Teoría científica para niños
Una teoría científica es una explicación muy bien pensada y probada sobre cómo funciona algo en la naturaleza o en la sociedad. Imagina que es como un gran rompecabezas donde todas las piezas encajan perfectamente. Para que algo sea una teoría científica, debe haber sido investigado y comprobado muchas veces por científicos, usando el método científico. Esto significa que se hacen observaciones, mediciones y experimentos para ver si la explicación es correcta.
Una teoría científica es diferente de un hecho científico o una ley científica. Un hecho es algo que se observa directamente, como que una manzana cae al suelo. Una ley es una regla que describe lo que sucede, a menudo con una fórmula matemática, como la Ley de Gravedad de Newton que nos dice cómo se atraen los objetos. Pero una teoría científica va más allá: explica el "por qué" o el "cómo" de esos hechos y leyes. Por ejemplo, la Ley de Gravedad describe la atracción, pero la Teoría de la relatividad de Einstein explica cómo funciona la gravedad a un nivel más profundo.
Los científicos crean teorías a partir de hipótesis (ideas iniciales) que han sido confirmadas. Luego, recogen más pruebas para ver si la teoría es sólida. Las teorías nos ayudan a entender el mundo y a predecir lo que podría pasar. Cuantas más cosas pueda explicar y predecir una teoría, más fuerte es.
Las teorías científicas son la forma más confiable y completa de conocimiento que tenemos. Esto es muy diferente de cómo usamos la palabra "teoría" en el día a día, que a veces significa una simple suposición o una idea sin pruebas.
Contenido
Tipos de teorías científicas
El famoso científico Albert Einstein habló de dos tipos de teorías:
- Teorías constructivas: Son como modelos que se construyen para explicar fenómenos. Un ejemplo es la Teoría cinética de los gases, que explica cómo se comportan los gases.
- Teorías de principios: Son ideas generales que se basan en muchas observaciones. Las leyes del movimiento de Newton son un ejemplo.
Otro pensador, Mario Bunge, sugirió que hay dos maneras de ver las teorías:
- Teorías fenomenológicas: Buscan describir lo que sucede y cómo se relacionan las cosas, a menudo con números. Se basan solo en lo que se puede observar directamente. Es como si vieran una "caja negra" donde solo importa lo que entra y lo que sale.
- Teorías representativas: Buscan la razón más profunda o la "esencia" de por qué suceden los fenómenos. Quieren entender lo que hay dentro de esa "caja negra".
Características de una teoría científica
Criterios esenciales
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Para que una teoría sea aceptada por la mayoría de los científicos, debe cumplir con algunos puntos clave:
- Debe basarse en hechos que se puedan observar y en experimentos que se puedan repetir para verificar los resultados. Esto ayuda a evitar errores y a mantener la ciencia consistente.
- Debe poder hacer predicciones que se puedan probar y que, si resultan incorrectas, puedan demostrar que la teoría es falsa (esto se llama falsabilidad). Si una teoría no puede ser probada o refutada, no es científica.
- Debe estar bien respaldada por muchas pruebas diferentes, no solo por una.
- Debe ser lógicamente consistente, es decir, no debe contradecirse a sí misma.
Ejemplos de teorías que cumplen estos criterios son la teoría de la relatividad, la mecánica cuántica, la tectónica de placas y la teoría de la evolución.
Otros criterios importantes
Los científicos también prefieren teorías que:
- Puedan adaptarse un poco para incluir nuevos datos que no encajan perfectamente al principio. Así, la teoría mejora con el tiempo.
- Sean las más sencillas posibles. Si hay varias explicaciones para algo, la más simple suele ser la mejor. Esto se conoce como la navaja de Occam. Las teorías más simples son más fáciles de probar.
- Hagan predicciones con números (cuantitativas). Esto permite usar estadísticas para ver si los resultados de los experimentos coinciden con lo que la teoría predice.
Modelos científicos
En ciencia, un modelo es una representación simplificada de la realidad que nos ayuda a entender un conjunto de hechos. Un modelo puede hacer predicciones, pero una teoría es más amplia y puede aplicarse a problemas completamente nuevos. Una teoría científica formal puede ser como un "mundo imaginario" donde todas sus predicciones se cumplen. Si ese "mundo imaginario" se parece al mundo real, entonces la teoría es buena para describir la realidad.
Una teoría científica es un tipo de teoría que se basa en la lógica. Sus ideas principales (axiomas) y las conclusiones que se sacan de ellas forman un sistema.
Pensadores sobre la ciencia
Karl Popper, un filósofo de la ciencia, explicó las características de una teoría científica:
- Es fácil encontrar pruebas que confirmen casi cualquier teoría si eso es lo que se busca.
- Las confirmaciones solo cuentan si vienen de predicciones "arriesgadas", es decir, si la teoría predijo algo que era poco probable que ocurriera.
- Una buena teoría científica "prohíbe" que ciertas cosas sucedan. Cuantas más cosas prohíba, mejor es.
- Una teoría que no puede ser refutada por ningún evento posible no es científica.
- Cada experimento real sobre una teoría es un intento de demostrar que es falsa. La capacidad de ser probada es igual a la capacidad de ser refutada.
- Si una teoría resulta ser falsa, sus defensores a veces intentan salvarla añadiendo una idea extra o reinterpretándola. Esto puede hacer que la teoría escape de ser refutada, pero reduce su valor científico.
Popper resumió esto diciendo que lo más importante para que una teoría sea científica es su capacidad de ser "falsable", "refutable" o "experimentable". Stephen Hawking también dijo que una buena teoría debe describir muchas observaciones con pocos elementos y hacer predicciones claras sobre futuras observaciones. Él añadió que las teorías son "imposibles de probar, pero con posibilidad de ser refutadas", y que "puedes probar que una teoría es falsa encontrando una sola observación que no esté de acuerdo con sus predicciones".
Partes de una teoría
La mayoría de las teorías científicas explican un conjunto de observaciones o experimentos. Una teoría científica se basa en hipótesis o ideas iniciales que han sido comprobadas por muchos científicos. A veces, una idea no se puede comprobar directamente, pero sí la mayoría de sus consecuencias.
Una teoría científica a menudo incluye varias leyes científicas que ya han sido verificadas. Estas leyes se convierten en parte de las ideas básicas de la teoría. La teoría, entonces, reúne el conocimiento aceptado por la comunidad científica en ese campo de estudio.
En física, una teoría suele ser una estructura matemática que, a partir de unos pocos principios básicos, puede predecir los resultados de experimentos. Por ejemplo, la "teoría electromagnética" se refiere al electromagnetismo clásico, y sus resultados se pueden obtener de las ecuaciones de Maxwell.
Aceptación de las teorías
Para que una teoría sea considerada parte del conocimiento científico establecido, a menudo necesita producir un "experimento crítico". Esto es un resultado experimental que ninguna otra teoría ya existente pueda predecir.
Como dijo Stephen Hawking en su libro Una breve historia del tiempo:
"Una teoría es buena si satisface dos requerimientos: debe describir con precisión una extensa clase de observaciones sobre la base de un modelo que contenga solo unos cuantos elementos arbitrarios, y debe realizar predicciones concretas acerca de los resultados de futuras observaciones."
Y también:
"Cualquier teoría física es siempre provisional, en el sentido que es solo una hipótesis; nunca puede ser probada. No importa cuántas veces los resultados de los experimentos concuerden con alguna teoría, nunca se puede estar seguro de que la próxima vez el resultado no la contradirá. Por otro lado, se puede refutar una teoría con encontrar solo una observación que esté en desacuerdo con las predicciones de la misma".
Valor de las teorías
No todas las teorías tienen el mismo valor. Las teorías más "poderosas" son las que son más fuertes y generales, y al mismo tiempo muy exactas y profundas. Por ejemplo, una teoría que explica cómo los organismos se acostumbran a algo es más general que una que solo lo explica en insectos.
Sin embargo, el valor práctico de una teoría no debe confundirse con lo fundamental que es. Las teorías se organizan en jerarquías, de las más fundamentales a las menos. Por ejemplo, la mecánica cuántica puede explicar la bioquímica y muchos fenómenos físicos grandes. La bioquímica es la base de muchas teorías biológicas. Pero no es práctico usar las complejas matemáticas de la mecánica cuántica para estudiar aspectos prácticos de la biología de un ser vivo, aunque al final, algunas teorías biológicas se basen en la bioquímica, y estas en la física cuántica.
Ejemplos de teorías científicas
Teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad incluye la teoría de la relatividad especial y la relatividad general. Fueron creadas principalmente por Albert Einstein a principios del siglo XX. Su objetivo era resolver problemas entre la mecánica newtoniana (las leyes de movimiento de Newton) y el electromagnetismo.
La teoría de la relatividad especial, publicada en 1905, trata sobre el movimiento de los cuerpos cuando no hay fuerzas gravitatorias. Hizo que las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo fueran compatibles con una nueva forma de entender las leyes del movimiento. En esta teoría, Einstein, Lorentz y Minkowski unieron los conceptos de espacio y tiempo en algo llamado espacio-tiempo. La relatividad especial fue muy innovadora. Cambió la idea de que el tiempo era absoluto (como pensaba Newton) e introdujo conceptos como la velocidad de la luz constante, la dilatación del tiempo (el tiempo pasa diferente para observadores en movimiento), la contracción de la longitud (los objetos se acortan al moverse muy rápido) y la equivalencia entre masa y energía (E=mc²). Además, según esta teoría, las leyes de la Física son las mismas para todos los observadores que se mueven a velocidad constante. Como resultado, la velocidad de la luz es el límite máximo de velocidad, y la física dejó de ser completamente predecible como antes. Es importante saber que las leyes de movimiento de Newton son un caso particular de esta teoría, válidas cuando los objetos se mueven muy lento y su masa no cambia.
La teoría de la relatividad general, publicada en 1915, es una teoría de la gravedad que reemplaza a la gravedad de Newton. Aunque para campos gravitatorios débiles y velocidades bajas, sus resultados son muy parecidos. La relatividad general se convierte en la teoría especial cuando no hay campos gravitatorios. Esta teoría ve la interacción gravitatoria como una deformación en la forma del espacio-tiempo. Introduce la idea de que la curvatura del espacio-tiempo es la causa de la gravedad. También dice que las leyes de la relatividad especial son las mismas para todos los observadores locales. La relatividad general no es la única teoría sobre la gravedad, pero es la que más pruebas ha encontrado. Antes, la gravedad se describía con la distribución de masas, pero en esta teoría no solo la masa, sino también la energía, afectan la curvatura del espacio-tiempo. Por eso, se necesita un lenguaje matemático diferente, el cálculo tensorial. Muchos fenómenos, como la curvatura de la luz por la gravedad y la desviación en la órbita de Mercurio, se predicen perfectamente con esta teoría. La relatividad general también abrió un nuevo campo de estudio en la física, la cosmología, y se usa mucho en la astrofísica.
El 7 de marzo de 2010, la Academia Israelí de Ciencias mostró al público los manuscritos originales de Einstein (escritos en 1905). El documento, con 46 páginas de textos y fórmulas matemáticas a mano, fue donado por Einstein a la Universidad Hebrea de Jerusalén en 1925, cuando se inauguró.
Teoría de la deriva continental
La deriva continental fue una hipótesis (una idea inicial) que explicaba cómo los continentes se mueven unos respecto a otros. Fue desarrollada en 1912 por el científico alemán Alfred Wegener, basándose en varias observaciones.
La idea de Wegener fue superada en la década de 1970 con el desarrollo de la tectónica de placas, que pudo explicar de manera más completa cómo se mueven los continentes.
Teoría geocéntrica
La teoría geocéntrica (también llamada modelo geocéntrico o geocentrismo) fue una teoría astronómica que ponía a la Tierra en el centro del universo. Según esta idea, todos los astros, incluyendo el Sol, giraban alrededor de la Tierra (geo significa Tierra; centrismo significa centro).
El geocentrismo fue la forma principal de ver el universo en muchas civilizaciones antiguas, como la babilónica. En el siglo II d. C., Claudio Ptolomeo, en su libro Almagesto, presentó un sistema geocéntrico usando círculos especiales (epiciclos y deferentes) que fue muy aceptado. El modelo de Ptolomeo se usó hasta el siglo XVI, cuando fue reemplazado por la teoría heliocéntrica de Copérnico, que ponía al Sol en el centro.
Galería de imágenes
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Las placas tectónicas del mundo fueron cartografiadas en la segunda mitad del siglo XX. La teoría de las placas tectónicas explica con éxito numerosas observaciones sobre la Tierra, como la distribución de los terremotos, las montañas, los continentes y los océanos.
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Impresión de un artista sobre la teoría de la relatividad.
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Animación que ilustra la teoría de deriva continental de Alfred Wegener.
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Ilustración de la Biblia de Lutero de 1545 donde se muestra un universo geocéntrico.
Véase también
En inglés: Scientific theory Facts for Kids
- Teoría
- Método científico
- Consenso científico
