Recaredus's Blog

Los paradigmas y la investigación científica marzo 5, 2014

La Investigación científica

Propósito:

Al interior del paradigma, los científicos trabajan a varios niveles de especificidad. El nivel más simple es el paradigma mismo. El científico tiene algunas ideas de los tipos de datos que son relevantes para su disciplina y una forma general de interpretar los datos. También tiene algunas ideas de los tipos de leyes que pueden relacionar los datos y las clases de mecanismos que son aceptables como dispositivos explicativos.

Una de las más formales unidades en el paradigma de la ciencia es la teoría científica.

Uso del término “Teoría”

Sin duda usted ha escuchado que la gente dice”eso sólo es una teoría y no una realidad”. O “Eso funciona muy bien en la teoría pero no en la práctica”. Estas afirmaciones demuestran una muy mala interpretación del término teoría. “Teoría” para la ciencia no significa una afirmación sin confirmar.

Más específicamente, una teoría es un conjunto de afirmaciones interconectadas. Este conjunto de afirmaciones comprende (1) sentencias que introducen términos que se refieren a los conceptos básicos de la teoría (términos teóricos); (2) sentencias que relacionan los conceptos básicos entre sí; y (3) sentencias que relacionan que relacionan un conjunto de afirmaciones teóricas con un conjunto posible de observaciones.

La Relación entre Teoría y Experimento

El propósito de una teoría es describir y explicar eventos observados y observables y predecir qué será observado bajo determinadas circunstancias. Con el objeto de probar una teoría, los científicos pueden efectuar experimentos fijando las condiciones de observación. Nos aproximamos a la confirmación de una teoría si los eventos observados en el experimento  corresponden a lo que fue predicho por la teoría.

Por ejemplo, en el desarrollo de las teorías sobre el vuelo a velocidades supersónicas, los experimentos fueron diseñados para investigar la relación entre la forma del avión y la cantidad de fricción a la velocidad del sonido o mayor. Antes de estos experimentos, las teorías especificaban la relación sólo por debajo de la velocidad del sonido.

Una de las funciones de una buena teoría es que establezca las condiciones para una experimentación significativa.

Cuando un experimento es interpretable, siempre es interpretable en algún marco teórico.

El investigador normalmente ejecuta una serie de experimentos interrelacionados. Un solo experimento no adelanta el conocimiento científico, pero puede llenar un hueco en una teoría o ayudar a que los científicos comprendan algo nuevo. En cualquier caso, un buen experimento permitirá al experimentador hacerse nuevas preguntas.

Casi todas las discusiones de diseño experimental y métodos científicos utilizan o implican el término “variable”. Una variable se refiere a un aspecto específico de eventos o cosas. Difiere de acuerdo al evento particular que está siendo considerado, y un evento no puede tener más que un valor de la misma variable en un momento dado.

Siempre que una entidad o evento es descrita, cada dimensión por la cual puede ser descrita, se puede considerar como variable, incluso dónde está y cuáles son sus condiciones ambientales.

Una de las cosas más importantes que hace un científico cuando dirige un experimento es intentar encontrar qué relaciones hay entre diferentes variables.

Diseño Experimental

En un experimento, hay tres tipos de variables: (1) variables independientes, (2) variables dependientes, y (3) variables de control.

Variables independientes: Las variables independientes son aquellas cuyos valores son manipulados directamente por el experimentador. El experimentador está interesado en establecer las relaciones funcionales entre las variables dependientes y las independientes. Por ejemplo, en el diseño de los cohetes, que serían utilizados como bombas voladoras, los primeros experimentos tenían que ver con el tipo de combustible empleado. Científicos como Von Braun, utilizaron diferentes tipos de combustible como variable independiente, para verificar si los cohetes tenían más empuje y volaban mayores distancias.

Variables Dependientes: Mientras que los valores de la variable independiente se fijan antes de que el experimento comience, no es posible fijar las variables dependientes. Son variables cuyos valores específicos no pueden ser medidos antes de que el experimento comience. Siguiendo con el ejemplo anterior, si la variable independiente era el tipo de combustible, las variables dependientes eran el empuje, la velocidad, la distancia y la estabilidad que podía lograr un cohete.

Variables de Control: Las variables de Control son cruciales. Son las condiciones que hacen que un experimento sea un verdadero experimento. Son las variables que el experimentador no se propone modificar sistemáticamente junto con la variable independiente. El experimentador fija los experimentos ya que estas variables no pueden afectar la relación entre la variable independiente y las variables dependientes. Las variables de control sirven para asegurarnos de que efectivamente el factor que estamos experimentando sea el que determina el resultado y no la “contaminación” de una variable no considerada. Las variables de control aseguran, que la posición del cohete sea la misma, que el terreno del lanzamiento sea similar, la temperatura y presión atmosférica o la dirección del viento, todos estos se vuelven variables a controlar.

El científico experimental tiene la tarea de tratar de relacionar algunos términos de una teoría con las variables dependientes y algunas de ellas con las variables independientes.

Características Formales de la Ciencia

Ahora vamos brevemente a discutir algunos de los conceptos formales envueltos en la confirmación y desarrollo de las teorías.

Una teoría científica puede ser vista como un conjunto de afirmaciones acerca de cierto dominio del mundo natural. Una teoría científica es un intento de representar, de manera simbólica, eventos no observables tanto como aquellos que pueden ser observados. La mayoría de las teorías usan el simbolismo como un lenguaje natural (como el español) combinándolo con las matemáticas, aunque algunos están completamente en el ámbito del lenguaje natural. Un desarrollo reciente –de inexploradas consecuencias- es el uso del simbolismo de un programa de computadora para representar las actividades de los eventos naturales.

Vamos a considerar algunos de los aspectos de una teoría científica. Primero, una teoría es un conjunto de sentencias, algunas de las cuales pueden ser expresadas simbólicamente.  La teoría se encuentra en libros y revistas, pero no en la naturaleza. Verdaderamente se presupone que la teoría se refiere a eventos en el mundo natural, pero la teoría en sí misma pude ser analizada en cierto nivel en términos de su forma simbólica.

La teoría formalmente comienza con un conjunto de términos no definidos que dan nombre a las entidades teóricas básicas. Se les llama “no definidas” porque éstas no son definidas por otros términos. El hecho de que estos términos sean formalmente no definidos, no definidos en la sintaxis de una teoría, no significa que los términos ni tengan un significado. Nosotros podemos conceptuar los términos, imaginarlos y tal vez verlos sin que cambie la posibilidad de que permanezcan no definidos. Es una necesidad lógica en cualquier sistema simbólico, si se deben evitar las definiciones circulares, tener términos no definidos. Otros términos son definidos con base en los términos no definidos.

En segundo lugar, una teoría contiene un conjunto de sentencias que definen las relaciones entre los términos teóricos y define nuevos términos usando los términos no definidos. La relación entre los términos puede darse tanto en un lenguaje muy formal como uno no tanto. Un uso de la matemática en la ciencia es establecer las relaciones funcionales entre los términos. Un ejemplo es la relación entre el tiempo y la distancia viajada por un cuerpo que cae. En la física newtoniana esta relación se especifica como S = 1/2 gt2. Otro ejemplo es la relación entre un estímulo (R) y una sensación (S) en la psicofísica de Fechner: S = K log R.

Si no hay una forma de relacionar la teoría con las observaciones de una manera consistente, entonces no importa que tan bien suene la teoría, no puede ser considerada una teoría científica importante.

Un ejemplo de una definición coordinada en la física nuclear es: “Una partícula alfa cuando es vista en una cámara iluminada de nube aparece como una línea corta y relativamente delgada”. Un ejemplo en la psicología es: “la inteligencia es medida como una puntuación en un test de inteligencia”. En la economía tenemos: “El nivel del mercado de acciones es definido por el porcentaje Dow-Jones.» Además de expresar las relaciones formales entre las entidades teóricas, otro uso de las matemáticas en la investigación científica es a través de la estadística, que compara que tan cercanas son las observaciones con aquello que fue predicho por las definiciones coordinadas.

En resumen, una teoría formalmente consiste de: (1) un conjunto de términos no definidos, (2) un conjunto de relaciones entre los términos, (3) nuevos términos y leyes definidas a través de términos no definidos, y (4) un conjunto de definiciones coordinadas que relacionan algunas sentencias en la teoría con las observaciones posibles. El proceso de investigación científica es un intento de relacionar las observaciones con aquello que fue predicho como posible por la teoría.