Ciencia teórica y ciencia experimental

Como se puede apreciar al poner a prueba una teoría (apoyándonos en resultados respaldados por investigaciones previas o de otras áreas) nos enfrentamos con los problemas de articular dos teorías. Esta articulación tiene dos aspectos, por un lado está el asunto de la definición y redefinición de los términos en un lenguaje nuevo (como anticipamos al comienzo) y por otro lado el chequeo empírico de si se cumplen las relaciones puente entre los conceptos de una y otra teoría en todas las condiciones o bien debemos restringir la validez a ciertas configuraciones. Así el primer tipo de problemas tiene mucho que ver con lo que Laudan llamó "problemas conceptuales" ya que se trata de dar un marco coherente a los conceptos de la teoría reducida en términos de la teoría reductora. Pero por otra parte la investigación de cuáles son las condiciones en las que valen las leyes puente es una investigación empírica y por lo tanto presupone puesta a prueba, ensayos experimentales e interpretación de los resultados.

Notemos que estas dos vertientes nos servirán de pretexto para focalizar la discusión en otra distinción muy común en cuanto a la práctica científica: la distinción entre ciencia teórica y ciencia experimental.

En la cuestión de la reducción la ciencia teórica es la parte de articulación de los conceptos. Pero ya podemos ir más allá del asunto de la reducción y extender nuestra noción de ciencia teórica a toda la actividad científica que conlleve diferentes grados de conjetura de hipótesis, obtención de consecuencias observacionales e interpretación de estas consecuencias. Por ejemplo la propuesta de Einstein tanto en la teoría de la relatividad restringida como en la de la relatividad general pueden identificarse. La propuesta de una distribución de velocidades por parte de Boltzman para dar cuenta de la termodinámica en términos de mecánica estadística, la propuesta de Newton de una fórmula de fuerza gravitatoria que decae con el cuadrado de la distancia y su éxito en integrar la órbita de un cuerpo en un campo de fuerzas central de esas características son otros ejemplos de ciencia teórica. El cálculo de cuáles serían las condiciones en las que se curvaría de manera drástica el espaciotiempo como para dar lugar a resultados anti-intuitivos y todo el estudio de supergravedad para la predicción de fenómenos nuevos también es una tarea de ciencia teórica.

Por supuesto que entre las consideraciones para poder realizar ciencia teórica están los datos. No estamos diciendo que la ciencia teórica no precisa de datos. Lo que estamos queriendo señalar es que la actividad asociada a la ciencia teórica no aquella en la que el foco está puesto en la obtención de esos datos sino en la concepción de un marco explicativo para esos datos. Parte de la tarea teórica es asegurar la coherencia, permitir extraer enunciados que juegan el papel de teoremas en una visión axiomática de la teoría y también desarrollar herramientas de cálculo que permitan obtener las diferentes consecuencias de la teoría. También forma parte de esta tarea la articulación de las consecuencias de la teoría con las de otras teorías de la disciplina o de otras disciplinas.

Por ejemplo, una de las dificultades que enfrentó Darwin fue que según su teoría evolutiva la Tierra debería ser bastante antigua para haber dado lugar a los procesos evolutivos necesarios desde los primeros organismos a los que hoy presenciamos. Sin embargo de las teorías físicas que permiten calcular el ritmo de enfriamiento de una masa incandescente se obtenía que la Tierra no era tan antigua como la teoría de Darwin necesitaba. Aquí la contradicción entre los cálculos o retrodicciones (cálculo de lo que debe haber ocurrido) de ambas teorías entraban en conflicto. Dado el enorme éxito obtenido por la teoría física que describía el enfriamiento de los cuerpos, la de Darwin se enfrentó con una dificultad insalvable. Esto indica que hay otras maneras en que una teoría enfrenta anomalías aparte de las observaciones en contrario. De hecho la temperatura del planeta no era una anomalía para la teoría de Darwin, sino que la temperatura del planeta sumada a la teoría del enfriamiento de un sólido proveía un cálculo de la edad de la Tierra incompatible con los procesos evolutivos. Esto es que la teoría de Darwin no podía resolver una anomalía en el plano de lo conceptual, o bien que dos teorías no podían articularse. Mucho más tarde con el descubrimiento de la radiactividad la teoría del enfriamiento debía tener en cuenta una fuente extra de calor y con este agregado el cálculo de la edad de la Tierra ahora coincidía con lo que la teoría evolutiva necesitaba para verse corroborada o al menos no entorpecida. Se ve que por un lado hizo falta el descubrimiento de un hecho empírico (la radiactividad) y por otro el desarrollo de un modelo de decaimiento radiactivo para generar una nueva manera de hacer cálculos y así obtener diferentes consecuencias que las que se habían sostenido hasta el momento. Toda la tarea de modelizar el decaimiento radiactivo y recalcular la edad de la Tierra fue tarea de ciencia teórica.

Todas estas tareas suelen llamar la atención a los científicos y entusiasmarlos al punto de que muchos de ellos solamente se dedican a la ciencia teórica. Pero no obstante lo atractiva que sea esta tarea, tarde o temprano habrá que ver si los resultados asombrosos que hemos predicho o calculado (las consecuencias observacionales) verdaderamente ocurren o son un fruto de haber llevado adelante presuposiciones que en algún grado difieren de la naturaleza que pretenden describir. Es le momento de hacer un chequeo empírico. Debemos ahora diseñar un experimento para medir, registrar y confirmar o disconfirmar que los cálculos han sido exitosos. Ha llegado el momento en el que no podemos evitar una tarea de ciencia experimental. Pareciera que si no lo hacemos podríamos seguir especulando y delirando sobre cómo son las cosas sin importar si nuestra descripción finalmente coincide o no en sus aspectos medibles.

La ciencia experimental entonces viene a cerrar una primera etapa de conjetura teórica que sería puramente especulativa si no se rindiera al juicio de los resultados experimentales. La ciencia experimental no solamente es necesaria sino que es lo que asegura que el esfuerzo de los teóricos no ha caído en saco roto. Así se pondrá mucho empeño en determinar los resultados con precisión y con el mayor detalle, se atenderá a la seguridad con que puede ser repetido el experimento, y se garantizará una clara e inequívoca interpretación de los resultados para dar por concluida aquella etapa de presuposición teórica seguida de cálculo de predicciones.

Es probable que el enorme poder que esta actividad experimental tiene por sobre la actividad teórica sea uno de los motivos por los que actualmente y desde ya hace varias décadas la ciencia experimental parece más valiosa que la teórica. Sin embargo podemos mostrar que hay una necesidad mutua que consiste en una realimentación cíclica o pendular que permite el avance de la disciplina. Por ejemplo, el acopio de datos experimentales tarde o temprano pierde sentido si no es en virtud de alimentar con la materia prima a la ciencia teórica para que provea marcos explicativos y predictivos. Por otra parte cuando los resultados experimentales muestran un desajuste con las expectativas (que por supuesto son expectativas provenientes de alguna o algunas teorías) es el momento en que debemos dar paso a la ciencia teórica. La investigación en ciencia teórica es tan indispensable como la experimental. Una masa de datos sin teoría que les de un ordenamiento no llega a ser conocimiento. Es decir que la mera colección de datos experimentales no nos permitiría ni siquiera planificar con cierta expectativa el próximo arreglo experimental.

La explicación, la predicción y la manipulación de una zona de la naturaleza es posible siempre que ambas actividades, teórica y experimental se alimenten mutuamente.

Una de las cosas que me resulta más atractiva es ver cómo se puede sobrevalorar a una olvidando los grandes avances debidos a la otra. Por ejemplo suelen valorarse grandemente científicos como Newton, Einstein, Poincaré, cuando en realidad no eran afectos a realizar experimentos. Y al mismo tiempo suele hacerse un monumento a Galileo porque se lo ensalsa como "el primer experimentalista" (cosa un poco exagerada). Del mismo modo los premios Nobel en física solían otorgarse por trabajos experimentales y no teóricos (aunque eso ha ido cambiando últimamente). Es así que a Einstein le correspondió el premio por el efecto fotoeléctrico y no por su teoría de la relatividad. Incluso podemos centrar la atención sobre la asignación de recursos (subsidios) y pareciera que está más justificado gastar ingentes cantidades de dinero en detectar el neutrino que en conjeturar qué pudo haber sido lo que no ajustaba en la ecuación de la conservación de la masa-energía

(*** verificar: para una descripción sobre la postulación del neutrino véase el artículo Miguel, H., Paruelo, J. y Pissinis, G. (2003) ya leído para módulos anteriores).

Sin embargo creo que las valoraciones en el párrafo anterior han sido manipuladas sutilmente ya que no parece plausible que hubiéramos dado nuestro apoyo a la teoría de la relatividad sino hubiese sido por las confirmaciones empíricas que los experimentalistas proveyeron. Esto es así porque el esfuerzo contraintuitivo que fue necesario para aceptar la teoría solo se justificaba con una contundente apoyatura empírica. Mientras que si no hubiera sido por la misma teoría relativista difícilmente experimentalmetne habríamos dado con la dilatación del tiempo en la vida media de las partículas subatómicas. Esto es que no habríamos tenido un marco explicativo de por qué los tiempos de vida media de las partículas varían con la velocidad que tienen respecto del laboratorio.

Es decir que esta división experimental - teórica suele tener una valoración que el análisis epistemológico no avala.