Investigación científica
La investigación científica puede etiquetarse como investigación básica o aplicada. La investigación básica es la búsqueda de conocimientos y la investigación aplicada es la búsqueda de soluciones a problemas prácticos utilizando este conocimiento. Aunque algunas investigaciones científicas son investigaciones aplicadas a problemas específicos, gran parte de nuestra comprensión proviene de la realización de la investigación básica impulsada por la curiosidad. Esto conduce a opciones de avances tecnológicos que no estaban planificados o, a veces, ni siquiera imaginables. Este punto fue señalado por Michael Faraday cuando supuestamente en respuesta a la pregunta «¿para qué sirve la investigación básica?» él respondió: «Señor, ¿de qué sirve un niño recién nacido?». Por ejemplo, la investigación sobre los efectos de la luz roja en los bastoncillos del ojo humano no parecía tener ningún propósito práctico; eventualmente, el descubrimiento de que nuestra visión nocturna no se ve afectada por la luz roja llevaría a los equipos de búsqueda y rescate (entre otros) a adoptar la luz roja en las cabinas de aviones y helicópteros. Finalmente, incluso la investigación básica puede dar giros inesperados, y en cierto sentido el método científico es construido para aprovechar la suerte.
Método científico
La investigación científica implica el uso del método científico, que busca explicar objetivamente los eventos de la naturaleza de una manera reproducible. Un experimento de pensamiento explicativo o una hipótesis se presenta como explicación utilizando principios como la parsimonia (también conocida como «Navaja de Occam») y generalmente se espera que busque la consiliencia, encajando bien con otros hechos aceptados relacionados con los fenómenos. Esta nueva explicación se utiliza para hacer predicciones falsables que se pueden comprobar mediante experimentos u observaciones. Las predicciones deben publicarse antes de que se busque un experimento u observación de confirmación, como prueba de que no se ha producido ninguna manipulación. La refutación de una predicción es evidencia de progreso. Esto se hace en parte a través de la observación de fenómenos naturales, pero también a través de la experimentación que intenta simular eventos naturales bajo condiciones controladas apropiadas a la disciplina ( en las ciencias de la observación, como la astronomía o la geología, una observación predicha podría tomar el lugar de un experimento controlado). La experimentación es especialmente importante en la ciencia para ayudar a establecer relaciones causales (para evitar la falacia de correlación).
Cuando una hipótesis resulta insatisfactoria, se modifica o se descarta. Si la hipótesis sobrevivió a la prueba, puede ser adoptada en el marco de una teoría científica, un modelo o marco lógicamente razonado y autoconsistente para describir el comportamiento de ciertos fenómenos naturales. Una teoría describe típicamente el comportamiento de conjuntos de fenómenos mucho más amplios que una hipótesis; por lo general, una gran cantidad de hipótesis pueden vincularse lógicamente mediante una sola teoría. Por tanto, una teoría es una hipótesis que explica varias otras hipótesis. En ese sentido, las teorías se formulan de acuerdo con la mayoría de los mismos principios científicos que las hipótesis. Además de probar hipótesis, los científicos también pueden generar un modelo, un intento de describir o representar el fenómeno en términos de una representación lógica, física o matemática y generar nuevas hipótesis que puedan ser probadas, basadas en fenómenos observables.
Al realizar experimentos para probar hipótesis, los científicos pueden tener una preferencia por un resultado sobre otro, por lo que es importante asegurarse de que la ciencia en su conjunto pueda eliminar este sesgo. Esto se puede lograr mediante un diseño experimental cuidadoso, transparencia y un proceso exhaustivo de revisión por pares de los resultados experimentales, así como de cualquier conclusión. Después de que se anuncian o publican los resultados de un experimento, es una práctica normal que los investigadores independientes verifiquen dos veces cómo se realizó la investigación y realicen un seguimiento realizando experimentos similares para determinar qué tan confiables podrían ser los resultados. Tomado en su totalidad, el método científico permite una resolución de problemas muy creativa al tiempo que minimiza cualquier efecto de sesgo subjetivo por parte de sus usuarios (especialmente el sesgo de confirmación).
Verificabilidad
John Ziman señala que la verificabilidad intersubjetiva es fundamental para la creación de todo conocimiento científico. Ziman muestra cómo los científicos pueden identificar patrones entre sí a lo largo de los siglos; él se refiere a esta habilidad como «consensibilidad perceptiva». Luego hace de la consensibilidad, que conduce al consenso, la piedra de toque del conocimiento confiable.
Papel de las matemáticas
Las matemáticas son esenciales en la formación de hipótesis, teorías y leyes en las ciencias naturales y sociales. Por ejemplo, se utiliza en modelos científicos cuantitativos, que pueden generar nuevas hipótesis y predicciones para ser probadas. También se utiliza mucho para observar y recopilar medidas. La estadística, una rama de las matemáticas, se utiliza para resumir y analizar datos, lo que permite a los científicos evaluar la confiabilidad y variabilidad de sus resultados experimentales.
La ciencia computacional aplica el poder de la computación para simular situaciones del mundo real, lo que permite una mejor comprensión de los problemas científicos de lo que las matemáticas formales por sí solas pueden lograr. El uso del aprendizaje automático (también inteligencia artificial) se está convirtiendo en una característica central de las contribuciones computacionales a la ciencia, por ejemplo, en la economía computacional basada en agentes, bosques aleatorios, modelado de temas y diversas formas de predicción. Según la Sociedad de Matemáticas Industriales y Aplicadas, la computación es ahora tan importante como la teoría y el experimento en el avance del conocimiento científico. Sin embargo, las máquinas por sí solas rara vez promueven el conocimiento, ya que requieren la guía humana y la capacidad de razonar; y pueden introducir prejuicios contra ciertos grupos sociales o, a veces, tener un desempeño inferior al de los humanos. Por lo tanto, el aprendizaje automático se usa a menudo en ciencia como predicción al servicio de la estimación.
Filosofía de la Ciencia
Los científicos generalmente dan por sentado un conjunto de supuestos básicos que son necesarios para justificar el método científico:
- (1) que existe una realidad objetiva compartida por todos los observadores racionales;
- (2) que esta realidad objetiva se rige por leyes naturales;
- (3) que estas leyes pueden descubrirse mediante la observación y la experimentación sistemáticas.
La filosofía de la ciencia busca una comprensión profunda de lo que significan estos supuestos subyacentes y si son válidos.
La creencia de que las teorías científicas deberían representar y representan la realidad metafísica se conoce como realismo. Puede contrastarse con el antirrealismo, la opinión de que el éxito de la ciencia no depende de que sea precisa sobre entidades inobservables como los electrones. Una forma de antirrealismo es el idealismo, la creencia de que la mente o la conciencia es la esencia más básica y que cada mente genera su propia realidad. En una visión idealista del mundo, lo que es verdad para una mente no tiene por qué ser verdad. para otras mentes.
Hay diferentes escuelas de pensamiento en filosofía de la ciencia. La posición más popular es el empirismo, que sostiene que el conocimiento es creado por un proceso que involucra la observación y que las teorías científicas son el resultado de generalizaciones de tales observaciones. El empirismo generalmente abarca el inductivismo, una posición que intenta explicar la forma en que las teorías generales pueden justificarse por el número finito de observaciones que los humanos pueden hacer y, por lo tanto, la cantidad finita de evidencia empírica disponible para confirmar las teorías científicas. Esto es necesario porque el número de predicciones que hacen esas teorías es infinito, lo que significa que no se pueden conocer a partir de la cantidad finita de evidencia utilizando únicamente la lógica deductiva. Existen muchas versiones del empirismo, siendo las predominantes el bayesianismo y el método hipotético-deductivo.
El empirismo ha contrastado con el racionalismo, la posición originalmente asociada con Descartes, que sostiene que el conocimiento es creado por el intelecto humano, no por la observación. El racionalismo crítico es un enfoque contrastante de la ciencia del siglo XX, definido por primera vez por el filósofo austriaco-británico Karl Popper. Popper rechazó la forma en que el empirismo describe la conexión entre teoría y observación. Afirmó que las teorías no se generan mediante la observación, sino que la observación se realiza a la luz de las teorías y que la única forma en que una teoría puede verse afectada por la observación es cuando entra en conflicto con ella. Popper propuso reemplazar la verificabilidad con falsabilidad como el hito de las teorías científicas y reemplazar la inducción con la falsificación como método empírico. Popper afirmó además que en realidad solo hay un método universal, no específico de la ciencia: el método negativo de crítica, ensayo y error. Abarca todos los productos de la mente humana, incluidas las ciencias, las matemáticas, la filosofía y el arte.
Otro enfoque, el instrumentalismo, enfatiza la utilidad de las teorías como instrumentos para explicar y predecir fenómenos. Considera las teorías científicas como cajas negras en las que solo su entrada (condiciones iniciales) y su salida (predicciones) son relevantes. Se afirma que las consecuencias, las entidades teóricas y la estructura lógica son algo que simplemente debería ignorarse y por lo que los científicos no deberían hacer un escándalo (ver interpretaciones de la mecánica cuántica). Cerca del instrumentalismo está el empirismo constructivo, según el cual el criterio principal para el éxito de una teoría científica es si lo que dice sobre las entidades observables es cierto.
Para Kuhn, la adición de epiciclos en la astronomía ptolemaica fue «ciencia normal» dentro de un paradigma, mientras que la revolución copernicana fue un cambio de paradigma.
Thomas Kuhn argumentó que el proceso de observación y evaluación tiene lugar dentro de un paradigma, un «retrato» lógicamente consistente del mundo que es consistente con las observaciones hechas desde su encuadre. Él caracterizó la ciencia normal como el proceso de observación y «resolución de acertijos» que tiene lugar dentro de un paradigma, mientras que la ciencia revolucionaria ocurre cuando un paradigma supera a otro en un cambio de paradigma. Cada paradigma tiene sus propias preguntas, objetivos e interpretaciones. La elección entre paradigmas implica poner dos o más «retratos» frente al mundo y decidir qué semejanza es más prometedora. Un cambio de paradigma ocurre cuando un número significativo de anomalías observacionales surgen en el antiguo paradigma y un nuevo paradigma les da sentido. Es decir, la elección de un nuevo paradigma se basa en observaciones, aunque esas observaciones se hacen en el contexto del antiguo paradigma. Para Kuhn, la aceptación o el rechazo de un paradigma es tanto un proceso social como un proceso lógico. La posición de Kuhn, sin embargo, no es de relativismo.
Finalmente, otro enfoque que se cita a menudo en los debates de escepticismo científico contra movimientos controvertidos como la «ciencia de la creación» es el naturalismo metodológico. Su punto principal es que debe hacerse una diferencia entre explicaciones naturales y sobrenaturales y que la ciencia debe restringirse metodológicamente a explicaciones naturales. Que la restricción sea meramente metodológica (en lugar de ontológica) significa que la ciencia no debe considerar lo sobrenatural. explicaciones en sí mismas, pero tampoco deben pretender que sean incorrectas. En cambio, las explicaciones sobrenaturales deberían dejarse como una cuestión de creencia personal fuera del alcance de la ciencia. El naturalismo metodológico sostiene que la ciencia adecuada requiere una estricta adhesión al estudio empírico y la verificación independiente como un proceso para desarrollar y evaluar adecuadamente las explicaciones de los fenómenos observables. Los partidarios del naturalismo metodológico suelen citar la ausencia de estos estándares, argumentos de autoridad, estudios observacionales sesgados y otras falacias comunes como características de la no ciencia que critican.
Certeza y ciencia
Una teoría científica es empírica y siempre está abierta a la falsificación si se presentan nuevas pruebas. Es decir, ninguna teoría se considera estrictamente cierta cuando la ciencia acepta el concepto de falibilismo. El filósofo de la ciencia Karl Popper distinguió tajantemente la verdad de la certeza. Escribió que el conocimiento científico «consiste en la búsqueda de la verdad», pero «no es la búsqueda de la certeza … Todo conocimiento humano es falible y, por lo tanto, incierto».
El nuevo conocimiento científico rara vez produce grandes cambios en nuestra comprensión. Según el psicólogo Keith Stanovich, puede ser el uso excesivo de palabras como «avance» por parte de los medios lo que lleva al público a imaginar que la ciencia está constantemente demostrando que todo lo que pensaba que era cierto es falso. Si bien hay casos tan famosos como la teoría de la relatividad que requirieron una reconceptualización completa, se trata de excepciones extremas. El conocimiento en ciencia se obtiene mediante una síntesis gradual de información de diferentes experimentos realizados por varios investigadores en diferentes ramas de la ciencia; es más un ascenso que un salto. Las teorías varían en la medida en que han sido probadas y verificadas, así como su aceptación en la comunidad científica. Por ejemplo, la teoría heliocéntrica, la teoría de la evolución, la teoría de la relatividad y la teoría de los gérmenes todavía llevan el nombre «teoría «aunque, en la práctica, se consideran fácticos. El filósofo Barry Stroud agrega que, aunque se cuestiona la mejor definición de «conocimiento», ser escéptico y considerar la posibilidad de que uno sea incorrecto es compatible con ser correcto. Por lo tanto, los científicos que se adhieran a los enfoques científicos adecuados dudarán de sí mismos incluso una vez que posean la verdad. El falibilista CS Peirce argumentó que la indagación es la lucha para resolver la duda real y que la duda meramente pendenciera, verbal o hiperbólica es infructuosa, pero también que el indagador debe tratar de alcanzar una duda genuina en lugar de descansar acríticamente en el sentido común. Sostuvo que las ciencias exitosas no confían en una sola cadena de inferencia (no más fuerte que su eslabón más débil) sino en el cable de múltiples y variados argumentos íntimamente conectados.
Stanovich también afirma que la ciencia evita buscar una «fórmula mágica»; evita la falacia de una sola causa. Esto significa que un científico no se preguntaría simplemente «Cuál es la causa de …», sino más bien «Cuáles son las causas más importantes de …». Este es especialmente el caso en los campos más macroscópicos de la ciencia (por ejemplo, psicología, cosmología física). La investigación a menudo analiza pocos factores a la vez, pero estos siempre se agregan a la larga lista de factores que es más importante considerar. Por ejemplo, conocer los detalles de la genética de una persona, o su historia y crianza, o la situación actual puede no explicar un comportamiento, pero una comprensión profunda de todas estas variables combinadas puede ser muy predictivo.
Literatura cientifica
La investigación científica se publica en una enorme variedad de publicaciones científicas. Las revistas científicas comunican y documentan los resultados de la investigación llevada a cabo en universidades y otras instituciones de investigación, sirviendo como un registro de archivo de la ciencia. Las primeras revistas científicas, Journal des Sçavans, seguida de Philosophical Transactions, comenzaron a publicarse en 1665. Desde entonces, el número total de publicaciones periódicas activas ha aumentado constantemente. En 1981, una estimación del número de revistas científicas y técnicas publicadas era de 11.500. La Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos actualmente indexa 5.516 revistas que contienen artículos sobre temas relacionados con las ciencias de la vida.
Aunque las revistas están en 39 idiomas, el 91 por ciento de los artículos indexados se publican en inglés.
La mayoría de las revistas científicas cubren un solo campo científico y publican la investigación dentro de ese campo; la investigación se expresa normalmente en forma de artículo científico. La ciencia se ha vuelto tan omnipresente en las sociedades modernas que generalmente se considera necesario comunicar los logros, las noticias y las ambiciones de los científicos a una población más amplia.
Las revistas científicas como New Scientist, Science & Vie y Scientific American satisfacen las necesidades de un público mucho más amplio y proporcionan un resumen no técnico de áreas populares de investigación, incluidos descubrimientos y avances notables en ciertos campos de investigación. Los libros de ciencia atraen el interés de mucha más gente. Tangencialmente, el género de ciencia ficción, principalmente de naturaleza fantástica, atrae la imaginación del público y transmite las ideas, si no los métodos, de la ciencia.
Los esfuerzos recientes para intensificar o desarrollar vínculos entre la ciencia y disciplinas no científicas como la literatura o, más específicamente, la poesía, incluyen el recurso Creative Writing Science desarrollado a través del Royal Literary Fund.
Impactos prácticos de la ciencia
Electricidad estática y magnetismo (c. 1600) Corriente eléctrica (siglo XVIII): Todos los aparatos eléctricos, dínamos, centrales eléctricas, electrónica moderna, incluida la iluminación eléctrica, la televisión, la calefacción eléctrica, la estimulación magnética transcraneal, la estimulación cerebral profunda, la cinta magnética, el altavoz, la brújula y el pararrayos.
Difracción (1665) Óptica, por lo tanto, cable de fibra óptica (década de 1840), comunicaciones intercontinentales modernas y televisión por cable e Internet.
Teoría de los gérmenes (1700) Higiene, que conduce a una menor transmisión de enfermedades infecciosas; anticuerpos, lo que lleva a técnicas para el diagnóstico de enfermedades y terapias dirigidas contra el cáncer.
Vacunación (1798) Conduce a la eliminación de la mayoría de las enfermedades infecciosas de los países desarrollados y a la erradicación mundial de la viruela.
Efecto fotovoltaico (1839) Células solares (1883), por lo tanto, energía solar, relojes, calculadoras y otros dispositivos que funcionan con energía solar.
La extraña órbita de Mercurio (1859) y otras investigaciones conduciendo a la relatividad especial (1905) y la relatividad general (1916) Tecnología basada en satélites como el GPS (1973), la navegación por satélite y las comunicaciones por satélite.
Ondas de radio (1887) La radio se había utilizado de innumerables formas más allá de sus áreas más conocidas de telefonía y transmisión de televisión (1927) y radio (1906) entretenimiento. Otros usos incluyeron: servicios de emergencia, radar (navegación y predicción del tiempo), medicina, astronomía, comunicaciones inalámbricas, geofísica y redes. Las ondas de radio también llevaron a los investigadores a frecuencias adyacentes, como las microondas, que se utilizan en todo el mundo para calentar y cocinar alimentos.
Radiactividad (1896) y antimateria (1932) Tratamiento del cáncer (1896), datación radiométrica (1905), reactores nucleares (1942) y armas (1945), exploración de minerales, tomografías por emisión de positrones (1961) e investigación médica (mediante marcaje isotópico).
Rayos X (1896) Imágenes médicas, incluida la tomografía computarizada.
Cristalografía y mecánica cuántica (1900) Dispositivos semiconductores (1906), de ahí la informática y las telecomunicaciones modernas, incluida la integración con dispositivos inalámbricos: el teléfono móvil, [l] lámparas LED y láseres.
Plásticos (1907) Comenzando con la baquelita, muchos tipos de polímeros artificiales para numerosas aplicaciones en la industria y la vida diaria.
Antibióticos (década de 1880, 1928) Salvarsan, penicilina, doxiciclina, etc.
Resonancia magnética nuclear (1930) Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (1946), resonancia magnética (1971), resonancia magnética funcional (1990).
Desafíos
Crisis de replicación:
La crisis de la replicación es una crisis metodológica en curso que afecta principalmente a partes de las ciencias sociales y de la vida en la que los académicos han descubierto que los resultados de muchos estudios científicos son difíciles o imposibles de replicar o reproducir en investigaciones posteriores, ya sea por investigadores independientes o por los investigadores originales. ellos mismos. La crisis tiene raíces de larga data; la frase se acuñó a principios de la década de 2010 como parte de una creciente conciencia del problema. La crisis de la replicación representa un importante cuerpo de investigación en metaciencia, cuyo objetivo es mejorar la calidad de toda la investigación científica al tiempo que se reduce el desperdicio.
Ciencia marginal, pseudociencia y ciencia basura:
Un área de estudio o especulación que se disfraza de ciencia en un intento de reclamar una legitimidad que de otro modo no podría lograr se denomina a veces pseudociencia, ciencia marginal o ciencia basura. El físico Richard Feynman acuñó el término » «cargo culto a la ciencia» para los casos en los que los investigadores creen que están haciendo ciencia porque sus actividades tienen la apariencia externa de la ciencia, pero en realidad carecen del «tipo de total honestidad» que permite que sus resultados sean evaluados rigurosamente. Varios tipos de publicidad comercial, que va desde la exageración hasta el fraude, puede pertenecer a estas categorías. La ciencia ha sido descrita como «la herramienta más importante» para separar las reclamaciones válidas de las inválidas.
También puede haber un elemento de sesgo político o ideológico en todos los lados de los debates científicos. A veces, la investigación puede caracterizarse como «mala ciencia», investigación que puede estar bien intencionada pero en realidad es una exposición de ideas científicas incorrecta, obsoleta, incompleta o simplificada. El término «mala conducta científica» se refiere a situaciones en las que los investigadores han tergiversado intencionalmente sus datos publicados o han dado deliberadamente el crédito por un descubrimiento a la persona equivocada.