¿Qué Es una Teoría Científica?
En una conversación informal, la gente a menudo usa la palabra teoría para significar «corazonada» o «conjetura»: Si ves al mismo hombre en el autobús hacia el norte todas las mañanas, podrías teorizar que tiene un trabajo en el extremo norte de la ciudad; si olvidas poner el pan en la caja de pan y descubres que se han sacado trozos de él a la mañana siguiente, podrías teorizar que tienes ratones en tu cocina.
En ciencia, una teoría es una afirmación más fuerte. Por lo general, es una afirmación sobre la relación entre varios hechos; una forma de proporcionar una explicación concisa de lo que se ha observado. El Museo Americano de Historia Natural lo expresa de esta manera: «Una teoría es una explicación bien fundamentada de un aspecto del mundo natural que puede incorporar leyes, hipótesis y hechos.»
Por ejemplo, la teoría de la gravedad de Newton, también conocida como su ley de gravitación universal, dice que cada objeto, en cualquier parte del universo, responde a la fuerza de gravedad de la misma manera. Los datos de observación del movimiento de la Luna alrededor de la Tierra, el movimiento de las lunas de Júpiter alrededor de Júpiter y la caída descendente de un martillo caído son consistentes con la teoría de Newton. Así que la teoría de Newton proporciona una forma concisa de resumir lo que sabemos sobre el movimiento de estos objetos, de hecho, de cualquier objeto que responda a la fuerza de la gravedad.
Una teoría científica «organiza la experiencia», dice James Robert Brown, filósofo de la ciencia de la Universidad de Toronto, a Mental Floss. «Lo pone en algún tipo de forma sistemática.»
Una TEORÍA EXITOSA EXPLICA
La capacidad de una teoría para dar cuenta de hechos ya conocidos sienta una base sólida para su aceptación. Echemos un vistazo más de cerca a la teoría de la gravedad de Newton como ejemplo.
A finales del siglo XVII, se sabía que los planetas se movían en órbitas elípticas alrededor del Sol, pero nadie tenía una idea clara de por qué las órbitas tenían que tener forma de elipses. Del mismo modo, el movimiento de objetos que caen se había entendido bien desde la obra de Galileo medio siglo antes; el científico italiano había elaborado una fórmula matemática que describe cómo la velocidad de un objeto que cae aumenta con el tiempo. El gran avance de Newton fue unir todo esto. Según la leyenda, su momento de perspicacia llegó mientras contemplaba una manzana que caía en su Lincolnshire natal.
En la teoría de Newton, cada objeto es atraído a cualquier otro objeto con una fuerza que es proporcional a las masas de los objetos, pero inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Esto se conoce como una ley de «cuadrado inverso». Por ejemplo, si la distancia entre el Sol y la Tierra se duplicó, la atracción gravitacional entre la Tierra y el Sol se reduciría a la cuarta parte de su fuerza actual. Newton, usando sus teorías y un poco de cálculo, fue capaz de demostrar que la fuerza gravitacional entre el Sol y los planetas a medida que se mueven a través del espacio significaba que las órbitas tenían que ser elípticas.
La teoría de Newton es poderosa porque explica mucho: la manzana que cae, el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra y el movimiento de todos los planetas, e incluso cometas, alrededor del Sol. Ahora todo tenía sentido.
Una TEORÍA EXITOSA PREDICE
Una teoría gana aún más apoyo si predice fenómenos nuevos y observables. El astrónomo inglés Edmond Halley utilizó la teoría de la gravedad de Newton para calcular la órbita del cometa que ahora lleva su nombre. Teniendo en cuenta la atracción gravitacional del Sol, Júpiter y Saturno, en 1705, predijo que el cometa, que se había visto por última vez en 1682, regresaría en 1758. Efectivamente, lo hizo, reapareciendo en diciembre de ese año. (Desafortunadamente, Halley no vivió para verlo; murió en 1742. El regreso previsto del Cometa Halley, dice Brown, fue «un triunfo espectacular» de la teoría de Newton.
A principios del siglo XX, la teoría de la gravedad de Newton en sí misma sería reemplazada—como lo expresaron los físicos—por la de Einstein, conocida como relatividad general. (Donde Newton imaginó la gravedad como una fuerza que actúa entre objetos, Einstein describió la gravedad como el resultado de una curvatura o deformación del espacio mismo. La relatividad general fue capaz de explicar ciertos fenómenos que la teoría de Newton no podía explicar, como una anomalía en la órbita de Mercurio, que gira lentamente—el término técnico para esto es «precesión»—de modo que, si bien cada bucle que el planeta toma alrededor del Sol es una elipse, a lo largo de los años, Mercurio traza un camino en espiral similar al que usted pudo haber hecho de niño en un Espirógrafo.
Significativamente, la teoría de Einstein también hizo predicciones que diferían de la de Newton. Una de ellas fue la idea de que la gravedad puede doblar la luz de las estrellas, lo que se confirmó espectacularmente durante un eclipse solar en 1919 (y convirtió a Einstein en una celebridad de la noche a la mañana). Casi 100 años después, en 2016, el descubrimiento de ondas gravitacionales confirmó otra predicción. En el siglo intermedio, se han confirmado al menos ocho predicciones de la teoría de Einstein.
UNA TEORÍA PUEDE EVOLUCIONAR, FUSIONARSE O REEMPLAZARSE
Y, sin embargo, los físicos creen que la teoría de Einstein algún día dará paso a una nueva teoría más completa. Ya parece entrar en conflicto con la mecánica cuántica, la teoría que proporciona nuestra mejor descripción del mundo subatómico. La forma en que las dos teorías describen el mundo es muy diferente. La relatividad general describe el universo como partículas que contienen posiciones y velocidades definidas, moviéndose en respuesta a campos gravitacionales que impregnan todo el espacio. La mecánica cuántica, por el contrario, produce solo la probabilidad de que cada partícula se encuentre en algún lugar en particular en algún momento en particular.
¿Cómo sería una»teoría unificada de la física», una que combina la mecánica cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein? Presumiblemente combinaría el poder explicativo de ambas teorías, permitiendo a los científicos dar sentido tanto a lo muy grande como a lo muy pequeño en el universo.
UNA TEORÍA TAMBIÉN PUEDE SER UN HECHO
Pasemos de la física a la biología por un momento. Es precisamente debido a su vasto poder explicativo que los biólogos tienen en tan alta estima la teoría de la evolución de Darwin, que permite a los científicos dar sentido a los datos de la genética, la fisiología, la bioquímica, la paleontología, la biogeografía y muchos otros campos. Como dijo el biólogo Theodosius Dobzhansky en un influyente ensayo de 1973, «Nada en biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución.»
Curiosamente, la palabra evolución se puede usar para referirse tanto a una teoría como a un hecho, algo que el propio Darwin se dio cuenta. «Darwin, cuando hablaba de la evolución, distinguió entre el hecho de la evolución y la teoría de la evolución», dice Brown. «El hecho de la evolución era que las especies, de hecho, habían evolucionado, y él tenía todo tipo de evidencia para esto. La teoría de la evolución es un intento de explicar este proceso evolutivo.»La explicación que se le ocurrió a Darwin fue la idea de la selección natural, aproximadamente, la idea de que la descendencia de un organismo variará, y que aquellos descendientes con rasgos más favorables tendrán más probabilidades de sobrevivir, transmitiendo así esos rasgos a la siguiente generación.
TENEMOS CONFIANZA EN LAS TEORÍAS
Muchas teorías son sólidas como una roca: Los científicos tienen tanta confianza en las teorías de la relatividad, la mecánica cuántica, la evolución, la tectónica de placas y la termodinámica como en la afirmación de que la Tierra gira alrededor del Sol.
Otras teorías, más cercanas a la vanguardia de la investigación actual, son más tentativas, como la teoría de cuerdas (la idea de que todo en el universo está hecho de pequeñas cuerdas vibrantes o bucles de energía pura) o las diversas teorías multiversas (la idea de que todo nuestro universo es solo una de muchas). La teoría de cuerdas y multiverso teorías siguen siendo motivo de controversia debido a la falta de evidencia experimental directa de ellos, y algunos críticos afirman que multiverso teorías no son ni comprobables en principio. Argumentan que no hay ningún experimento concebible que uno pueda realizar que revele la existencia de estos otros universos.
A veces se presenta más de una teoría para explicar las observaciones de fenómenos naturales; se podría decir que estas teorías «compiten», con los científicos juzgando cuál proporciona la mejor explicación para las observaciones.
«Así es como debería funcionar idealmente», dice Brown. «Usted presenta su teoría, yo presento mi teoría; acumulamos mucha evidencia. Eventualmente, una de nuestras teorías podría resultar obviamente mejor que la otra, en algún período de tiempo. En ese momento, la teoría de perder se desvanece. Y la teoría ganadora probablemente luchará batallas en el futuro.»