La ciencia, ¿describe o explica?

Hay teorías científicas que usan modelos cercanos a  nuestra percepción inmediata, son más sencillas de entender, y se conocen por teorías descriptivas; las teorías que penetran más profundamente en las construcciones mentales, son más abstractas y suelen incluir a las anteriores como casos particulares o como aproximaciones, se llaman teorías explicativas o causales. Pero la diferencia entre los dos tipos es relativa, y además cambia de acuerdo con los progresos de la ciencia.

Explicación y descripción
En el razonamiento científico es importante distinguir entre explicación y descripción: hay teorías que que describen fenómenos, denominadas fenomenológicas o descriptivas, y otras que los explican usando la relación causa-efecto, llamadas causales. Esta división es parecida a la que separa las ciencias exactas y las correlacionales (ver por ejemplo el artículo al respecto en este blog).
Modelo de orbitalesModelo de enlaces
de valencia

Por ejemplo la teoría de los enlaces químicos de valencia la podemos considerar descriptiva, pues intentar verla como explicativa significaría que estamos dispuestos a creer que realmente hay una especie de puentes rígidos entre átomos que los unen. Los enlaces de valencia son una simplificación útil de  la teoría de los orbitales atómicos, que sería la teoría explicativa.

Esta distinción no puede ser absoluta sino meramente de conveniencia: en el ejemplo del enlace químico, inicialmente la teoría del enlace de valencia sirvió para explicar cómo los átomos se combinaban entre sí  para formar moléculas, era explicativa porque no teníamos nada más. Con la aparición del modelo de orbitales cambiamos las categorías: los enlaces de valencia son aproximaciones descriptivas del modelo explicativo de los orbitales.

Siendo la explicación una explicación más detallada que la descripción, se deduce que la explicación nunca puede ser definitiva, que siempre podremos ser más precisos.

La explicación pasa a ser descripción
Consideremos la gravitación: según Aristóteles los cuerpos caen porque "buscan" su lugar natural; Galileo postuló y demostró que los objetos caen con aceleración constante, Newton generalizó la teoría de Galileo enunciando la ley de la gravitación universal (todo par de partículas se atraen con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de su distancia) , que posteriormente volvió a ampliarse por Einstein que vinculó la gravedad a la métrica del espacio, y de momento aquí hemos llegado. De estas teorías, ¿cuáles explican y cuáles describen?

Podemos decir que la teoría más moderna, de la cual podemos deducir todas las demás, es la explicativa, y las demás actualmente son descriptivas. O bien podemos decir que ninguna explica, sino que todas son descripciones cada vez mejores, ya que todavía no tenemos una teoría de la gravitación cuántica.

También lo podemos plantear en términos de verdad: ¿cual de las teorías es cierta? Todas no pueden serlo, ya que no coinciden en los detalles. Tenemos diversos grados de validez, siendo actualmente la Relatividad General la más cierta, de momento. La verdad científica no es un concepto estático, sino dinámico.


Sistemas, propiedades y estados
La ciencia usa en sus descripciones y explicaciones sistemas físicos, que tienen propiedades y estados. Un objeto posee propiedades como forma, color, velocidad, etc. A todo concepto que posea propiedades observables le llamaremos sistema físico. Así, los objetos externos, una mesa, un edificio, una nube, ... son ejemplos de sistemas. También lo son los campos electromagnéticos y las partículas fundamentales.

Las propiedades son conceptos relacionados con nuestras percepciones; ¿cuantas propiedades tiene un objeto ordinario? Por ejemplo un árbol: cuando lo exploramos analíticamente vamos descubriendo sus propiedades, hay muchas, de hecho su número total no está bien definido: tendremos las categorías de aspecto exterior, estructura interior, ubicación, família a la que pertenece, ...
¿Son todas necesarias para definir el objeto? Depende de nuestras necesidades de información, que no serán las mismas si somos un turista o un biólogo. Pero fijémonos en el conjunto de propiedades mínimas necesarias para identificar al objeto como un árbol; algunas de ellas cambiaran con el tiempo (como el tamaño), son las que definen el estado del sistema.

Las propiedades interesantes para la ciencia son las mensurables, a las que se les pueden asignar números. Sólo las propiedades tienen medidas, el árbol en sí no las tiene, sino que es poseedor de propiedades mensurables: altura, diámetro, peso, etc.  Así, la ciencia atribuye propiedades mensurables a sistemas intrínsecamente inmensurables. Por ejemplo un átomo posee propiedades mensurables, a pesar de que en sí mismo no lo sea.

Observables
Visto desde otro punto de vista, el árbol queda investido de un observable llamado altura, diámetro, etc. No tiene una altura definida en todo instante, sino solo cuando lo miramos. En la Física clásica no es necesario distinguir entre observables y propiedades, pero en Física cuántica tal distinción es obligatoria. Un electrón puede comportarse como una partícula, con una posición y velocidad, o como una onda des-localizada, dependiendo del tipo de experimento que ideemos. Entonces no siempre podemos conocer algunas de las propiedades de una partícula cuántica; por ejemplo en el caso de la posición se ha convertido en un observable latente, que tomará un valor sólo cuando la observemos, ya no es una propiedad de la partícula.


Descripciones científicas
Resumiendo, la ciencia define sus sistemas, elige observables para los sistemas, y define sus estados como conjuntos significativos de tales observables. Así, la economía definirá sus sistemas macro y micro-económicos, la medicina definirá los sistemas circulatorios, nerviosos, linfáticos, etc.  Este proceso está bien definido, pues los observables son conceptos comunes, como la masa o la posición, y tienen valores definidos en cada instante de tiempo. En la Física clásica esto es así, pero la Física cuántica ha de tratar con observables latentes, sin valores definidos en cada instante. De hecho, los observables sólo poseen probabilidades de tener valores determinados, de forma que a cada observable se le asigna una función de probabilidad.  El cómo procede la mecánica cuántica para dar descripciones y explicaciones basadas en observables latentes es uno de los grandes logros de la ciencia del siglo XX, que dejaremos para otro artículo.

Bibliografía
Henry Margenau: La naturaleza de la realidad física. Ed. Tecnos.


Comentarios

  1. Que emocionante reflexión !

    No pude evitar durante la agradable lectura de tu artículo pensar en el mito de la caverna de Platón, No sé si esté interpretando mal tu intención pero el problema de caracterizar que es realmente el objeto de estudio de la ciencia es una pregunta maravillosa que esconde los más profundos misterios de la naturaleza del pensamiento y la han tenido desde los griegos hasta por ejemplo Penrose.

    En lo particular me agrada mucho el (polémico) modo de ver las cosas que tenía Platón al respecto del mundo platónico de las ideas y de las formas en donde está la verdadera "verdad", siempre he creído en la universalidad de las Matemáticas conocimiento que parece salir de uno mismo :), Sé que el decir estás cosas esta muy alejado de todo rigorismo científico pero en unos de los libros de Penrose y de David Bom (que por cierto me acerqué a ellos gracias a este blog) dan a entender ideas semejantes (en especial Penrose me parece un platónico asiduo).

    Y la reflexión se pone extraordinaria cuando como bien dices la física cuántica no tiene un modo "clásico" de mesurar los "observables" hay una extraña cortina difusa que nos separa de ese mundo.

    Que alegría es leer artículos como estos, estás son las mejores preguntas que un humano se puede hacer. Gracias

    P.D. por cierto ya quiero leer tu artículo sobre la probabilidad en la física.

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  2. Creo que sí que hay una relación con el mito de la caverna de Platón: el conocimiento basado en la observación de las sombras es todo lo que tienen los reclusos, pero cuando es liberado un recluso observa el fuego y entiende la causa de las sombras, pasa a tener un conocimiento causal del porqué de las sombras, y éstas son descripciones de lo que ven los reclusos.

    Gracias por tus comentarios.

    Saludos.

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