miércoles, 20 de junio del 2018 Fecha
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Creando Modelos Científicos para saber

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en General    ~    Comentarios Comments (0)

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                      Federico el Grande decía de Leibniz que era “una academia entera por sí mismo”
Pero, acabemos de contar la historia, al menos el final de aquella disputa que, al parecer (de no muy buenas maneras) la “ganó” Newton haciendo uso de su enorme poder entre los que tenían que decidir sobre el tema. De modo que, triunfalmente, el comité condenó a Leibniz y otorgó el laurel  de “primer inventor” a Newton.
Un siglo y medio después del juicio de Leibniz, en 1852, el matemático Augusto de Morgan (1806-1871) probó que Leibniz no había recibido el incriminador documento (que sirvió de prueba acusadora), sino una copia de la cual se habían excluido los fragmentos importantes.
No siempre se hace justicia.

¿Cómo sabemos (si son ciertas) las cosas que pensamos que sabemos?

¿A qué se refieren los científicos cuando dicen que ellos “conocen” lo que hay dentro del un átomo, por ejemplo, o lo que pasó en los tres primeros minutos de vida del Universo?

Se refieren a que tienen lo que ellos denominan un modelo del átomo, o del universo temprano, o lo que sea en que ellos estén interesados, y que este modelo encaja con el resultado de sus experimentos, o sus observaciones del mundo. Este tipo de modelo científico no es una representación física de la cosa real, del mismo modo que un modelo de avión representa un avión de tamaño natural, sino que es una imagen mental que se describe mediante un grupo de ecuaciones matemáticas.

Los átomos y las moléculas que componen el aire que respiramos, por ejemplo, se pueden describir en términos de un modelo en el que imaginamos cada partícula como si fuera una pequeña esfera perfectamente elástica (una diminuta bola de billar), con todas las pequeñas esferas rebotando unas contra las otras y contra las paredes del recipiente.

Ésa es la imagen mental, pero es sólo la mitad del modelo; lo que lo hace un modelo científico es describir el modo como se mueven las esferas y rebotan unas contra otras mediante un grupo de leyes físicas, escritas en términos de ecuaciones matemáticas. En este caso, estas son esencialmente las leyes del movimiento descubiertas por Isaac Newton hacen más de 300 años.

Bianca Atwell y el átomo

         Mirando dentro del átomo

Utilizando estas leyes matemáticas es posible predecir, por ejemplo, qué le pasará a la presión ejercida por un gas si se aplasta hasta la mitad de su volumen inicial. Si hacemos el experimento, el resultado que se obtiene encaja con la predicción del Modelo (en este caso la presión se doblará), lo que lo convierte en un buen modelo.

Naturalmente, no deberíamos sorprendernos de que el modelo estándar de un gas que lo describe en términos de pequeñas bolas que rebotan unas contra otras de acuerdo con las leyes de Newton haga esta predicción en concreto correcta, porque los experimentos fueron hechos primero, y el modelo fue diseñado o construido, para hacer encajar los resultados de esos experimentos.

                             Tenemos modelos para mtodo

El siguiente paso en el proceso científico es utilizar el modelo que se ha desarrollado desde las medidas efectuadas en un grupo de experimentos para hacer predicciones (predicciones precisas, matemáticas) sobre lo que le pasará al mismo sistema cuando se hacen experimentos diferentes. Si el modelo hacer predicciones “correctas” bajo nuevas circunstancias, demuestra que es un buen modelo; si fracasa al hacer las predicciones correctas, no se puede descartas completamente, porque todavía nos dice algo útil sobre los primeros experimentos; pero en el mejor de los casos tiene una aplicabilidad limitada.

De hecho, todos los modelos científicos tienen aplicabilidad limitada. Ninguno de ellos es “la verdad”. El modelo de un átomo como una pequeña esfera perfectamente elástica funciona bien en cálculos de cambio de presión de un gas bajo circunstancias diferentes, pero si queremos describir el modo en que el átomo emite o absorbe luz, necesitamos un modelo de átomo que al menos tenga dos componentes, un núcleo central diminuto (que se puede considerar él mismo como una pequeña esfera perfectamente elástica para determinados fines) rodeado por una nube de electrones.

         Las cosas que creemos saber… ¡No siempre son ciertas!

Los modelos científicos son representaciones de la realidad, no la realidad en sí misma, y no importa lo bien que funcionen o lo precisas que sean sus predicciones bajo circunstancias apropiadas, siempre se considerarán aproximaciones y ayudas a la imaginación, más que la verdad absoluta. Cuando un científico afirma, por ejemplo, que el núcleo de un átomo está compuesto por partículas denominadas protones y neutrones (nucleones) lo que en realidad debería decir es que el núcleo de un átomo se comporta, bajo determinadas circunstancias, como si estuviera formado de protones y neutrones. Los mejores científicos toman el “como si” como se lee, pero entienden que sus modelos son, efectivamente, sólo modelos; científicos menores a menudo olvidan esta diferencia crucial.

Los científicos menos y muchos no-científicos, tienen otra idea equivocada. A menudo piensan que el papel de los científicos hoy en día es llevar a cabo experimentos que probarán la exactitud de un modelo con una precisión cada vez mayor -hacia posiciones con más y más decimales- ¡En absoluto! La razón para llevar a cabo experimentos que demuestren predicciones previas no comprobadas es descubrir (como decía Feynman) donde fallan los modelos.

Encontrar defectos en sus modelos es la esperanza abrigada por los mejores científicos, porque esos defectos -cosas que los modelos no pueden predecir o explicar en detalle- destacarán los lugares donde necesitamos una nueva comprensión, con modelos mejores, para progresar…

El arquetipo ejemplo de esto es la Gravedad. La ley de la gravedad de Newton se consideró la pieza clave de la física durante más de doscientos años, desde la década de 1680 hasta comienzos del siglo XX. Pero había unas pocas, aparentemente insignificantes, cosas que el modelo newtoniano no podía explicar (o predecir), referente a la órbita del planeta Mercurio y al modo como la luz se curva cuando pasa cerca del Sol.

Imagen relacionada

El modelo de la Gravedad de Einstein, basado en su teoría general de la relatividad, explica lo mismo que el modelo de Newton, pero también explica los detalles sutiles de órbitas planetarias y curvatura de la luz. En ese sentido, es un modelo mejor y más completo que el anterior, y hace predicciones correctas (en particular, sobre el Universo en general) que el viejo modelo no hace. Pero el modelo de Newton todavía es todo lo que se necesita si se está calculando el vuelo de una sonda espacial desde la Tierra hasta la Luna. Se podrían hacer los mismos cálculos empleando la relatividad general, pero sería más tedioso por su complejidad y daría la misma respuesta, así que, en muchos casos donde no existe la complejidad, se utiliza el modelo más sencillo de Newton.

Así que, amigos, los modelos (todos los modelos) han sido y serán buenos en su momento y, también, como ocurrió con el de la Gravedad, vendrán otros nuevos que los superarán y servirán mejor y de manera más profunda en el conocimiento de las cosas que traten, llegando así un poco más lejos en nuestros conocimientos sobre la Naturaleza, ya que, a medida que observamos el Universo, nuestras mentes se abren al saber del mundo que nos rodea y cada vez, podemos comprender mejor lo que realmente ocurre en él.

Nuestras percepciones del Universo son, la mayoría de las veces, equivocadas, y nos formamos una idea de lo que allí está o de lo que allí ocurre que, en la realidad, es otra muy diferente. Y, eso, es así debido a que nuestros conocimientos son muy limitados sobre las cosas, y, está aconsejado por ideas preconcebidas que, muchas veces, entorpece la comprensión de esa realidad que incansables buscamos.

Cuando se consiguen describir de manera exitosa las cosas que ocurren en la Naturaleza, como es el caso de la Relatividad, tanto especial como General, a los físicos, les encanta definirlos como “modelo estándar”. El modelo de los gases de las bolas de billar (que también es conocido como teoría cinética, ya que trata de partículas en movimiento) es un modelo estándar. Pero cuando los físicos hablan de “el modelo estándar”, se están refiriendo a uno de los grandes triunfos de la ciencia del siglo XX.

Gravedad y Mecánica cuántica son los dos moldelos prevalentes hoy en la física del mundo, de la Naturaleza, del Universo. Ahí están las explicaciones que de la materia, del espacio tiempo y de las fuerzas universales y las constantes podemos dar y, estamos tratando de abrir camino a nuevas teorías y modelos que nos lleven más alla pero, necesitamos saber matemáticas que no se inventaron aún y también, disponer de energías imposibles, ya que, la energía de Planck de 1019 GeV necesaria para llegar hasta las cuerdas… ¡es sólo un suelo del futuro lejano!

                                                                 Mirando dentro del átomos

Así ocurre con los modelos que describen la Mecánica Cuántica y la Relatividad, son Modelos Hitos en la Historia de la Ciencia de la Humanidad. Ambos modelos han sido explicado aquí, en mis comentarios muchas veces y, además, no es este el motivo del presente trabajo que, se circunscribe a explicar lo que es un modelo científico y como funciona, al mismo tiempo de cómo se valora su validez que, en realidad, nunca será definitiva, que es lo que ocurre con nuestros conocimientos.

Así que, dicho todo lo anterior, podemos llegar a una conclusión que estaría bien y nos acercaría a la realidad: Lo que sabemos es lo que creemos saber del mundo que nos rodea, y, no es, de ninguna manera, lo que deberíamos saber si nos estamos refiriendo a la realidad de lo que es el Universo y de lo que su Naturaleza finalmente significa y nos quiere decir, para llegar a ese final de comprensión, se necesitarán muchos modelos que se irán desechando por otros que vendrán, y, de esa manera, la Humanidad se acercará a esa realidad que tanto persigue.

emilio silvera

Seguimos buscando la Vida en otros mundos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Vida    ~    Comentarios Comments (0)

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 Reportaje en el Diario “El Español”

Vida extraterrestre

 

Las seis veces que se creyó definitivamente haber encontrado vida extraterrestre

 

Señales del espacio, posibles fósiles en meteoritos y experimentos dudosos: ésta es la historia de las ocasiones en las que casi hemos llegado a descubrir que no estamos solos.

 

Decorado del musical 'La guerra de los mundos'                                               Decorado del musical ‘La guerra de los mundos’ 

Javier Yanes @Yanes68
 
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Resultado de imagen de La estrella  KIC 8462852

 

 

La estrella KIC 8462852 tiene nuevamente desconcertada a la comunidad científica, ha pasado un año y siguen sin encontrar respuesta al extraño comportamiento de este cuerpo celeste, los extraños efectos que produce, parecen indicar que tiene una gigantesca estructura extraterrestre dedicada a cosechar la energía de ese sol, quizás, para alimentar las necesidades de una súper-civilización que posiblemente haya construido una inmensa esfera tecnológica de Dyson entorno a ese astro.

 

Una estrella a unos 1.500 años luz de la Tierra y bautizada con el abstruso nombre de KIC 8462852 mantiene a los astrónomos rascándose la cabeza desde algo más de un año. La enorme variación en su brillo es algo nunca visto, lo que llevó a sugerir la posibilidad de que sus vecinos alienígenas hubieran construido una colosal estructura de ingeniería a su alrededor. Ahora, una nueva hipótesis parece desinflar la teoría alienígena, atribuyendo los cambios en el resplandor a los restos de un planeta que fue devorado por la estrella hace unos 10.000 años. Si se confirma esta explicación, sería una más de las ocasiones en que casi hemos llegado a descubrir vida extraterrestre, pero no. Repasamos algunas de ellas.

Fogonazos en Marte (1894)

 

 

FOGONAZOS EN MARTE

 

Tal vez la primera falsa alarma de vida alienígena en la historia de la ciencia moderna tuvo lugar el 2 de agosto de 1894. Aquel día, un breve artículo publicado en la revista Nature bajo el título Una extraña luz en Marte describía unos extraños resplandores marcianos en el límite entre las zonas de luz y oscuridad, observados por el astrónomo francés Stéphane Javelle. El artículo casi daba por supuesta la existencia de marcianos, sugiriendo que estaban “haciéndonos señales”.

Aquel misterio tuvo una corta vida. En la revista Publications of the Astronomical Society of the Pacific, el astrónomo Edward S. Holden, del Observatorio Lick de California (EEUU), se apresuraba a aclarar que aquella anomalía era simplemente el brillo de regiones más luminosas o de elevaciones del terreno que se extendían hacia la zona de sombra adyacente.

Pero para entonces, el artículo había llegado a manos de un hombre de fértil imaginación en cuya mente germinó una idea. Y así, aquella falsa alarma fue el origen de los marcianos más famosos de la ciencia ficción: cuatro años después, el biólogo y escritor británico Herbert George Wells publicaba La guerra de los mundos. En la novela, las luces de Javelle eran las explosiones del cañón que lanzaba las naves marcianas a la conquista de la Tierra.

La primera señal SETI (1960)

 

 

The Green Bank radio telescope in West Virginia may pull in an alien signal. (Jiuguang Wang)

 

“FUERTE” señal detectada de estrella similar al sol esta siendo verificada por el SETI (decía la noticia por aquel tiempo).

 

En los años 50 del siglo pasado, algunos científicos comenzaron a darle vueltas a la idea de que tal vez los alienígenas estaban enviándonos señales a través del cosmos, pero no escuchábamos. Había que hacerlo: el 8 de abril de 1960, el astrónomo Frank Drake saltó de su cama a las 3 de una fría y brumosa mañana para trepar al entonces nuevo radiotelescopio Howard Tatel, situado en un rincón remoto de Virginia Occidental (EEUU).

En el centro de control de aquella instalación, el Observatorio Nacional de Radioastronomía de Green Bank, comenzó entonces lo que luego se designaría Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (en inglés, SETI), la escucha de posibles señales de radio enviadas desde lugares lejanos del cosmos. Y aquel primer día, Drake y sus colaboradores creyeron haber dado con la primera en la frente. Al dirigir la antena hacia la estrella Epsilon Eridani, “¡wham!”, recordaba Drake en un artículo publicado 19 años después. “De repente, el registrador empezó a salirse de escala. Escuchamos explosiones de ruido que salían del altavoz ocho veces por segundo”.

Resultado de imagen de La primera señal SETI (1960)

“¿Podría ser tan fácil?”, se preguntaba Drake. Pero no lo fue: finalmente aquella pista pionera tenía un origen mucho más cercano. Después de diez días de emoción, los astrónomos sacaron una pequeña antena de cuerno por la ventana y detectaron aquella misma señal. Provenía de una aeronave a gran altura, probablemente un avión espía estadounidense U-2 cuya existencia sólo se conocería al mes siguiente.

Un pulso sospechoso (1968)

La norirlandesa Jocelyn Bell Burnell sólo pretendía escribir una tesis doctoral en radioastronomía, un campo científico que en los años 60 del siglo pasado prometía revelaciones inéditas a la ciencia. Pero cuando su rudimentario telescopio de la Universidad de Cambridge comenzó a operar en 1967, apareció algo inesperado: una señal que pulsaba con un ritmo periódico de algo más de un segundo.

El supervisor de Bell Burnell, Antony Hewish, pretendía estudiar los cuásares, un tipo de objeto astronómico descubierto pocos años antes y que en un principio se había tomado por una señal alienígena. Aquella anécdota debió hacer sospechar a Bell Burnell y Hewish; pero lo cierto es que, descartada la posibilidad de interferencias terrestres, ambos científicos empezaron a considerar seriamente que habían descubierto una radiobaliza alienígena.

Bell Burnell y Hewish publicaron sus observaciones en 1968 en la revista Nature. Y aunque por entonces aún no estaba muy clara la naturaleza de la fuente, su origen resultó ser 100% natural. Lo que ambos investigadores habían bautizado casi en broma como LGM-1 (de Little Green Men, Hombrecitos Verdes) era en realidad una estrella de neutrones, el primer púlsar, llamado entonces CP 1919 y después rebautizado como PSR B1919+21.

La señal Wow! (1977)

 

 

 

 

 

Si hay una señal del espacio que hasta ahora se ha resistido a las explicaciones naturales, es la conocida como señal Wow!, de la que el próximo 15 de agosto se cumplirán 40 años. Se recogió en un radiotelescopio que ya no existe, el Big Ear de la Universidad Estatal de Ohio (EEUU). En una época de intenso furor por los proyectos SETI, el astrónomo Jerry R. Ehman dedicaba parte del tiempo libre que le dejaba su trabajo científico a repasar las escuchas del Big Ear en busca de un indicio de vida ahí fuera.

Al revisar los registros del 15 de agosto encontró algo anómalo, una señal que se elevaba 30 veces sobre el ruido de fondo y que duró 72 segundos, el intervalo que el telescopio podía escuchar una fuente concreta. Emocionado por el hallazgo, Ehman marcó la señal en el registro de la impresora y junto a ella escribió “Wow!“. Pero la señal nunca pudo recuperarse: todos los intentos de volver a localizarla han fracasado.

Un origen terrestre estaba casi descartado, y la señal tampoco encaja fácilmente con ningún fenómeno natural conocido. En 2016, dos investigadores propusieron que la señal podría corresponder a una pareja de cometas que aún no se conocían en 1977, pero la explicación no convence a todos. Por su parte, Ehman sigue sosteniendo que la hipótesis alienígena es la más probable. Cuarenta años después, la señal Wow! aún es un misterio sin resolver.

El misterio de las Viking (1976)

 

 

Foto publicada en el grupo de Facebook 'Journay to the Surface of Mars' el sábado.

 

Como en el caso de la señal captada por Frank Drake, el caso de las Viking fue también de la primera en la frente. El 20 de julio de 1976, la misión de la NASA Viking 1 lograba por fin conquistar el suelo marciano con una sonda plenamente operativa, seguida por la Viking 2 el 3 de septiembre. Aquellos aparatos gemelos han sido hasta ahora los únicos enviados a Marte con el propósito expreso de buscar vida. Y en su día pareció que la habían encontrado.

Las dos sondas estaban equipadas con cuatro experimentos biológicos. Uno de ellos, llamado Labeled Release (LR), añadía nutrientes a muestras de suelo para medir una posible liberación de CO2, un producto de desecho del metabolismo celular. Y el resultado fue positivo. Aunque los datos se publicaron con extrema cautela, sembraron una esperanza en la comunidad científica sobre la posible existencia de microbios en Marte. Sin embargo, otros experimentos de las Viking no corroboraron aquel resultado, para el que tampoco se ha aportado una interpretación que satisfaga a todos. Hoy la cuestión sigue abierta.

Marcianos en un meteorito (1996)

 

 

 

 

 

El 7 de agosto de 1996, el entonces presidente de EEUU Bill Clinton compareció ante los periodistas en los jardines de la Casa Blanca por un motivo sin precedentes, que tampoco ha vuelto a repetirse desde entonces: anunciar que posiblemente la NASA había encontrado fósiles de microbios en un meteorito marciano que llegó a la Tierra hace unos 13.000 años.

ALH84001.jpg

La roca, llamada Allan Hills (ALH) 84001, había sido descubierta en 1984 en la Antártida. Su análisis reveló unas peculiares estructuras que se describían como posibles “restos fósiles de una pasada biota [vida] marciana”. “Si este descubrimiento se confirma, será seguramente uno de los más increíbles hallazgos de nuestro universo que la ciencia haya revelado jamás”, declaró Clinton.

Nunca se confirmó; al contrario, muchos expertos se mostraron escépticos, sugiriendo que las formaciones presentes en la roca podían explicarse sin la intervención de microbios. Hoy no se ha llegado a una conclusión aceptada por todos. Al menos, un extracto del vídeo de la conferencia de Clinton sirvió para ilustrar un contacto alienígena ficticio en la película de 1997 Contact, previa sustitución del decorado de fondo de los jardines por la sala de prensa de la Casa Blanca. En la ficción los hemos encontrado muchas veces. Pero la realidad sigue resistiéndose a imitarla.