific knowledge is based on observations of nature.  From observations of many different events and situations, scientists try to find patterns and create generalizations as to the underlying fundamental processes involved.  Then they experiment to see if the right guess was made of what the rule is that nature follows under a given situation.  Experiments determine scientific truth.  The scientist usually learns about nature by using controlled experiments in which only one thing at a time is varied to determine whether or not a particular situation, feature, or circumstance can be determined to be the cause of an observed effect.  The experiments can be repeated by anyone as many times as they want to verify that the effect is reproducible.  The astronomer cannot do controlled experiments.  They cannot even examine things from a variety of angles.  What astronomers do is collect light and other radiation from celestial objects and use all of their information and creativity to interpret the signals from afar.  They look for the experiments nature has set up for us and hone on a few basic characteristics at a time.


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La astronomía difiere de la física, la química y la biología en que resulta imposible hacer experimentos de laboratorio.  Podemos observar únicamente lo que el Universo ofrece.  Obviamente la profusa variedad de fenómenos cósmicos compensa notablemente esa deficiencia, pero los astrónomos solares topan con una gran dificultad.  Pueden observar apenas un Sol en una fotografía instantánea de su evolución.  (Sky & Telescope [una revista astronómica de las más antiguas y conocidas], 10/99, p. 47)

Astronomy is different from physics, chemistry, and biology in that it is impossible to carry out laboratory experiments.  We can observe only what the universe provides.  Of course, the vast diversity of cosmic phenomena richly compensates for this, but astronomers are in a particular bind.  They can observe just one Sun in one snapshot stage of its evolution.


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Podemos imaginar que los satélites son componentes de equipos de laboratorio y las capas superiores de la atmósfera un enorme laboratorio donde efectuaremos [la fuente es una publicación del año del lanzamiento del primer satélite artificial, el Sputnik I] experimentos que son imposibles en la superficie de la Tierra.  (National Geographic [otra revista célebre (la de la cubierta del marco amarillo)], 12/57, p. 804)

We might envision satellites as pieces of laboratory apparatus and the upper atmosphere as a tremendous laboratory where we will carry out experiments impossible on earth.

N.B.  Un ejemplo actual de "sondas" espaciales que han hecho experimentos son COBE y WMAP, que han analizado la "radiación cósmica de fondo de microondas" de la que se supone es un  remanente del  momento inicial de la expansión súbita que creó el Universo a partir de una "singularidad", un germen (o lo que sea que se imaginan que pueda haber sido algo semejante) del tamaño de una uva o de un cubo de azúcar que dizque era lo único que existía, inmerso en el Mar de la Nada y la Intemporalidad, según la teoría que es parte de una nueva ortodoxia y que Fred Hoyle, un detractor de la misma, llamó burlonamente "del Gran Pum" (Big Bang Theory), o "de la Gran Explosión", que se supone no fue una explosión sino una expansión, porque las explosiones son fenómenos de otra índole. 

Fueron modestas las proyecciones hacia el futuro del autor de ese pasaje.  No anticipó las estaciones espaciales, donde han hecho ya muchos experimentos, ni los viajes tripulados a la Luna, donde se dejó caer simultáneamente una pluma y un martillo y se vio que caían al suelo a la misma velocidad.  En la Tierra no sucede porque la estructura de una pluma es tal que el aire genera fricción.  Se suponía que Galileo había comprobado experimentalmente, encaramado a la Torre Inclinada de Pisa, que dos objetos de distinta masa, soltados desde una misma altura, caían con la misma aceleración, o sea, independientemente de su masa, con lo que contradecía a Aristóteles.  En realidad él nunca afirmó que hubiera hecho el tal experimento y fue más bien un experimento mental o imaginario como los de Einstein.

En el número de 6/00 de Discover (p. 28), la revista de divulgación científica, se menciona lo de las sondas COBE y WMAP (que continuó el trabajo de COBE):

(…) MAP [no sé si sea apócope de WMAP de uso común, o si omitieron la dobleú accidentalmente o por ignorancia, o si luego de MAP vino WMAP] representa un cambio fundamental en la forma en que [los cosmólogos] desarrollan su trabajo.  (…) se contentaban con una coincidencia general entre la teoría y las observaciones.  Ahora, con las misiones como COBE y MAP, el universo se ha convertido en un laboratorio donde puede probarse las hipótesis.  "MAP es un experimento de física hecho en el universo", (…) [ahí citan a alguien].

     
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(…) su ciencia ha sido más pasiva que experimental.  (…)  Ahora, láseres gigantes (…) podrían permitir a los astrofísicos recrear en miniatura los más violentos acontecimientos del firmamento (…).  (Discover, 7/01, pp. 27-8)

[Mucha gente se asustó y comenzó a decir que dizque en las instalaciones enormes como las del CERN, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares, donde aceleran partículas subatómicas para que hagan impacto unas contra otras a velocidades comparables a las de la luz y se deshagan, iban a crear agujeros negros menudos que se podían escapar y podían comenzar a succionar todo (como la criatura del hocico largo en forma de trompeta de la película de los Beatles titulada "El Submarino Amarillo".)]


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En otras ciencias se puede criar más ratas para experimentos o encargar más sustancias reactivas [lo que los químicos y los médicos llaman "reactivos"], pero a la nebulosa no se la puede recrear experimentalmente.  (misma fuente, 4/01, p. 36)


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La experimentación puede calar más profundamente que la observación porque efectúa cambios en lugar de limitarse a registrar variaciones --aisla y controla las variables sensibles o pertinentes--, pero los resultados experimentales son pocas veces interpretables de una sola manera [como indiqué al comienzo de esta cuarta parte del curso, en el comentario intercalado sobre los experimentos en la superficie marciana].  Más aún, no todas las ciencias pueden experimentar, y en ciertos asuntos de la astronomía y la economía se alcanza una gran exactitud sin ayuda del experimento.  La ciencia fáctica es por esto empírica en el sentido de que la comprobación de sus hipótesis involucra la experiencia, pero no es necesariamente experimental y, en particular, no es agotada por las ciencias de laboratorio, tales  como la física.  (La ciencia - su método y su filosofía, Mario Bunge, 2º. capítulo)

N.B.  M. Bunge es un filósofo y a partir del tercer y penúltimo capítulo su librito se hace incomprensible para quienes no posean conocimientos filosóficos a nivel universitario.  Tuve que desistir a mitad de camino mientras andaba leyendo el tercero.


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