Xavier Vilaseca i Bañeras
FILOSOFIA PER A JOVES ESTUDIANTS
Són les ciències que intenten descriure i explicar el funcionament de la naturalesa.
CARÀCTER EMPÍRIC (A POSTERIORI) DE LES CIÈNCIES NATURALS
Les ciències naturals ens parlen dels fenòmens de la naturalesa. Un fenomen (també en podríem dir “fet”) és quelcom que es pot observar. Això implica que qualsevol explicació parteix d'una observació o es refereix a una observació. El fenomen pot produir-se de forma natural o pot haver estat provocat artificialment (en un laboratori, per exemple). Però en qualsevol cas hi ha un fet observat i per això parlem de ciències empíriques. Recordeu que l’experiència podia ser observació o bé experimentació. Quan una ciència empírica realitza experiments se sol anomenar ciència experimental.
L’expressió “a posteriori” significa “després de”, és a dir, després de l’observació del fenomen cal fer-ne una descripció o una explicació.
A vegades parlem de fets o fenòmens que no són presents. Per exemple, l’extinció dels dinosaures o, més enrere encara, la gran explosió (el Big Bang). Però ho fem sempre a partir dels rastres que encara avui podem observar (els fòssils o la radiació còsmica de fons o fons còsmic de microones).
A vegades la teoria pot ser prèvia a l’observació o experiment que la confirma. En diem teories derivades. Però aquestes teories derivades provenen d’altres teories prèvies que sí que havien partit d’observacions. Per exemple, la teoria del Big Bang s’havia plantejat abans de la detecció de la radiació còsmica de fons basant-se en la teoria de la relativitat.
De fets o fenòmens n'hi ha de molts tipus: físics, químics, geològics, biològics...
Les diferències depenen del punt de vista amb què els estudiem. Per exemple, el llançament de la bomba atòmica d'Hiroshima:
Cada perspectiva caracteritza un tipus de ciència diferent (física, química, biologia, geologia...). També podríem considerar-ho com un fet històric o com un fet que va tenir conseqüències econòmiques o psicològiques. Aleshores estarien en l’àmbit de les ciències humanes, que veurem posteriorment.
Les ciències naturals poden ser descriptives o explicatives:
EL MÈTODE HIPOTÈTIC DEDUCTIU:
De ben segur que tots sabeu que la llei de la gravitació universal la va formular el filòsof anglès Sir Isaac Newton (1642-1727). Aquesta llei afirma que tots els cossos de l’univers s’atreuen amb una força directament proporcional al producte de les seves masses i inversament proporcional al quadrat de la distància que els separa:
Segurament també sabeu que la teoria mecànica clàssica es basa en les tres lleis de la mecànica newtoniana:
1.Principi d'inèrcia (ja l’havia formulat Galileu):
Qualsevol cos lliure, sobre el qual no actua cap força, manté el seu estat de moviment, ja sigui en repòs, o ja sigui en moviment rectilini uniforme.
2.Llei fonamental de la dinàmica:
Tot cos sobre el qual actua una força es mou de tal manera que la variació de la seva quantitat de moviment respecte al temps és igual a la força que produeix el moviment. S'expressa amb la fórmula següent:
3.Llei d'acció i reacció
Sempre que un cos exerceix una força sobre un altre, aquest segon cos exerceix una força igual i de sentit contrari sobre el primer.
Aquestes lleis es plantegen com a necessàries, és a dir, que funcionen sempre, arreu de l’univers, en qualsevol condició. La qüestió que ens plantegem ara és: com treballa el científic o la científica per a descobrir aquestes lleis i per a formular teories generals que les englobin i els donin coherència?
Sir Isaac Newton
Per descobrir les lleis necessàries que regeixen la naturalesa, Galileu havia ideat el mètode “compositiu-resolutiu”. Newton va adaptar aquest mètode i, amb petites modificacions, el va anomenar mètode hipotètic-deductiu. Aquest mètode es desenvolupa en les següents fases:
1.La realitat ens envia impressions i sensacions que els subjectes podem captar amb els nostres sentits. Així, la investigació de la realitatcomença a partir d’aquestes sensacions que ens donen unes dades empíriques. A partir d’aquestes dades empíriques, utilitzant el raonament inductiu, podem obtenir afirmacions generals sobre la naturalesa que Newton anomena proposicions protocol·làries.
Exemple:
---------------------------------------------------------------------------
2.Basant-nos en les proposicions protocol·làries construïm hipòtesis, que s’expressen en forma de relació algebraica.
Seguint amb el mateix exemple:
La hipòtesi afirma que, per als gasos ideals, si la temperatura (T) és constant, pressió (P) i volum (V) són inversament proporcionals.
Sembla ser que tant el físic irlandès Robert Boyle (1627-1691) com físic francès Edme Mariotte (1620-1684) la plantejaren de manera independent. Per això s'anomena llei de Boyle-Mariotte.
Combinant-la juntament amb la llei de Charles i Gay-Lussac i amb la de Graham es pot obtenir la llei dels gasos ideals.
Newton no va aclarir com arriba el científic a la formulació d’aquestes hipòtesis. L’epistemologia clàssica empirista parla del mètode inductiu també en aquest segon pas. Però Popper va donar un plantejament completament nou a aquesta qüestió. Segons Popper el científic inventa creativament les seves hipòtesis. La qüestió és que després s’han de poder posar a prova.
3. Per posar a prova les seves hipòtesis, segons Newton, el científic ha de fer càlculs matemàtics. A partir de les hipòtesis, s'intenta deduir matemàticament les proposicions protocol·làries que ja teníem i també fer prediccions de fenòmens. Evidentment, aquestes prediccions s’han de verificar empíricament. Si efectivament es compleixen les prediccions de forma exacta, la hipòtesi es transforma en una llei empírica (o llei experimental).
Segons la definició de Poincaré, perfectament aplicable al cas de Newton, una llei científica és una relació constant entre fenòmens que se succeeixen en el temps, és a dir, una equació. Per tant, si conec determinades dades de l’equació puc calcular matemàticament les altres variables.
4.Les lleis empíriques actuen com a proposicions protocol·làries en la construcció d'un sistema teòric o teoria general. Aquesta teoria també s’inicia com una hipòtesi que s’ha de posar després a prova. Per tal que la hipòtesi es converteixi en una teoria acceptada ha de permetre:
Quan una llei empírica es deriva d'una teoria passa a ser una llei derivada.
Exemple: Teoria termodinàmica
“Termo” es refereix a la transmissió d’energia i “dinàmica” es refereix al moviment. Així podem dir que la termodinàmica estudia la circulació de l'energia i com l'energia infon moviment. A partir dels principis de la termodinàmica podem deduir lleis com la de Boyle-Mariotte o com la dels gasos ideals. Per tant, passen de ser lleis experimentals a lleis derivades. Evidentment, això no canvia la fórmula que ja teníem.
Però també podem trobar noves lleis. Per exemple, segons la tercera llei de la termodinàmica el zero absolut (-273.15 ºC) és un límit inassolible. Només existeixen càmeres frigorífiques que arriben fins als -272 °C i la raó del perquè no arriben a menys temperatura és que a la pròpia càmera frigorífica li resulta impossible baixar més la temperatura si les seves molècules contenen energia.
FÍSICA ESTADÍSTICA I PROBABILITAT
Actualment es considera que les lleis de la física tenen totes naturalesa estadística. Això té implicacions importants i cal entendre-ho bé. Els següents fragments extrets del llibre d’Schrödinger “Què és la Vida?” ho expliquen d’una manera força entenedora:
¿Por qué son tan pequeños los átomos?(…) Imagino que más de un entusiasta estudiante de Física o Química habrá lamentado el hecho de que cada uno de nuestros órganos sensoriales, que forman una parte más o menos importante de nuestro cuerpo y, en consecuencia, están compuestos a su vez por innumerables átomos, resultan demasiado toscos para ser afectados por el impacto de un solo átomo. No podemos ver, sentir u oír un átomo. Nuestras hipótesis sobre ellos difieren ampliamente de los datos obtenidos con nuestros burdos órganos sensoriales y no pueden someterse a pruebas de inspección directa.
¿Debe ser esto así? ¿Existe alguna razón intrínseca para ello? ¿Podemos remontar este estado de cosas a algún tipo de principio, con el fin de cerciorarnos y comprender por qué ninguna otra cosa es compatible con las leyes de la Naturaleza?
Por una vez, este es un problema que el físico puede aclarar completamente. La respuesta a todas estas interrogaciones es afirmativa.
EL FUNCIONAMIENTO DE UN ORGANISMO REQUIERE LEYES FÍSICAS EXACTAS
De no ser así, si fuéramos organismos tan sensibles que un solo átomo, o incluso unos pocos, pudieran producir una impresión perceptible en nuestros sentidos, ¡cielos, cómo sería la vida! Por ejemplo: un organismo de este tipo con toda seguridad no sería capaz de desarrollar el tipo de pensamiento ordenado que, después de pasar por una larga serie de estados previos, finalmente desemboca en la formación, entre muchas, de la idea de átomo. (…)
LAS LEYES FÍSICAS SE BASAN EN LA ESTADÍSTICA ATÓMICA Y, POR TANTO, SON SÓLO APROXIMADAS
¿Por qué no pueden cumplirse todas estas condiciones en el caso de un organismo compuesto únicamente por un número discreto de átomos y sensible al impacto de uno o algunos pocos átomos?
El motivo radica en que, como sabemos, todos los átomos siguen continuamente un movimiento térmico y hace imposible que los acontecimientos que tienen lugar entre un reducido número de átomos puedan ser unificados en unas leyes comprensibles. Sólo a partir de la cooperación de un número enorme de átomos las leyes estadísticas empiezan a ser aplicables, controlando el comportamiento de estos “conjuntos” con una precisión que aumenta en la medida que aumenta la cantidad de átomos que intervienen en el proceso. (…)
LA REGLA DE LA 
Añadiré una puntualización cuantitativa muy importante acerca del grado de inexactitud que debemos esperar en cualquier ley física, la llamada ley de la .
Si afirmo que un gas determinado, bajo condiciones de presión y temperatura dadas, tiene cierta densidad y si expreso esto diciendo que, en un volumen dado (de un tamaño adecuado para la experimentación), hay bajo esas condiciones exactamente n moléculas del gas, podemos estar seguros de que, si pudiéramos comprobar esta afirmación en un momento dado, encontraríamos que resulta inexacta, siendo la desviación del orden de . Por lo tanto, si el número n=100, hallaremos una desviación de aproximadamente 10, o sea, un error relativo del 10%. Pero si n=1.000.000, la desviación que probablemente encontraríamos sería aproximadamente de 1000, es decir, un error del 0.1%. Simplificando, podemos decir que esta ley estadística es bastante general. Las leyes físicas y físico-químicas son inexactas dentro de un probable error relativo del orden 1 / , donde n es el número de moléculas que cooperan en la formación de la ley, para dar lugar a esa validez en las regiones de espacio o tiempo (o ambos) que nos interesan en vistas a determinadas consideraciones o para algunos experimentos particulares.
Fixeu-vos que si en un determinat fenomen només intervé una partícula, el grau d’error esperable és del 100%! Això encaixa amb el principi d’indeterminació o principi d’incertesa de Heisenberg (1901-1976), un dels principis fonamentals de la mecànica quàntica, segons el qual és impossible mesurar simultàniament i amb exactitud la posició i la quantitat de moviment (moment lineal) d’una partícula. Si aconseguim una mesura exacta d’un dels dos paràmetres, l’error en l’altra mesura és infinit. Així doncs, les mesures només poden ser aproximades, i el nostre coneixement sobre l’estat de les partícules d’un sistema en un moment determinat no és més que una funció estadística (precisament la que descriu l’equació d’Schrödinger).
Sovint s’explica aquest principi d’incertesa per la interferència que ocasiona en el sistema l’acte físic de la pròpia mesura, és a dir, l’aparell de mesura i la presència física del mateix científic. De tota manera, hi ha altres explicacions de més complexitat científica i més implicacions filosòfiques que en aquest curs no podem abastar.
 |
Erwin Schrödinger (1887-1961), un dels físics més destacats del segle XX per les seves aportacions a la mecànica quàntica. Va rebre el Nobel de física l’any 1933. La seva aportació principal és la definició de l’equació d'evolució de la funció d'ones associada aun sistema de partícules coneguda com a equació de Schrödinger. Us recomano la lectura del seu llibre “What’s Life” (1944). Segons les memòries de James Watson, aquest llibre va inspirar-lo per a investigar els gens, fet que el va acabar portant al descobriment de l'estructura de doble hèlix de l'ADN. |
CARÀCTER PROVISIONAL DE LES TEORIES CIENTÍFIQUES
Al llarg de la història la ciència ha evolucionat: ha canviat de “paradigmes”. Tal com el va definir Thomas Kuhn, un paradigma és un model metodològic i teòric que és acceptat com a vàlid per una comunitat científica en un moment determinat de la història.
És evident que la ciència ha anat canviant al llarg de la història, i la pregunta clau és saber fins quan ha de canviar, és a dir, si sempre podem esperar noves revolucions científiques o podrem assolir un dia una teoria definitiva. Aquest és un tema central en la filosofia de la ciència del S.XX. En general, la resposta és negativa: mai no tindrem una teoria científica definitiva.
Per altra banda, és planteja una altra qüestió: malgrat que cap teoria científica no sigui definitiva, som cada vegada més a prop de la veritat? Popper i Kuhn tindran respostes diferents a aquesta darrera qüestió.
