Una teoría científica es una explicación de un aspecto del mundo natural y del universo que puede ser (o a fortiori , que ha sido) probada y corroborada repetidamente de acuerdo con el método científico , utilizando protocolos aceptados de observación , medición y evaluación de resultados. Siempre que sea posible, las teorías se prueban en condiciones controladas en un experimento . [1] [2] En circunstancias que no son susceptibles de prueba experimental, las teorías se evalúan mediante principios de razonamiento abductivo . Las teorías científicas establecidas han resistido un escrutinio riguroso y encarnan el conocimiento científico .
Una teoría científica se diferencia de un hecho científico o una ley científica en que una teoría busca explicar "por qué" o "cómo", mientras que un hecho es una observación simple y básica y una ley es una descripción empírica de una relación entre hechos y/u otras leyes. Por ejemplo, la Ley de Gravedad de Newton es una ecuación matemática que se puede utilizar para predecir la atracción entre cuerpos, pero no es una teoría para explicar cómo funciona la gravedad . [3] Stephen Jay Gould escribió que "... los hechos y las teorías son cosas diferentes, no peldaños en una jerarquía de certeza creciente. Los hechos son los datos del mundo. Las teorías son estructuras de ideas que explican e interpretan los hechos". [4]
El significado del término teoría científica (que a menudo se contrae a teoría para abreviar) tal como se utiliza en las disciplinas de la ciencia es significativamente diferente del uso vernáculo común de teoría . [5] [nota 1] En el lenguaje cotidiano, teoría puede implicar una explicación que representa una suposición especulativa y sin fundamento , [5] mientras que en un contexto científico se refiere con mayor frecuencia a una explicación que ya ha sido probada y es ampliamente aceptada como válida. [1] [2]
La fuerza de una teoría científica está relacionada con la diversidad de fenómenos que puede explicar y su simplicidad. A medida que se reúnen evidencias científicas adicionales , una teoría científica puede ser modificada y finalmente rechazada si no puede ajustarse a los nuevos hallazgos; en tales circunstancias, se requiere una teoría más precisa. Algunas teorías están tan bien establecidas que es poco probable que alguna vez se modifiquen fundamentalmente (por ejemplo, teorías científicas como la evolución , la teoría heliocéntrica , la teoría celular , la teoría de la tectónica de placas , la teoría de los gérmenes de las enfermedades , etc.). En ciertos casos, una teoría científica o una ley científica que no se ajuste a todos los datos aún puede ser útil (debido a su simplicidad) como una aproximación en condiciones específicas. Un ejemplo son las leyes del movimiento de Newton , que son una aproximación muy precisa a la relatividad especial a velocidades que son pequeñas en relación con la velocidad de la luz . [6] [7] [8]
Las teorías científicas son comprobables y permiten realizar predicciones verificables . [9] Describen las causas de un fenómeno natural en particular y se utilizan para explicar y predecir aspectos del universo físico o áreas específicas de investigación (por ejemplo, electricidad, química y astronomía). Al igual que con otras formas de conocimiento científico, las teorías científicas son tanto deductivas como inductivas , [10] apuntando al poder predictivo y explicativo . Los científicos utilizan las teorías para ampliar el conocimiento científico, así como para facilitar avances en tecnología o medicina . Las hipótesis científicas nunca pueden ser "probadas" porque los científicos no pueden confirmar completamente que su hipótesis es verdadera. En cambio, los científicos dicen que el estudio "apoya" o es consistente con su hipótesis. [11]
Albert Einstein describió dos tipos diferentes de teorías científicas: las "teorías constructivas" y las "teorías de principios". Las teorías constructivas son modelos constructivos de los fenómenos: por ejemplo, la teoría cinética . Las teorías de principios son generalizaciones empíricas, un ejemplo de las cuales son las leyes del movimiento de Newton . [12]
Para que cualquier teoría sea aceptada en la mayoría de los ámbitos académicos, suele haber un criterio simple. El criterio esencial es que la teoría debe ser observable y repetible. El criterio antes mencionado es esencial para evitar el fraude y perpetuar la ciencia.
La característica definitoria de todo conocimiento científico, incluidas las teorías, es la capacidad de hacer predicciones que se puedan refutar o comprobar . [13] La relevancia y especificidad de esas predicciones determinan la utilidad potencial de la teoría. Una teoría que no haga predicciones observables no es una teoría científica en absoluto. Las predicciones que no sean lo suficientemente específicas para ser comprobadas tampoco son útiles. En ambos casos, el término "teoría" no es aplicable.
Un cuerpo de descripciones de conocimiento puede llamarse teoría si cumple los siguientes criterios:
Estas cualidades son ciertamente ciertas en el caso de teorías establecidas como la relatividad especial y general , la mecánica cuántica , la tectónica de placas , la síntesis evolutiva moderna , etc.
Además, la mayoría de los científicos prefieren trabajar con una teoría que cumpla las siguientes cualidades:
La Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos define las teorías científicas de la siguiente manera:
La definición científica formal de teoría es muy diferente del significado cotidiano de la palabra. Se refiere a una explicación integral de algún aspecto de la naturaleza que está respaldada por un vasto cuerpo de evidencia. Muchas teorías científicas están tan bien establecidas que es poco probable que nuevas evidencias las alteren sustancialmente. Por ejemplo, ninguna nueva evidencia demostrará que la Tierra no orbita alrededor del Sol (teoría heliocéntrica), o que los seres vivos no están hechos de células (teoría celular), que la materia no está compuesta de átomos, o que la superficie de la Tierra no está dividida en placas sólidas que se han movido a lo largo de escalas de tiempo geológicas (teoría de la tectónica de placas)... Una de las propiedades más útiles de las teorías científicas es que pueden usarse para hacer predicciones sobre eventos naturales o fenómenos que aún no han sido observados. [18]
De la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia :
Una teoría científica es una explicación bien fundamentada de algún aspecto del mundo natural, basada en un conjunto de hechos que han sido confirmados repetidamente mediante la observación y la experimentación. Estas teorías basadas en hechos no son "suposiciones", sino descripciones fiables del mundo real. La teoría de la evolución biológica es más que "una simple teoría". Es una explicación del universo tan basada en hechos como la teoría atómica de la materia o la teoría de los gérmenes como causa de las enfermedades. Nuestra comprensión de la gravedad todavía es un trabajo en progreso, pero el fenómeno de la gravedad, al igual que la evolución, es un hecho aceptado.
Téngase en cuenta que el término teoría no sería apropiado para describir hipótesis no probadas pero complejas o incluso modelos científicos.
El método científico implica la propuesta y prueba de hipótesis , derivando predicciones de las hipótesis sobre los resultados de experimentos futuros, y luego realizando esos experimentos para ver si las predicciones son válidas. Esto proporciona evidencia a favor o en contra de la hipótesis. Cuando se han reunido suficientes resultados experimentales en un área particular de investigación, los científicos pueden proponer un marco explicativo que explique la mayor cantidad posible de ellos. Esta explicación también se prueba y, si cumple con los criterios necesarios (ver arriba), entonces la explicación se convierte en una teoría. Esto puede llevar muchos años, ya que puede ser difícil o complicado reunir evidencia suficiente. [ cita requerida ] Una vez que se hayan cumplido todos los criterios, será ampliamente aceptada por los científicos (ver consenso científico ) como la mejor explicación disponible de al menos algunos fenómenos. Habrá hecho predicciones de fenómenos que las teorías anteriores no pudieron explicar o no pudieron predecir con precisión, y tendrá muchas rondas repetidas de prueba. La fuerza de la evidencia es evaluada por la comunidad científica, y los experimentos más importantes habrán sido replicados por múltiples grupos independientes. [ cita requerida ]
Las teorías no tienen que ser perfectamente precisas para ser científicamente útiles. Por ejemplo, se sabe que las predicciones realizadas por la mecánica clásica son inexactas en el ámbito relativista, pero son casi exactamente correctas en las velocidades comparativamente bajas de la experiencia humana común. [6] En química , hay muchas teorías ácido-base que proporcionan explicaciones muy divergentes de la naturaleza subyacente de los compuestos ácidos y básicos, pero son muy útiles para predecir su comportamiento químico. [20] Como todo conocimiento en ciencia, ninguna teoría puede ser completamente cierta , ya que es posible que futuros experimentos puedan entrar en conflicto con las predicciones de la teoría. [8] Sin embargo, las teorías apoyadas por el consenso científico tienen el mayor nivel de certeza de cualquier conocimiento científico; por ejemplo, que todos los objetos están sujetos a la gravedad o que la vida en la Tierra evolucionó a partir de un ancestro común . [21]
La aceptación de una teoría no exige que se pongan a prueba todas sus predicciones principales, si ya está respaldada por pruebas suficientemente sólidas. Por ejemplo, ciertas pruebas pueden resultar inviables o técnicamente difíciles. Como resultado, las teorías pueden hacer predicciones que aún no se han confirmado o demostrado que son incorrectas; en este caso, los resultados previstos pueden describirse informalmente con el término "teóricos". Estas predicciones pueden ponerse a prueba en un momento posterior y, si son incorrectas, esto puede llevar a la revisión o el rechazo de la teoría. Como dice Feynman:
No importa lo hermosa que sea tu teoría, no importa lo inteligente que seas. Si no concuerda con el experimento, es errónea. [22]
Si se observan resultados experimentales contrarios a las predicciones de una teoría, los científicos primero evalúan si el diseño experimental fue sólido y, si es así, confirman los resultados mediante una réplica independiente . Luego comienza una búsqueda de posibles mejoras a la teoría. Las soluciones pueden requerir cambios menores o importantes a la teoría, o ninguno en absoluto si se encuentra una explicación satisfactoria dentro del marco existente de la teoría. [23] Con el tiempo, a medida que las modificaciones sucesivas se construyen una sobre otra, las teorías mejoran constantemente y se logra una mayor precisión predictiva. Dado que cada nueva versión de una teoría (o una teoría completamente nueva) debe tener más poder predictivo y explicativo que la anterior, el conocimiento científico se vuelve constantemente más preciso con el tiempo. [ cita requerida ]
Si las modificaciones de la teoría u otras explicaciones parecen ser insuficientes para explicar los nuevos resultados, entonces puede ser necesaria una nueva teoría. Dado que el conocimiento científico suele ser duradero, esto ocurre con mucha menos frecuencia que la modificación. [8] Además, hasta que se proponga y acepte una teoría de este tipo, se mantendrá la teoría anterior. Esto se debe a que sigue siendo la mejor explicación disponible para muchos otros fenómenos, como lo verifica su poder predictivo en otros contextos. Por ejemplo, se sabe desde 1859 que la precesión del perihelio observada de Mercurio viola la mecánica newtoniana, [24] pero la teoría siguió siendo la mejor explicación disponible hasta que la relatividad fue apoyada por evidencia suficiente. Además, si bien las nuevas teorías pueden ser propuestas por una sola persona o por muchas, el ciclo de modificaciones eventualmente incorpora contribuciones de muchos científicos diferentes. [25]
Después de los cambios, la teoría aceptada explicará más fenómenos y tendrá mayor poder predictivo (si no fuera así, los cambios no se adoptarían); esta nueva explicación estará abierta a más sustituciones o modificaciones. Si una teoría no requiere modificaciones a pesar de las pruebas repetidas, esto implica que la teoría es muy precisa. Esto también significa que las teorías aceptadas continúan acumulando evidencia a lo largo del tiempo, y el tiempo que una teoría (o cualquiera de sus principios) permanece aceptada a menudo indica la solidez de la evidencia que la respalda. [ cita requerida ]
En algunos casos, dos o más teorías pueden ser reemplazadas por una sola teoría que explica las teorías anteriores como aproximaciones o casos especiales, de manera análoga a la forma en que una teoría es una explicación unificadora para muchas hipótesis confirmadas; esto se conoce como unificación de teorías. [7] Por ejemplo, ahora se sabe que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos del mismo fenómeno, conocido como electromagnetismo . [26]
Cuando las predicciones de diferentes teorías parecen contradecirse entre sí, esto también se resuelve mediante evidencia adicional o unificación. Por ejemplo, las teorías físicas en el siglo XIX implicaban que el Sol no podría haber estado ardiendo el tiempo suficiente para permitir ciertos cambios geológicos, así como la evolución de la vida. Esto se resolvió con el descubrimiento de la fusión nuclear , la principal fuente de energía del Sol. [27] Las contradicciones también se pueden explicar como el resultado de teorías que se aproximan a fenómenos más fundamentales (no contradictorios). Por ejemplo, la teoría atómica es una aproximación de la mecánica cuántica . Las teorías actuales describen tres fenómenos fundamentales separados de los cuales todas las demás teorías son aproximaciones; [28] la unificación potencial de estos a veces se llama la Teoría del Todo . [7]
En 1905, Albert Einstein publicó el principio de relatividad especial , que pronto se convirtió en una teoría. [29] La relatividad especial predijo la alineación del principio newtoniano de invariancia galileana , también llamado relatividad galileana , con el campo electromagnético. [30] Al omitir de la relatividad especial el éter luminífero , Einstein afirmó que la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud medidas en un objeto en movimiento relativo son inerciales , es decir, el objeto exhibe velocidad constante , que es velocidad con dirección , cuando es medido por su observador. De este modo, duplicó la transformación de Lorentz y la contracción de Lorentz que se habían hipotetizado para resolver acertijos experimentales e insertadas en la teoría electrodinámica como consecuencias dinámicas de las propiedades del éter. Una teoría elegante, la relatividad especial produjo sus propias consecuencias, [31] como la equivalencia de la masa y la energía transformándose entre sí y la resolución de la paradoja de que una excitación del campo electromagnético podría verse en un marco de referencia como electricidad, pero en otro como magnetismo. [ cita requerida ]
Einstein intentó generalizar el principio de invariancia a todos los marcos de referencia, ya fueran inerciales o acelerados. [32] Al rechazar la gravitación newtoniana (una fuerza central que actúa instantáneamente a distancia) , Einstein supuso la existencia de un campo gravitatorio. En 1907, el principio de equivalencia de Einstein implicaba que una caída libre dentro de un campo gravitatorio uniforme es equivalente a un movimiento inercial . [32] Al extender los efectos de la relatividad especial a tres dimensiones, la relatividad general extendió la contracción de la longitud a la contracción del espacio , concibiendo el espacio-tiempo 4D como el campo gravitatorio que se altera geométricamente y establece las trayectorias de todos los objetos locales. Incluso la energía sin masa ejerce un movimiento gravitatorio sobre los objetos locales al "curvar" la "superficie" geométrica del espacio-tiempo 4D. Sin embargo, a menos que la energía sea enorme, sus efectos relativistas de contracción del espacio y desaceleración del tiempo son insignificantes cuando se trata simplemente de predecir el movimiento. Aunque la relatividad general se acepta como la teoría más explicativa a través del realismo científico , la teoría de Newton sigue teniendo éxito como una mera teoría predictiva a través del instrumentalismo . Para calcular trayectorias, los ingenieros y la NASA todavía utilizan las ecuaciones de Newton, que son más sencillas de operar. [8]
Tanto las leyes científicas como las teorías científicas se producen a partir del método científico mediante la formulación y comprobación de hipótesis, y pueden predecir el comportamiento del mundo natural. Ambas suelen estar bien respaldadas por observaciones y/o evidencia experimental. [33] Sin embargo, las leyes científicas son descripciones de cómo se comportará la naturaleza en determinadas condiciones. [34] Las teorías científicas tienen un alcance más amplio y dan explicaciones generales de cómo funciona la naturaleza y por qué exhibe ciertas características. Las teorías están respaldadas por evidencia de muchas fuentes diferentes y pueden contener una o varias leyes. [35]
Un error muy común es creer que las teorías científicas son ideas rudimentarias que, cuando se hayan acumulado suficientes datos y evidencias, acabarán convirtiéndose en leyes científicas. Una teoría no se transforma en una ley científica con la acumulación de evidencias nuevas o mejores. Una teoría siempre seguirá siendo una teoría; una ley siempre seguirá siendo una ley. [33] [36] [37] Tanto las teorías como las leyes podrían ser refutadas por evidencias contrarias. [38]
Las teorías y las leyes también se diferencian de las hipótesis . A diferencia de las hipótesis, las teorías y las leyes pueden considerarse simplemente hechos científicos . [39] [40] Sin embargo, en la ciencia, las teorías son diferentes de los hechos incluso cuando están bien fundamentadas. [41] Por ejemplo, la evolución es tanto una teoría como un hecho . [5]
Los positivistas lógicos consideraban las teorías científicas como enunciados en un lenguaje formal . La lógica de primer orden es un ejemplo de lenguaje formal. Los positivistas lógicos concibieron un lenguaje científico similar. Además de las teorías científicas, el lenguaje también incluía enunciados observacionales ("el sol sale por el este"), definiciones y enunciados matemáticos. Los fenómenos explicados por las teorías, si no podían observarse directamente con los sentidos (por ejemplo, los átomos y las ondas de radio ), se trataban como conceptos teóricos. En esta visión, las teorías funcionan como axiomas : las observaciones predichas se derivan de las teorías de forma muy similar a como se derivan los teoremas en la geometría euclidiana . Sin embargo, las predicciones se prueban luego contra la realidad para verificarlas, y los "axiomas" pueden revisarse como resultado directo. [ cita requerida ]
La frase " la visión heredada de las teorías " se utiliza para describir este enfoque. Los términos que se asocian comúnmente con él son " lingüístico " (porque las teorías son componentes de un lenguaje) y " sintáctico " (porque un lenguaje tiene reglas sobre cómo se pueden unir los símbolos). Los problemas para definir este tipo de lenguaje con precisión (por ejemplo, ¿los objetos vistos en microscopios se observan o son objetos teóricos?) llevaron a la desaparición efectiva del positivismo lógico en la década de 1970. [ cita requerida ]
La visión semántica de las teorías , que identifica las teorías científicas con modelos en lugar de proposiciones , ha reemplazado a la visión recibida como la posición dominante en la formulación de teorías en la filosofía de la ciencia. [42] [43] [44] Un modelo es un marco lógico destinado a representar la realidad (un "modelo de la realidad"), similar a la forma en que un mapa es un modelo gráfico que representa el territorio de una ciudad o país. [45] [46]
En este enfoque, las teorías son una categoría específica de modelos que cumplen los criterios necesarios (ver arriba). Se puede usar el lenguaje para describir un modelo; sin embargo, la teoría es el modelo (o una colección de modelos similares), y no la descripción del modelo. Un modelo del sistema solar, por ejemplo, podría consistir en objetos abstractos que representan el sol y los planetas. Estos objetos tienen propiedades asociadas, por ejemplo, posiciones, velocidades y masas. Los parámetros del modelo, por ejemplo, la Ley de Gravitación de Newton, determinan cómo cambian las posiciones y velocidades con el tiempo. Este modelo puede entonces probarse para ver si predice con precisión las observaciones futuras; los astrónomos pueden verificar que las posiciones de los objetos del modelo a lo largo del tiempo coinciden con las posiciones reales de los planetas. Para la mayoría de los planetas, las predicciones del modelo newtoniano son precisas; para Mercurio , es ligeramente inexacto y se debe utilizar en su lugar el modelo de la relatividad general . [ cita requerida ]
La palabra " semántica " se refiere a la forma en que un modelo representa el mundo real. La representación (literalmente, "re-presentación") describe aspectos particulares de un fenómeno o la manera de interacción entre un conjunto de fenómenos. Por ejemplo, un modelo a escala de una casa o de un sistema solar claramente no es una casa real o un sistema solar real; los aspectos de una casa real o de un sistema solar real representados en un modelo a escala son, solo en ciertas formas limitadas, representativos de la entidad real. Un modelo a escala de una casa no es una casa; pero para alguien que quiera aprender sobre casas, de manera análoga a un científico que quiera comprender la realidad, un modelo a escala suficientemente detallado puede ser suficiente.
Varios comentaristas [49] han afirmado que la característica distintiva de las teorías es que son explicativas y descriptivas, mientras que los modelos son sólo descriptivos (aunque siguen siendo predictivos en un sentido más limitado). El filósofo Stephen Pepper también distinguió entre teorías y modelos, y dijo en 1948 que los modelos generales y las teorías se basan en una metáfora "raíz" que limita la forma en que los científicos teorizan y modelan un fenómeno y, por lo tanto, llegan a hipótesis comprobables. [ cita requerida ]
La práctica de la ingeniería distingue entre "modelos matemáticos" y "modelos físicos"; el coste de fabricar un modelo físico se puede minimizar creando primero un modelo matemático utilizando un paquete de software informático, como una herramienta de diseño asistido por ordenador . Cada una de las partes componentes se modela por sí misma y se especifican las tolerancias de fabricación. Se utiliza un dibujo de vista explosionada para diseñar la secuencia de fabricación. Los paquetes de simulación para mostrar cada uno de los subconjuntos permiten rotar y ampliar las piezas con detalles realistas. Los paquetes de software para crear la lista de materiales para la construcción permiten a los subcontratistas especializarse en procesos de montaje, lo que distribuye el coste de la fabricación de maquinaria entre varios clientes. Véase: Ingeniería asistida por ordenador , Fabricación asistida por ordenador e Impresión 3D [ cita requerida ]
Una suposición (o axioma ) es una afirmación que se acepta sin pruebas. Por ejemplo, las suposiciones se pueden utilizar como premisas en un argumento lógico. Isaac Asimov describió las suposiciones de la siguiente manera:
...es incorrecto hablar de una suposición como verdadera o falsa, ya que no hay manera de probar que sea una u otra (si la hubiera, ya no sería una suposición). Es mejor considerar las suposiciones como útiles o inútiles, dependiendo de si las deducciones que se hacen de ellas corresponden a la realidad... Ya que debemos comenzar por alguna parte, debemos tener suposiciones, pero al menos tengamos la menor cantidad posible de suposiciones. [50]
Ciertas suposiciones son necesarias para todas las afirmaciones empíricas (por ejemplo, la suposición de que la realidad existe). Sin embargo, las teorías no suelen hacer suposiciones en el sentido convencional (enunciados aceptados sin pruebas). Si bien las suposiciones suelen incorporarse durante la formación de nuevas teorías, estas están respaldadas por pruebas (por ejemplo, de teorías previamente existentes) o la evidencia se produce en el curso de la validación de la teoría. Esto puede ser tan simple como observar que la teoría hace predicciones precisas, lo que es evidencia de que cualquier suposición hecha al principio es correcta o aproximadamente correcta en las condiciones probadas. [ cita requerida ]
Se pueden utilizar supuestos convencionales, sin evidencia, si la teoría solo se pretende que se aplique cuando el supuesto sea válido (o aproximadamente válido). Por ejemplo, la teoría especial de la relatividad supone un marco de referencia inercial . La teoría hace predicciones precisas cuando el supuesto es válido, y no hace predicciones precisas cuando el supuesto no es válido. Tales supuestos son a menudo el punto con el que las teorías antiguas son reemplazadas por otras nuevas (la teoría general de la relatividad funciona también en marcos de referencia no inerciales).
El término "asunción" es en realidad más amplio que su uso estándar, etimológicamente hablando. El Oxford English Dictionary (OED) y el Wikcionario en línea indican que su fuente latina es acceptre ("aceptar, tomar para sí, adoptar, usurpar"), que es una conjunción de ad- ("a, hacia, en") y sumere (tomar). La raíz sobrevive, con significados modificados, en el italiano acceptre y en el español sumir . El primer sentido de "asunción" en el OED es "tomar para (uno mismo), recibir, aceptar, adoptar". El término se empleó originalmente en contextos religiosos como en "recibir en el cielo", especialmente "la recepción de la Virgen María en el cielo, con el cuerpo preservado de la corrupción", (1297 d. C.) pero también se usó simplemente para referirse a "recibir en asociación" o "adoptar en sociedad". Además, otros sentidos de suponerse incluyen (i) "investirse a uno mismo con (un atributo)", (ii) "emprender" (especialmente en Derecho), (iii) "tomar para uno mismo solo en apariencia, pretender poseer", y (iv) "suponer que una cosa es" (todos los sentidos de la entrada del OED sobre "asumir"; la entrada del OED para "suposición" es casi perfectamente simétrica en sentidos). Por lo tanto, "suposición" connota otras asociaciones que el sentido estándar contemporáneo de "aquello que se asume o se da por sentado; una suposición, postulado" (solo el undécimo de los 12 sentidos de "suposición", y el décimo de los 11 sentidos de "asumir").
Karl Popper describió las características de una teoría científica de la siguiente manera: [9]
Popper resumió estas afirmaciones diciendo que el criterio central del estatus científico de una teoría es su "falsabilidad, refutabilidad o comprobabilidad". [9] Haciéndose eco de esto, Stephen Hawking afirma: "Una teoría es una buena teoría si satisface dos requisitos: debe describir con precisión una gran clase de observaciones sobre la base de un modelo que contiene sólo unos pocos elementos arbitrarios, y debe hacer predicciones definidas sobre los resultados de futuras observaciones". También analiza la naturaleza "improbable pero falsable" de las teorías, que es una consecuencia necesaria de la lógica inductiva, y que "se puede refutar una teoría encontrando incluso una sola observación que esté en desacuerdo con las predicciones de la teoría". [51]
Sin embargo, varios filósofos e historiadores de la ciencia han sostenido que la definición de Popper de la teoría como un conjunto de afirmaciones refutables es errónea [52] porque, como ha señalado Philip Kitcher , si uno adoptase una visión estrictamente popperiana de la "teoría", las observaciones de Urano cuando fue descubierto por primera vez en 1781 habrían "refutado" la mecánica celeste de Newton. Más bien, la gente sugirió que otro planeta influyó en la órbita de Urano, y esta predicción, de hecho, acabó confirmándose.
Kitcher coincide con Popper en que "sin duda hay algo de cierto en la idea de que una ciencia sólo puede tener éxito si puede fracasar". [53] También dice que las teorías científicas incluyen afirmaciones que no se pueden refutar, y que las buenas teorías también deben ser creativas. Insiste en que consideremos las teorías científicas como una "colección elaborada de afirmaciones", algunas de las cuales no son refutables, mientras que otras -las que él llama "hipótesis auxiliares"- sí lo son.
Según Kitcher, las buenas teorías científicas deben tener tres características: [53]
Al igual que otras definiciones de teorías, incluida la de Popper, Kitcher deja claro que una teoría debe incluir enunciados que tengan consecuencias observacionales. Pero, al igual que la observación de irregularidades en la órbita de Urano, la falsación es sólo una posible consecuencia de la observación. La producción de nuevas hipótesis es otro resultado posible e igualmente importante.
El concepto de teoría científica también se ha descrito mediante analogías y metáforas. Por ejemplo, el empirista lógico Carl Gustav Hempel comparó la estructura de una teoría científica con una "red espacial compleja":
Sus términos están representados por los nudos, mientras que los hilos que los unen corresponden, en parte, a las definiciones y, en parte, a las hipótesis fundamentales y derivadas incluidas en la teoría. Todo el sistema flota, por así decirlo, por encima del plano de observación y está anclado a él por las reglas de interpretación. Éstas podrían considerarse como cuerdas que no forman parte de la red, pero que unen ciertos puntos de ésta con lugares específicos en el plano de observación. En virtud de estas conexiones interpretativas, la red puede funcionar como una teoría científica: a partir de ciertos datos observacionales, podemos ascender, mediante una cuerda interpretativa, a algún punto de la red teórica, y de allí proceder, mediante definiciones e hipótesis, a otros puntos, desde los cuales otra cuerda interpretativa permite un descenso al plano de observación. [54]
Michael Polanyi hizo una analogía entre una teoría y un mapa:
Una teoría es algo distinto de mí mismo. Puede ser plasmada en el papel como un sistema de reglas, y es tanto más verdadera una teoría cuanto más completamente pueda ser expresada en esos términos. La teoría matemática alcanza la más alta perfección en este aspecto. Pero incluso un mapa geográfico encarna en sí mismo un conjunto de reglas estrictas para orientarse en una región de experiencia que de otro modo sería inexplorada. De hecho, toda teoría puede ser considerada como una especie de mapa extendido sobre el espacio y el tiempo. [55]
Una teoría científica también puede considerarse como un libro que recoge la información fundamental sobre el mundo, un libro que debe investigarse, escribirse y compartirse. En 1623, Galileo Galilei escribió:
La filosofía [es decir, la física] está escrita en este gran libro, es decir, el universo, que está continuamente abierto a nuestra mirada, pero no se puede entender a menos que uno aprenda primero a comprender el lenguaje e interpretar los caracteres en que está escrito. Está escrito en el lenguaje de las matemáticas y sus caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas, sin las cuales es humanamente imposible entender una sola palabra del libro; sin ellas, uno vaga por un laberinto oscuro. [56]
La metáfora del libro también podría aplicarse en el siguiente pasaje, del filósofo de la ciencia contemporáneo Ian Hacking :
Yo personalmente prefiero una fantasía argentina. Dios no escribió un Libro de la Naturaleza del tipo que imaginaron los antiguos europeos. Escribió una biblioteca borgiana , cada uno de cuyos libros es lo más breve posible, pero cada uno de cuyos libros es incoherente con todos los demás. Ningún libro es redundante. Por cada libro hay un trocito de la Naturaleza accesible al hombre, de modo que ese libro, y ningún otro, hace posible la comprensión, predicción e influencia de lo que está sucediendo... Leibniz dijo que Dios eligió un mundo que maximizaba la variedad de fenómenos y al mismo tiempo escogía las leyes más simples. Exactamente así: pero la mejor manera de maximizar los fenómenos y tener las leyes más simples es que las leyes sean incoherentes entre sí, cada una de ellas aplicable a esto o aquello, pero ninguna aplicable a todos. [57]
En física , el término teoría se utiliza generalmente para un marco matemático, derivado de un pequeño conjunto de postulados básicos (generalmente simetrías, como la igualdad de ubicaciones en el espacio o en el tiempo, o la identidad de los electrones, etc.), que es capaz de producir predicciones experimentales para una categoría dada de sistemas físicos. Un buen ejemplo es el electromagnetismo clásico , que abarca los resultados derivados de la simetría de calibre (a veces llamada invariancia de calibre ) en forma de unas pocas ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell . Los aspectos matemáticos específicos de la teoría electromagnética clásica se denominan "leyes del electromagnetismo", lo que refleja el nivel de evidencia consistente y reproducible que los respalda. Dentro de la teoría electromagnética en general, existen numerosas hipótesis sobre cómo se aplica el electromagnetismo a situaciones específicas. Muchas de estas hipótesis ya se consideran adecuadamente probadas, y siempre se están desarrollando otras nuevas que tal vez no se hayan probado. Un ejemplo de esto último podría ser la fuerza de reacción de la radiación . A partir de 2009, sus efectos sobre el movimiento periódico de cargas son detectables en sincrotrones , pero sólo como efectos promediados en el tiempo. Algunos investigadores están considerando ahora experimentos que podrían observar estos efectos a nivel instantáneo (es decir, no promediados en el tiempo). [58] [59]
Tenga en cuenta que muchos campos de investigación no tienen teorías específicas, por ejemplo, la biología del desarrollo . El conocimiento científico fuera de una teoría específica puede tener un alto nivel de certeza, dependiendo de la cantidad de evidencia que lo respalde. Tenga en cuenta también que, dado que las teorías extraen evidencia de muchos campos, la categorización no es absoluta.
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