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CAPITULO 4

CAPITULO 3

VERIFICANDO HIPOTESIS

En el siglo II A.C. el filósofo griego Demócrito, propuso que si se dividía la

materia, una y otra vez partiéndola en pedazos más y más pequeños, se llegaría a obtener

partículas tan pequeñas que ya no podían subdividirse mas, esas serían los constituyentes

mas fundamentales de la materia, serían indivisibles (átomos en griego) y propuso que la

materia estaba compuesta en última instancia de átomos. Esta era un de las hipótesis mas

viejas de la ciencia, y a finales del siglo XIX esta hipótesis todavía estaba vigente. En

esta época los científicos empezaron a experimentar con frascos en los cuales se hacían

vacíos muy grandes, en los que colocaban placas metálicas y alambres a las que

calentaban al rojo vivo mediante corrientes eléctricas muy intensas, como hoy se hace en

los cinescopios de televisión, placas y alambres a las que llamaban cátodos, y observaban

la aparición de “rayos” a los que se llamó rayos catódicos.

En 1896 el Físico

inglés J. J. Thomson

diseñó un experimento

para ver en que

consistían los rayos

catódicos, Thomson

agregó dos placas

metálicas extras a las

que se les podía poner carga positiva o negativa, de manera que los rayos catódicos

Fuente decorriente eléctrica

Alambre encendido “al rojo vivo” o cátodo

“Rayos” catódicos

+ + + ++

- - - - - - -

Placa con carga positiva

Placa con carga negativa

Pantalla

Los rayos catódico se desvianhacia la placa positivaExperimento de Thomson

Figura 4.1

Verificando hipótesis Capítulo 4 Aníbal Rodríguez Gómez

pasaran en medio de ellas. Thomson observó que los rayos se desviaban alejándose de la

placa con carga negativa y acercándose a la placa con carga positiva, y si no había carga

en las placas los rayos no se desviaban.

Una posibilidad era que los rayos observados por Thomson eran átomos que el

cátodo emitía al calentarse al rojo, sin embargo esta hipótesis no tuvo validez, pues de

haber sido así, el alambre que emitía los rayos se habría desintegrado rápidamente al

perder muchos átomos y eso no sucedía. La conclusión fue que de los átomos del cátodo

se desprendían partículas con carga negativa, que deberían ser pequeñísimas pues no se

apreciaba desgaste alguno del cátodo, y esas partículas eran las que constituían los rayos

misteriosos y tenían que ser “pedazos” de átomos.

Con este experimento Thomson mostró la falsedad (falsificó) de una de las hipó-

tesis más antiguas de la ciencia, que databa de la era de los griegos, la idea de que el

átomo es indivisible. Thomson demostró que los átomos estaban hechos de partículas

muy pequeñas llamadas hoy electrones, así como materia con carga positiva, y que por

supuesto no es indivisible.

Experimentación El trabajo de Thomson que se llevó a cabo controlando el

fenómeno a voluntad del investigador dentro de ciertos límites, y es un ejemplo de lo que

es la experimentación.

La experimentación es una observación que reproduce cuidadosamente un

fenómeno a voluntad del investigador, controlando y midiendo los factores que se piensa

son los únicos que influyen en el fenómeno.

Las hipótesis se verifican mediante experimentos, y observaciones cuidadosas

cuando no se puede experimentar. A veces la verificación es directa y a veces es

indirecta. A veces una hipótesis se verifica accidentalmente. El experimento y la

observación son parámetros que nos indican la validez de las hipótesis.

Inferencia y experimento. El experimento de Thomson no permite ver

directamente a los electrones, lo que observó eran puntos en una pantalla que estaban

donde nuestro conocimiento de las leyes de la Física indican que deben estar partículas

muy ligeras con cargas negativas, que se desprenden del filamento al rojo vivo, porque se

desvían hacia la carga positiva de la placa que cargamos positivamente, y son rechazados

de la placa con carga negativa, y observamos que cuando dichas placas no se cargan los

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Aníbal Rodríguez Gómez Capítulo 4 Verificando hipótesis

rayos no se desvían. De hecho nadie ha podido ver un electrón, hemos inducido su

existencia a partir de experimentos como el de Thomson, y porque nuestros aparatos

electrónicos funcionan suponiendo que los electrones existen. Este proceso que consiste

en deducir la existencia de algo, que no podemos ver directamente, a partir de

fenómenos que si podemos detectar se llama inferencia. Muchos de los conocimientos de

la ciencia se han obtenido de manera indirecta mediante la inferencia,

Observación e Hipótesis Los Astrónomos tiene un problema muy particular, no

pueden experimentar manipulando galaxias, estrellas, planetas lunas o asteroides. Así que

para probar sus hipótesis deben de recurrir a observaciones sumamente meticulosas de la

luz y las ondas de radio, rayos X y otro tipo de radiación que emiten dichos objetos, y

apoyarse en experimentos de Físicos, Químicos y Biólogos realizados en la Tierra. Sin

embargo las técnicas de observación contemporánea son tan poderosas que a permitido a

los Astrónomos averiguar la composición de las estrellas, sus distancias a la Tierra e

inclusive verificar la existencia de planetas alrededor de otras estrellas, así como observar

objetos tan extraordinarios y extraños como los hoyos negros. La observación

contemporánea proporciona resultados equivalentes a la experimentación. Los

Astrónomos observan y comparan lo que ven en el Universo con resultados

experimentales obtenidos en la Tierra. Ambas técnicas les permiten verificar hipótesis y

descubrir regularidades en la naturaleza del espacio y el Universo.

Leyes Naturales

Una hipótesis que ha sido verificada una y otra vez, y permite predecir fenómenos

adecuadamente se considera ley natural. “Una ley natural, describe algo que sucede en la

naturaleza siempre que ciertas condiciones se repiten”.

Las leyes son la expresión concreta de las regularidades de la naturaleza que ha

descubierto el hombre. Una ley muy sencilla es si se comprime un gas a temperatura

constante la presión que ese gas ejerce aumenta. Esto es muy fácil de comprobar, basta

tomar un globo de gas, oprimirlo y de inmediato sentimos en las manos el incremento en

la presión. Las leyes relacionan causas con efectos. En la ley que se acaba de enunciar, la

causa es la compresión del gas y el efecto es el aumento de la presión. Pero las cosas no

terminan ahí, hay ciertas condiciones, una de ellas es que la temperatura sea constante.

Esta es una condición que debe de cumplirse forzosamente para que el enunciado anterior

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sea verdadero. En general la validez de las leyes depende de ciertas condiciones que

rodean al sistema en el que se observa la ocurrencia de los fenómenos. Por ejemplo, la

ley de Galileo que describe la caída libre de los cuerpos sólo es estrictamente válida si no

afecta al proceso la resistencia del aire, por ello a menudo en los libros de texto se nos

dice que: en ausencia de resistencia del aire, todos los cuerpos caen con la misma

aceleración. La restricción es que no haya resistencia del aire. Las leyes de la naturaleza

son estrictamente válidas solo si se cumplen ciertas condiciones o restricciones. Si no se

cumplen dichas condiciones la ley no se verifica en toda su extensión, y solo se cumple

parcialmente o no se cumple.

La Formulación de Leyes. No hay recetas infalibles para formular leyes. La

historia de la ciencia está llena de casos en los cuales algunos investigadores, han tenido

frente a si los hechos experimentales y no reconocieron la existencia de leyes naturales.

En los libros de Física contemporáneos leemos la descripción de un experimento

realizado por los científicos norteamericanos Michelson y Morley, como argumento para

discutir la teoría de la relatividad especial de Einstein. Sin embargo cuando Michelson y

Morley llevaron a cabo su experimento no supieron que hacer con los resultados, y

Einstein no empleo los resultados de Michelson y Morley para formular la relatividad.

Desde que se inicio la ciencia moderna, muchos naturalistas observaron las

mutaciones de los seres vivos. Los jardineros sabían que si sembraban un gran campo de

flores de digamos color rojo empleando semillas idénticas y del mismo origen, siempre

aparecía alguna flor de otro color. No fue sino hasta el siglo XX en que el botánico Hugo

de Vries se dio cuenta que había una ley natural responsable de la aparición de

mutaciones. Los fabricantes de cañones y otras armas habían observado durante muchos

años, que al barrenar cilindros de hierro para fabricar cañones, se generaban cantidades

enormes de calor, pero hubo que esperar hasta mediados del siglo XIX para darse cuenta

que el calor es energía. Los resultados experimentales por si mismos, no son suficientes

para establecer una ley. No hay recetas para formular una ley pero si pueden señalarse

ciertas condiciones necesarias para ello.

• Los factores más importantes en la formulación de una ley son los conocimientos

acumulados por el investigador, su intuición y su imaginación. Galileo, Newton,

Darwin, Lavoisier, Pasteur, Einstein y todos los grandes investigadores de los que nos

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habla la historia de la ciencia, partieron del conocimiento exhaustivo de los principios

fundamentales de la ciencia de su tiempo.

• Es sumamente importante la observación inteligente de los fenómenos. Las

observaciones proporcionan los elementos que necesita el investigador, para darse

cuenta que existe el fenómeno y para discriminar los factores importantes y los

indicios necesarios para la formulación de hipótesis. Por ejemplo Henry Cavendish

realizó las mejores pruebas experimentales que revelaron la composición del Agua,

pero la interpretación correcta fue dada por Lavoisier. Lavoisier tenía una mentalidad

impregnada con ideas nuevas para su época

Es fundamental verificar las hipótesis una y otra vez, diseñando y llevando a cabo

los experimentos y observaciones adecuadamente, lo que lleva a reformular la

hipótesis o a considerar hipótesis alternas. Finalmente la hipótesis triunfante, o sea

aquella que ha resistido las verificaciones experimentales, es la que se reconoce por

la comunidad científica como ley.

Realmente nunca se deja de verificar a las ideas científicas, siempre están a prueba.

Hoy día seguimos verificando mediante aplicaciones, en los laboratorios escolares, y en

los mas avanzados del mundo todas, virtualmente todas las leyes que hemos descubierto.

Predicción científica Todos los días podemos ver en las noticias de la radio y la

televisión las predicciónes “del tiempo”. Todos los países tiene servicios meteorológicos

e instrumentos distribuidos en localidades como universidades, puestos militares, puertos

etc., que recogen información acerca de temperatura, presión atmosférica, velocidad de

los vientos, medidas de humedad, y que, conjuntados con fotos y medidas tomadas desde

satélites alrededor de la Tierra, que les permiten utilizar las leyes de la naturaleza, para

predecir si lloverá o no con una exactitud asombrosa. El pronóstico contemporáneo del

tiempo es un ejemplo de la predicción científica, o sea el empleo de leyes naturales en

forma racional, para predecir hechos y fenómenos naturales.

Las televisiones son aparatos que se derivan del experimento de Thomson, y

funcionan porque podemos predecir con toda precisión a donde llegan los electrones en

una pantalla. Es decir las leyes naturales nos permiten efectuar predicciones, acerca de

cómo ocurrirán fenómenos naturales. Si esas predicciones ocurren, tal y como lo soportan

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las leyes naturales, podemos decir que las leyes naturales que empleamos en realizarlas se

verifican

Inducción, Deducción y Ley Natural. A menudo las leyes se obtienen a partir de

unos cuantos casos plenamente verificados, comprobados experimentalmente y

seleccionados cuidadosamente. Newton por ejemplo, conocía los resultados de Galileo

acerca de la caída de los cuerpos, los descubrimientos de Kepler acerca del movimiento

de los planetas, y sus propias observaciones acerca de la caída de cuerpos como las

manzanas desde las ramas de los árboles. Puede pensarse que eran y los son, muchos

elementos, pero en comparación con la inmensidad del Universo, Newton solo tenia a la

mano un número muy limitado de evidencias. Relata uno de sus amigos, que Newton

estaba descansando en su finca una tarde en estado meditativo, y después de ver caer a las

manzanas que cortaban los trabajadores, pensó que el mismo tipo de fuerza responsable

de la caída de cuerpos como las manzanas hacia la Tierra, debería ser responsable

también de mantener a la Luna en órbita alrededor de la Tierra y la Tierra en órbita

alrededor del Sol. Newton postuló la ley de Gravitación Universal suponiendo que las

leyes que rigen a los fenómenos físicos que se observan en la Tierra son válidas en

cualquier parte del Universo, desde la Tierra hasta la Galaxia más lejana, aunque Newton

no podía experimentar en la Luna, y ni siquiera salió de Inglaterra.

En el siglo XIX Gregor Johann Mendel (1822-1884) experimentó paciente y

cuidadosamente como se reproducen los chícharos, y como se heredan las características

de dichas plantas, y descubrió un conjunto de leyes experimentales que hoy hemos

generalizado no solo a los chícharos sino a todos los seres vivos, y en base a ellas hemos

entendido el mecanismo de la herencia. Mendel no fue mas allá de sus chícharos, pero

dada la unicidad de la vida los investigadores supusieron que las mismas leyes de la

herencia válidas para los chícharos, con las particularizaciones pertinentes eran válidas

para perros, gatos, microbios y el hombre.

La inducción o generalización, consiste en suponer que una hipótesis verificada en

un lugar determinado del universo, será igualmente válida en otros lugares del universo,

aunque no hayamos efectuado ahí los experimento. Creemos que el Universo es uniforme

y que la Tierra no es un lugar privilegiado del Universo. Los resultados experimentales y

las observaciones, siempre serán particulares pues tratan con casos aislados y controlados

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de los fenómenos naturales, mientras que las leyes son construcciones lógicas que

abarcan a la Naturaleza en su totalidad.

La deducción. Newton demostró que las leyes que había descubierto Johannes

Kepler, describiendo la forma de las órbitas de los planetas alrededor de la Tierra, y de

las velocidades de movimiento de los planetas alrededor del Sol, eran una consecuencia

lógica de la ley de Gravitación Universal. También demostró que las medidas de Galileo

acerca de la caída de los cuerpos, son consecuencia lógica de la ley de gravitación

Universal. Newton fue deduciendo casos particulares ya conocidos a partir de las leyes

que descubrió. Newton aplicó lo que llamamos el método deductivo.

El método que consiste en ir desde una ley general a un resultado particular, se

llama método deductivo.

Con el método deductivo a partir de una ley se deducen diversas consecuencias que

puede ser fenómenos u otras leyes. Por ejemplo, Newton explicó porque en las cercanía

de la superficie terrestre todos los cuerpos caen con la misma aceleración y mostró como

podían ponerse en órbita satélites alrededor de la Tierra. Si el experimento u observación

muestran la existencia del fenómeno predicho, la ley que se empleo para predecir el

fenómeno se verifica.

Idealización. La postulación de leyes es un ejercicio de idealización. Por ejemplo

la ley de inercia se observa en su forma pura únicamente en casos de laboratorio muy

restringidos, pues en la vida aparece mezclada con la ocurrencia de otras leyes, y ello

hace difícil observarla en forma químicamente pura, sin embargó está presente, por

ejemplo, cuando arranca o frena súbitamente un coche. Es asombroso que Galileo y

Newton concibieran la ley de inercia, cuando el hombre viajaba a la velocidad del trote

de animales dando tumbos en caminos llenos de baches, cuando era muy difícil eliminar

la fricción y no se tenían todos los artilugios de los que disponemos. Ellos idealizaron

correctamente los hechos y obtuvieron una ley muy general. La idealización es un

ejercicio de la imaginación humana, donde postulamos un resultado asumiendo que no

existen cosas que perturben al fenómeno como ocurre en la vida real.

Leyes Empíricas. Los científicos han inventado métodos estadísticos que,

aplicados a los datos experimentales permiten obtener fórmulas matemáticas

relacionando las variables que describen a los fenómenos, a esto se le conoce como leyes

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empíricas. Uno de los conjuntos de leyes empíricas más famosos de la historia de la

ciencia, son las de Mendel que describen como se transmiten las características de un ser

vivo a su descendencia, que se obtuvieron en base a resultados experimentales, y al

conocimiento de Mendel de la estadística, teoría matemática que le facilitó obtener

conclusiones importantes

Una ley empírica es la expresión concreta de las regularidades que hay en la

naturaleza, relacionando entre si datos experimentales, sin referencia a principios

fundamentales.

Una ley empírica aunque importante en el sentido de que permite la descripción de

un fenómeno y su manipulación, tiene alcances muy limitados. Las leyes empíricas han

sido el punto de arranque para descubrir cosas más fundamentales. Por ejemplo, los

criadores de animales domésticos como perros o gatos, reunieron a lo largo de muchos

años, leyes empíricas para obtener variedades puras de las diferentes razas de animales

domésticos e inclusive crear variedades que no existen en la naturaleza. Esas leyes fueron

uno de los puntos de partida para establecer la rama de la ciencia que llamamos genética,

y las empleo Darwin en sus argumentos para postular la Teoría de la evolución..

Estadística y Leyes Naturales Cuando hablamos de la presión que ejerce un gas

sobre las paredes del globo de plástico, estamos hablando del comportamiento de los

millones de millones, de moléculas de aire que chocan con las paredes del globo. Las

leyes de los gases no tendrían sentido aplicadas a una sola molécula de gas, ni a 10 ni a

20. Para analizar el movimiento de unas cuantas moléculas de gas, tendríamos que hacer

uso de las leyes de Newton para el movimiento de unas cuantas partículas.

A menudo las leyes de la naturaleza establecen relaciones entre cosas que reflejan

el comportamiento de muchísimos cuerpos microscópicos como las moléculas, y sólo

tienen sentido si se habla de millones y millones de ellos pero puede no ser válida para

uno solo de esos cuerpos.

Las leyes por si mismas son una herramienta poderosa para entender la naturaleza,

sacarle provecho, investigar al mundo, sin embargo, aisladas su alcance es limitado. Las

leyes resplandecen aún mas, cuando se integran en cuerpos unificados de ideas llamados

Teorías

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Preguntas de repaso1. Explique como demostró J.J.Thomson que no era cierto que el átomo es indivisible

2. En el experimento de Thomson ¿Porque se desechó la hipótesis de que del alambre al

rojo vivo se estuviesen desprendiendo átomos?

3. ¿A que se llama “falsificar” una hipótesis?

4. ¿A que se le llama experimentación?

5. Defina inferencia

6. Demócrito propuso que el átomo era indivisible pensando que si se tomaba una

sustancia digamos un gís, y que se partía en pedazos cada vez mas pequeños, llegaría

un momento en el que no se podría dividir más. Que tipo de razonamiento realizó

¿inductivo o deductivo? Explique

7. ¿Cuál es el problema fundamental de los Astrónomos para verificar sus hipótesis?

8. De que medios se valen los Astrónomos para verificar su hipótesis

9. Definir ley natural y que relaciona

10. ¿Que describe una ley natural acerca de la naturaleza?

11. ¿De que depende la validez de una ley natural?

12. ¿Que puntos deben de considerarse para la formulación de una ley natural?

13. ¿En que se diferencia la predicción científica de otros tipos de predicciones?

14. ¿Como se relacionan la predicciones científicas con la verificación de las leyes?

15. ¿Como se relacionan la inducción con la formulación de una ley?

16. ¿Sirven las leyes de Mendel únicamente para chícharos?

17. ¿Porqué los resultados experimentales siempre son particulares?

18. ¿Mediante que tipo de razonamiento leyes como las de Mendel se generalizan a todos

los seres vivientes?

19. ¿Que papel juega la deducción en la aceptación de la validez de una ley natural?

20. Explique la diferencia entre método deductivo y método inductivo

21. ¿Que entendemos por idealización?

22. ¿A que se le llama ley empírica?

23. Describa un ejemplo de ley empírica descrita en el texto

24. Describa algunas limitaciones de las leyes empíricas

25. ¿Que relación existe entre la estadística y algunas leyes naturales?

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Preguntas para razonar y pensar

26. Los griegos propusieron que la luna estaba soportada por una gran esfera para que no

cayera sobre la Tierra, y que en dos lugares de la Tierra deberían estar las dos

columnas que soportaban las esferas. ¿Como pudieron haber verificado su hipótesis

los griegos, en una época en que no había, aviones, radares y otros medios modernos?

27. Proponga un experimento para mostrar que el aire pesa

28. Proponga un experimento para mostrar que existen los microbios sin emplear el

microscopio

29. Galileo afirmaba que “en ausencia de fuerzas externas todos los cuerpos caen con la

misma aceleración” . Si dejamos caer un pedazo de papel y una moneda desde la

mesa, no caen con la misma aceleración. ¿porque esta observación no anula la validez

de dicha ley? ¿está involucrada la idealización?

30. En el texto se menciona el funcionamiento de una TV como prueba de que existen los

electrones ¿qué otros aparatos cree que funcionan porque existen los electrones?

31. Mendel realizó una serie de experimentos con chícharos y encontró algunas

regularidades en la forma en que las características de sus especímenes aparecían en

la descendencia. Mendel y los científicos pensaron que leyes como esas deberían

gobernar la reproducción de otras especies incluyendo a los animales, aunque no se

hubiese experimentado mas que con chícharos ¿que tipo de razonamiento se ha

empleado y porqué?

32. Uno de las investigaciones mas famosas de la antigüedad es la que llevó a cabo

Aristóteles acerca del desarrollo de embriones de pollo hasta nacer el pollito. Las

regularidades que resultaron de esta investigación ignoraban la genética y otras

consideraciones, pero describían correctamente dicho desarrollo ¿que tipo de leyes

eran estas?

33. Aristóteles propuso que la naturaleza aborrece el vacío y con ello explicaba porqué al

sorber el aire de un popote sumergido en un líquido, el agua subía por el popote. La

materia o sea el agua, se apresuraba a cubrir el vacío causado por la succión dentro

del popote. Sin embargo cuando se construyeron las primeras bombas que hacían el

vacío en tubos para extraer agua de pozos, se observó que por mas vacío que se

hiciese, el agua nunca se levantaba mas de 10 m dentro de un tubo muy largo, aunque

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encima del agua había vacío. ¿Porque esto refutaba la hipótesis de Aristóteles?

34. Muchos autores de libros afirman que la hipótesis mas importante que hizo Newton

fue pensar que las mismas leyes que eran válidas en su Granja de Inglaterra eran

válidas en cualquier parte del Universo. Usted ¿qué piensa?

35. En este capítulo se enuncia una ley muy sencilla si se comprime un gas a temperatura

constante la presión que ese gas ejerce aumenta. ¿Cómo la comprobaría empleando

ya sea una jeringa o una bomba de bicicleta?

36. Se menciona que una ley como las de los gases solo es válida para millones de

moléculas, entonces como piensa usted que se comportará una sola molécula ¿cómo

una pelotita o como lo hace un gas en un frasco? Explique

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