La astronomía muestra que la ciencia es reproducible fuera del laboratorio
Publicación del mes: enero de 2009
por W.T."Tom" Bridgman
Subject: | Astronomy as an 'unprovable' science Date: | 29 Jan 2009 Message-ID: | 0001HW.C59BBAC9001CB174B019F96F@news.verizon.net
La astronomía es predominantemente una ciencia observacional. Solo sabemos de los objetos cuando algún efecto de ellos llega a la Tierra (o cerca de la Tierra y es detectado por satélites). He visto a algunos creacionistas afirmar que esto hace que el conocimiento astronómico sea “incomprobable” y, por lo tanto, que no merezca ser considerado como “verdadera” ciencia.
En primer lugar, la ciencia no “prueba” nada. Quienes gustan de usar ese término intentan emplearlo de forma “absolutista”, como con las pruebas matemáticas, cuando su modelo real es el estándar mucho más débil de “prueba” que se usa en el sistema legal. La debilidad de la “prueba” legal se demuestra en el hecho de que el sistema legal suele tener un sistema de apelaciones, salvo quizá en los estados totalitarios. Quienes distorsionan la definición de “prueba” a menudo también tienden a tergiversar las definiciones de “teoría” científica de manera semejante. Para no desviarnos demasiado en este tema secundario, quienes estén interesados deberían leer:
- The Scientific Method, parte de las notas de clase de Jose Wudka para su curso de Relativity, Space-Time & Cosmology;
- Truth and Proof in Science @ Relativity Online;
- The Problem of Induction @ Astronomy Notes;
-
Hypothesis and Proof in Science @ Argonne National Laboratories.
Aprendemos sobre el cosmos distante por dos métodos principales:
- fotones que llegan desde objetos distantes
- partículas de alta energía (rayos cósmicos) que llegan desde objetos distantes
Nuestra capacidad de interpretar lo que ocurre “allá fuera” depende de una suposición básica: que el universo es físicamente coherente.
Una característica de esta consistencia física es nuestra capacidad de predecir algunas características del comportamiento del sistema basándonos en principios físicos que pueden expresarse de forma matemática. Que este proceso matemático funcione tan bien como lo hace ha sido objeto de debates filosóficos continuos, como se describe en “The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences”.
¿Cómo probamos esta consistencia física? El método principal es que los objetos que observamos se comportan como predecimos. Por ejemplo, podemos predecir con gran precisión la ubicación de los planetas del sistema solar con décadas de antelación. Esta capacidad se usa en todo, desde la predicción de eclipses hasta sondas interplanetarias.
Ocasionalmente, encontramos situaciones en las que nuestras predicciones parecen fallar. Para mantener la consistencia física, hay tres posibilidades que los científicos consideran en general:
- algunas aproximación(es) usada(s) en el cálculo matemático están fuera de su rango de validez y están introduciendo errores mayores en el cálculo. Solucionar estos problemas puede requerir más recursos computacionales, que pueden estar o no disponibles;
- existe alguna física conocida adicional, no incluida en los cálculos originales, que debería incorporarse;
- la posibilidad más emocionante de todas: se está detectando nueva física.
Neutrinos solares
Las mediciones iniciales de neutrinos solares eran de un tercio del flujo esperado basado en las reacciones nucleares necesarias para producir la luminosidad observada del Sol. Algunos creacionistas intentaron afirmar que esto era evidencia de que el Sol no estaba alimentado por fusión y, por lo tanto, no podía tener miles de millones de años (véase Evidence for a Young Sun, de Keith Davies). Habría llevado más de tres décadas, pero los científicos de verdad seguirían explorando soluciones “naturalistas”, examinando las posibilidades (a), (b) y (c). Se hicieron numeras mejoras considerando las posibilidades (a) y (b), pero no mejoraron el acuerdo de manera significativa. Finalmente, la teoría y los experimentos comenzaron a favorecer la opción (c), lo que culminó en algunos experimentos para probar realmente la hipótesis de oscilaciones de neutrinos, en la que los neutrinos oscilan entre distintos “sabores” al viajar por la materia. Finalmente, los experimentos detectaron los neutrinos mu y tau- producidos en el Sol, que se habían creado por oscilaciones de los neutrinos electrónicos producidos en las reacciones de fusión solar. Esto se logró en el Sudbury Neutrino Observatory. Un experimento terrestre midió las oscilaciones de neutrinos de forma más directa al hacer pasar neutrinos por la Tierra hasta un detector ( K2K Long-baseline Neutrino Oscillation Experiment Official Homepage). Consulte también la Ultimate Neutrino Page.
La teoría de la gravedad
La gravedad newtoniana fue un gran éxito al predecir órbitas de objetos del sistema solar e incluso descubrir el planeta Neptuno a partir de desviaciones de las órbitas previstas. Sin embargo, las desviaciones orbitales del planeta Mercurio fueron más difíciles de explicar, ya que muchas búsquedas de un planeta perturbador terminaron en fracaso. La solución se encontraría finalmente por Albert Einstein en 1915, durante el desarrollo de su teoría general de la relatividad. La relatividad general fue puesta a prueba mediante numerosas observaciones astronómicas antes de que fuera posible probarla en laboratorios terrestres. Hoy, los efectos relativistas deben incluirse al calcular los tiempos de propagación de la señal en el Sistema de Posicionamiento Global. Consulte también Relativity in the Global Positioning System de Neil Ashby, que ilustra con detalle cómo se hace esto.
También he descrito un número de descubrimientos astronómicos similares en mi artículo, “The Cosmos in Your Pocket. How Cosmological Science Became Earth Technology I”, disponible en el servidor de preprints de Cornell.
También es importante en la prueba científica la cuestión de la reproducibilidad. No podemos “reproducir” observaciones astronómicas en el sentido de laboratorio. Sin embargo, hay otras maneras de resolver el problema de la reproducibilidad, como:
- Probamos observando otros objetos similares, como en el caso de supernovas y estallidos de rayos gamma;
- Podemos hacer observaciones más detalladas del mismo objeto, quizá en nuevas longitudes de onda, con mayor resolución angular y temporal, acumular datos de línea base más largos, o examinar otras propiedades observables como la polarización de los fotones;
- Si la idea involucra nuevos procesos o partículas atómicas, podemos
intentar reproducirlas o detectarlas en experimentos controlados
en la Tierra (es decir, astrofísica de laboratorio).
Todo conocimiento se acumula de forma indirecta, incluso cuando se lleva a cabo con equipamiento de laboratorio. Los constituyentes de los átomos nunca han sido vistos, solo inferidos a partir de muchos experimentos y observaciones. Construimos modelos matemáticos de estas partículas que pueden reproducir de manera fiable las mediciones, tanto del pasado como del futuro.
No puedo probar que no seamos todos cerebros en una cubeta, que proporcionamos energía bioquímica para alguna máquina supercompleja, y que nuestra “realidad” sea solo un programa de realidad virtual muy sofisticado, como en la película The Matrix.
No hay “prueba” de la teoría de la gravedad. No hay “prueba” de la mecánica cuántica, la física nuclear, la física atómica ni de ninguna otra ciencia. Hay solamente una abrumadora cantidad de evidencia física de que funciona. Si funcionan hoy, mañana podemos tener nuevos experimentos que sugieran que hay algo más allá de nuestros “modelos estándar” de estos fenómenos.
Y, sin embargo, construimos circuitos microelectrónicos, reactores nucleares y lanzamos satélites al espacio y a otros planetas usando esas “teorías no demostradas”. Estas mismas “teorías no demostradas”, consideradas en conjunto, nos ofrecen la gran edad (más de 13 mil millones de años) del Universo. Pese a las negaciones de los creacionistas, estas “teorías no demostradas” han hecho posible la tecnología moderna.
Así que, para quienes quieran discutir conmigo que la astronomía es una ciencia “no demostrada”, insisto en que me proporciones PRUEBA, no solo evidencia, de la realidad de los electrones, protones y neutrones. Para hacerlo más interesante, quizá deba exigir PRUEBA de que estas partículas subatómicas no son, digamos, hadas mágicas que simplemente se comportan como observamos pero que podrían cambiar su comportamiento en cualquier momento. Si no puedes demostrar esto, ¿por qué usas cualquier tecnología de microelectrónica?
Cerraré con una cita pertinente:
Además, “hecho” no significa “certeza absoluta”. Las pruebas finales de la lógica y las matemáticas siguen de forma deductiva de premisas establecidas y alcanzan certeza solo porque no se refieren al mundo empírico. Los evolucionistas no sostienen una verdad permanente, aunque los creacionistas a menudo sí (y luego nos critican por un estilo de argumento que ellos mismos favorecen). En la ciencia, “hecho” solo puede significar “confirmado en tal grado que sería perverso negar un asentimiento provisional”. Supongo que las manzanas podrían empezar a elevarse mañana, pero la posibilidad no merece el mismo tiempo en las clases de física. — S.J. Gould, “Evolution as Fact and Theory”
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