martes, 11 de mayo de 2010

Exactamente

Una pregunta frecuente que se hace la gente en cuanto empieza a adentrarse en la ciencia, por ejemplo los astrónomos aficionados o estudiantes de ciencias es: ¿Por que se les llama ciencias exactas? Primero veamos la razón de la duda.

Es ampliamente conocido que ciencias como son la física, química, etc, son conocidas como ciencias exactas, debido a la supuesta precisión de sus resultados, los cuales se suelen dar de forma matemática, por lo general en forma de números o de relaciones entre ellos. Y en parte de aquí viene la fama de que los resultados de estas ciencias sean exactos, si a uno le dicen que tal cosa "mide 6 metros", eso da una noción de que es un resultado exacto, no nos dicen "mide mas o menos 6 metros" o "mide mas que mi casa pero menos que el parque". El concepto de metro en sí nos da una noción de exactitud.


Visión mecánico-clásica de la trayectoria de un proyectil según sea su velocidad inicial. Ejemplo de un resultado Newtoniano, con trayectorias bien definidas y dredecibles.

El metro en algo definido, no es cualquier longitud que se nos ocurrió. Es decir se dio un momento en que un grupo de personas se reunieron con el propósito de establecer que es un metro, es decir ponerse de acuerdo en cuanto mide. De hecho han sido varias las definiciones de metro en la historia, por ejemplo, en 1668 Christopher Wren propuso la definición del metro como la longitud de la varilla de un péndulo con un periodo especifico, luego se cambio por una fracción del perímetro de la Tierra (mas exactamente, una diez millonesima parte de la distancia del ecuador a uno de los polos de la Tierra), y para la década de los 1870s existía en París una barra que era el metro estandard, es decir la barra que serviría de comparación para cualquier regla que pretenda medir un metro. Hoy usamos la definición de 1983 que define al metro como la distancia me viaja la luz en el vacío en una fracción de 1/299,792,458 segundos.

Pensemos en esto un momento. Esta definición es algo muy exigente, anuncia que debe de usarse (luz), anuncia las condiciones (que sea en el vacío) y pide una capacidad de medir fracciones muy reducidas de tiempo (del orden de una cien-millonésima). No parece que se pueda ser mas preciso.

En sí uno de los propósitos de las ciencias naturales (o mas bien de los científicos naturales) es la de ser muy exactos. De aquí el afan de tener tanto cuidado en la definición de las unidades. Así como la definición del metro tiene toda una historia, lo mismo se puede decir de las unidades para medir otras cantidades básicas, como el centígrado para la temperatura o el litro para el volumen.

Así que, cuando se obtiene un resultado que se da en metros, ya saben que existe todo un trabajo de apoyo tras él para que sea lo menos ambiguo posible. De aquí una buen aparte de la razón para llamar a las ciencias arriba citadas exactas. Pero también esta la costumbre, es decir la razón histórica.


Reloj para los no muy exactos, sin números una sola manecilla, ejemplo de instrumento para medir las cosas "aproximadamente".

Cuando a mediados del siglo XVII había quedado claro que la combinación de observación y descripción matemática era capaz de describir el universo (en gran medida gracias al dúo Galileo-Kepler) inició el esfuerzo por "escribir" la naturaleza en forma matemática, lo que llevó, tiempo después a que Newton anunciara las tres leyes por las que es ampliamente conocido hoy y que forman la base de lo que es la mecánica clásica o mecánica Newtoniana. El éxito de las leyes de Newton en explicar la naturaleza fue tal que se transformó en una navaja de doble filo en el sentido de que hizo mucho bien pero envició a los científicos.

El éxito se debió a que fue el primer cuerpo de leyes con capacidad de explicar el "por qué" de los fenómenos naturales y no solo el "como", a diferencia por ejemplo de las leyes de Kepler que explican "como" se mueven los cuerpos orbitantes pero no dicen "por que". Tanto en la Tierra como en el espacio, las leyes de Newton fueron puestas a prueba y vencieron cuanto obstáculo se le puso. Fueron describiendo y explicando fenómeno tras fenómeno, de tal manera que para donde fuera que los científicos voltearan y se encontraran el demonio de un misterio nuevo bastaba con atacarlo con las tres potentes leyes de Newton para reducir el misterio a polvo y dejarlo perfectamente explicado, catalogado y entendido. Así fueron los físicos de siglos pasados, dando Newtonazos a diestra y siniestra y mandando a los misterios de la naturaleza huyendo por sus vidas sin que tuvieran mucho éxito. Tantas y tan espectaculares fueron las victorias obtenidas que a finales del siglo XIX se recomendaba a los estudiantes de ciencias, no dedicarse a la física, ya que se pensaba que en dicha disciplina ya todo estaba "dicho y hecho" y el que trabajo de los físicos del futuro sería simplemente mejorar los resultados ya obtenidos y afinar las constantes.


El efecto de todo este éxito fue que se alteró la forma que se tenía de ver la naturaleza, ya que todos los problemas, es decir las explicaciones, se resolvían de manera tan exacta la gente se formó la idea de que la naturaleza funcionaba de manera muy precisa, como esperaríamos que funcione una de nuestras máquinas, en particular una máquina mecánica, como las que se usaban en aquel entonces. A esta forma de ver la naturaleza se le llama hoy mecanicismo y es otro de los factores por el cuál a estas ciencias se les llama exactas, la noción de que el universo trabaja de forma predeterminada persiste en la mente de muchos científicos ya que la formación de los estudiantes de ciencias les lleva a ver un universo mecanicista, aún a pesar de lo que se estudia de mecánica cuántica y teoría de probabilidad. Así que la gente se suele quedar con al noción de que los resultados obtenidos son, valga la redundancia, muy exactos. Pero tenemos dos razones para decir que no lo son.

La primera que, como todo buen científico sabe, se debe de incluir siempre el error cometido al hacer una medición. Y no me refiero a cometer un error por no poner atención, sino a cometer uno por que no se tiene opción, por que por mas cuidado que pongas, el instrumento que uses, no será perfecto y por lo tanto te dará un error. Es decir, ni la regla medirá un metro, ni la pesa será exactamente un kilo ni el reloj marcará exactamente un segundo, siempre te dan un error. Si el instrumento es bueno el error será pequeño y conocido, es decir, el mismo apartado de medición te dirá cuál es el error que se comete. De esta manera ya sabes que tan confiable o no es un resultado que saques en base a ese instrumento. Por ejemplo, un reloj comercial tiene un error aproximado de 1 segundo al mes. Esto implica que si lo pongo a la hora exacta (no me pregunten como hacerlo, es opción de cada quién), después de 30 días en lugar de decirme que son las 8 pm en realidad me estará diciendo que son entre las 7:59:59 pm y las 8:00:01 pm, luego de seis meses me dirá que son entre las 7:59:54 pm y las 8:00:06 pm es decir se va acumulando el error. Claro para aplicaciones cotidianas un error acumulado de 1 segundo al mes no es relevante, pero no se podría usar este reloj para aplicaciones científicas.

La segunda razón para decir que estas ciencias exactas no lo son tanto es por que en muchas áreas ya se ve a la naturaleza como algo no determinista y por lo tanto no mecanicista. Por ejemplo, en la física cuántica, nadie se atreve a predecir al trayectoria exacta de un electrón en cualquier circunstancia (si un estudiante hace algo así lo regresan al kinder), e inclusive existen áreas de estudio donde lo que se persigue son resultados da naturaleza ambigua que ayudan a explicar la conducta de sistemas muy complejos, por ejemplo el clima.

Entonces,¿A que se le llama un "resultado exacto"? A un resultado con unan incertidumbre mas pequeña que el margen de error. Es decir, si mi resultado da 1.356789 metros, es decir 1,356.789 milimetros, pero tengo una regla que no me permite milésimas de milímetro entonces llamo al resultado exacto, no por que sea el completamente acertado, sino por que para mi medición (y en teoría para mis propósitos) el error posible es tan pequeño que no lo puedo medir, si es que existe.

En resumidas cuentas, las ciencias exactas se llaman así por que pretenden, en la medida de la posible dar resultados lo mas precisos posibles, así como anunciar su margen de error. Aunque en algunas áreas relativamente nuevas se busquen resultados que son útiles aunque no sean exactos.

No se si esta entrada resuelve exactamente las dudas que tengan o fue una aproximación con gran margen de error.


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