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domingo, 11 de septiembre de 2011

El método científico (IV)

Pero... ¿En qué consiste exactamente el método científico? ¿Sirve para extraer conclusiones sobre cualquier tema? ¿Es infalible? Bueno... Vayamos por pasos.

He mencionado en mi segundo post de esta serie, El método científico (II), que cualquier afirmación científica ha de basarse sobre dos principios fundamentales: la reproducibilidad y la falsabilidad. Cualquier experimento científico ha de poder ser reproducido las veces que haga falta. Una verdad científica no puede basarse en observaciones realizadas por una sola persona, sino que cualquiera ha de poder reproducir dichas observaciones. Por otro lado, las teorías científicas no son verdades absolutas. Cualquier teoría se ha de poder negar en caso de que la experiencia demuestre que sus predicciones no se ajustan a la realidad.

Anteriormente, ya he mencionado la Teoría Cuántica. Es un ejemplo perfecto para ilustrar el principio de falsabilidad. A finales del siglo XIX, la comunidad científica estaba más o menos convencida de que la Física estaba prácticamente cerrada.

© Ole Jørgen Bratland & Gisele Jaquenod - Old physics book.

Es bastante conocida la anécdota de que, cuando Max Planck terminó su graduación a los 16 años dudaba sobre qué estudios universitarios iniciar. Tenía talento para la música, era bastante bueno con la filología clásica y le atraía la Física. Así que consultó con el profesor de Física de la Universidad de Munich, Philipp von Jolly sobre la posibilidad de estudiar esa disciplina. La respuesta de Jolly fue que en Física estaba prácticamente todo descubierto y que sólo quedaban unos pocos huecos que rellenar. Esa opinión no era exclusiva, en absoluto, de Jolly, sino que era la opinión mayoritaria de la comunidad científica de su época.

Por suerte, Planck se veía fuertemente atraído por el estudio de la Física y no hizo caso de la advertencia de su futuro profesor. Inició su carrera como alumno de Jolly, pero en 1877 pasó a estudiar en la Universidad Friedrich-Willhems de Berlín, teniendo como profesores a Hermann von Helmholtz y a Gustav Kirchhoff, otros dos eminentes físicos de su época.

Tal y como le había advertido Jolly, en el campo de la Física todo parecía estar ya estudiado y resuelto. Sólo quedaban unos pocos fenómenos que no se ajustaban a las predicciones teóricas y que desafiaban el orden establecido. Primero, existía el problema planteado por el experimento de Michelson y Morley, que parecía poner en entredicho la existencia del éter, un supuesto fluido que debía llenar el vacío del espacio y en cuyo seno se deberían transmitir las ondas electromagnéticas (como la luz, por ejemplo). Tampoco se entendían dos fenómenos experimentales que no encajaban con la teoría clásica: el movimiento browniano y el efecto fotoeléctrico. Habían otros flecos que avisaban de que aún quedaban sorpresas por descubrir. Pero uno de los más importantes era la controvertida radiación del cuerpo negro.

El concepto de cuerpo negro había sido introducido por Kirchhoff: un cuerpo negro es un objeto hipotético que absorve todas las radiaciones que inciden sobre él, sin reflejar o ser transparente a ninguna de ellas. Todos los cuerpos emiten radiación en función de su temperatura. Así que el cuerpo negro lo hacía también. Pero el problema que presentaba la radiación que emitía un cuerpo negro es que seguía un patrón completamente anómalo.

Planck tuvo que enfrentarse a lo que se conocía en su tiempo como la catástrofe del ultravioleta. Según la Física clásica, conforme aumentaba la temperatura del cuerpo negro, la energía de la radiación emitida por éste debía tender al infinito para valores muy pequeños de la longitud de onda de la radiación. La zona del ultravioleta, con longitudes de onda muy pequeñas, debía generar, por tanto, energías enormes. Pero, tanto experimentalmente como por pura lógica, este comportamiento del modelo teórico no se daba en la realidad. Al llegar a la zona del ultravioleta, la energía emitida se hace muy pequeña... ¿Por qué fallaba en ese punto la teoría clásica?

© Ole Jørgen Bratland & Gisele Jaquenod - Studying 1.

Ahí intervino la genialidad de Planck. Si en los cálculos matemáticos se sustituía una integral (suma infinita de términos infinitamente pequeños) por una suma discreta, el problema desaparecía y el resultado obtenido concordaba de forma extraordinariamente exacta con los valores experimentales. Pero esa operación matemática implicaba que la energía, concebida por la Física clásica como una magnitud contínua (de ahí el uso de integrales para su cálculo), tenía que ser considerada como una magnitud no contínua, formada por pequeños paquetes indivisibles de energía, los quantum o cuantos.

De esta forma, el intento de explicar el porqué de un fenómeno físico (el comportamiento de la radiación del cuerpo negro en la zona del ultravioleta) modificando una ecuación matemática para que diese una solución acorde con la realidad, conducía a introducir una revolución conceptual que atacaba las mismas bases de las teorías que se suponían correctas desde hacía 200 años atrás. La Física no fué la misma tras la revolución de Planck.

Una teoría que funcionaba razonablemente bien (la mecánica clásica, o de Newton) se revelaba como insuficiente para explicar un nuevo fenómeno. Ésto suponía la adopción de una nueva teoría (la mecánica cuántica), desplazando la anterior y permitiendo el avance de nuestro conocimiento del mundo que nos rodea.

¡Ah! Se me olvidaba comentar que a Max Planck no lo quemaron en ninguna hoguera. Recibió el Premio Nobel de Física en 1918.


© 2011 - Pitufox27.
© Imágenes: Ole Jørgen Bratland & Gisele Jaquenod (publicadas en Stock.XCHNG).

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