Teoría científica

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Una teoría científica es una explicación de un aspecto del mundo natural y del universo que se ha probado y corroborado repetidamente de acuerdo con el método científico, utilizando protocolos aceptados de observación, medición y evaluación de resultados. Siempre que sea posible, las teorías se prueban en condiciones controladas en un experimento. En circunstancias que no se prestan a pruebas experimentales, las teorías se evalúan a través de los principios del razonamiento abductivo. Las teorías científicas establecidas han resistido un escrutinio riguroso y encarnan el conocimiento científico.

Una teoría científica se diferencia de un hecho científico o una ley científica en que una teoría explica "por qué" o "cómo": un hecho es una simple observación básica, mientras que una ley es un enunciado (a menudo una ecuación matemática) sobre una relación entre hechos.. Por ejemplo, la Ley de la Gravedad de Newton es una ecuación matemática que puede usarse para predecir la atracción entre cuerpos, pero no es una teoría para explicar cómo funciona la gravedad. Stephen Jay Gould escribió que "... los hechos y las teorías son cosas diferentes, no peldaños en una jerarquía de certeza creciente. Los hechos son los datos del mundo. Las teorías son estructuras de ideas que explican e interpretan los hechos".

El significado del término teoría científica (a menudo contraído a teoría por brevedad) como se usa en las disciplinas de la ciencia es significativamente diferente del uso vernáculo común de teoría. En el lenguaje cotidiano, la teoría puede implicar una explicación que representa una conjetura especulativa y sin fundamento, mientras que en la ciencia describe una explicación que ha sido probada y es ampliamente aceptada como válida.

La fuerza de una teoría científica está relacionada con la diversidad de fenómenos que puede explicar y su simplicidad. A medida que se recopila evidencia científica adicional, una teoría científica puede modificarse y, en última instancia, rechazarse si no se puede hacer que se ajuste a los nuevos hallazgos; en tales circunstancias, entonces se requiere una teoría más precisa. Algunas teorías están tan bien establecidas que es poco probable que alguna vez cambien fundamentalmente (por ejemplo, teorías científicas como la evolución, la teoría heliocéntrica, la teoría celular, la teoría de las placas tectónicas, la teoría de los gérmenes de las enfermedades, etc.). En ciertos casos, una teoría científica o una ley científica que no se ajuste a todos los datos aún puede ser útil (debido a su simplicidad) como una aproximación en condiciones específicas. Un ejemplo son las leyes del movimiento de Newton,

Las teorías científicas son comprobables y hacen predicciones falsables. Describen las causas de un fenómeno natural particular y se utilizan para explicar y predecir aspectos del universo físico o áreas específicas de investigación (por ejemplo, electricidad, química y astronomía). Al igual que con otras formas de conocimiento científico, las teorías científicas son tanto deductivas como inductivas, y apuntan al poder predictivo y explicativo. Los científicos usan teorías para promover el conocimiento científico, así como para facilitar los avances en tecnología o medicina.

Tipos

Albert Einstein describió dos tipos de teorías científicas: "teorías constructivas" y "teorías de principios". Las teorías constructivas son modelos constructivos de los fenómenos: por ejemplo, la teoría cinética. Las teorías de los principios son generalizaciones empíricas como las leyes del movimiento de Newton.

Características

Criterios esenciales

Por lo general, para que cualquier teoría sea aceptada en la mayoría de los académicos, existe un criterio simple. El criterio esencial es que la teoría debe ser observable y repetible. El criterio mencionado es fundamental para prevenir el fraude y perpetuar la ciencia misma.

La característica definitoria de todo conocimiento científico, incluidas las teorías, es la capacidad de hacer predicciones falsables o comprobables. La relevancia y especificidad de esas predicciones determinan qué tan potencialmente útil es la teoría. Una supuesta teoría que no hace predicciones observables no es una teoría científica en absoluto. Las predicciones que no son suficientemente específicas para ser probadas tampoco son útiles. En ambos casos, el término "teoría" no es aplicable.

Un cuerpo de descripciones del conocimiento puede llamarse teoría si cumple los siguientes criterios:

Estas cualidades son ciertamente ciertas en teorías establecidas como la relatividad especial y general, la mecánica cuántica, la tectónica de placas, la síntesis evolutiva moderna, etc.

Otros criterios

Además, los científicos prefieren trabajar con una teoría que reúna las siguientes cualidades:

Definiciones de organizaciones científicas

La Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos define las teorías científicas de la siguiente manera:

La definición científica formal de teoría es bastante diferente del significado cotidiano de la palabra. Se refiere a una explicación completa de algún aspecto de la naturaleza que está respaldada por una gran cantidad de evidencia. Muchas teorías científicas están tan bien establecidas que es probable que ninguna evidencia nueva las altere sustancialmente. Por ejemplo, ninguna evidencia nueva demostrará que la Tierra no orbita alrededor del Sol (teoría heliocéntrica), o que los seres vivos no están hechos de células (teoría celular), que la materia no está compuesta de átomos, o que la superficie de la La Tierra no está dividida en placas sólidas que se han movido a lo largo de escalas de tiempo geológicas (la teoría de la tectónica de placas)... Una de las propiedades más útiles de las teorías científicas es que pueden usarse para hacer predicciones sobre eventos naturales o fenómenos que aún no se han sido observado.

De la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia:

Una teoría científica es una explicación bien fundamentada de algún aspecto del mundo natural, basada en un conjunto de hechos que han sido repetidamente confirmados a través de la observación y la experimentación. Tales teorías basadas en hechos no son "suposiciones", sino relatos confiables del mundo real. La teoría de la evolución biológica es más que "sólo una teoría". Es una explicación del universo tan fáctica como la teoría atómica de la materia o la teoría de los gérmenes de la enfermedad. Nuestra comprensión de la gravedad es todavía un trabajo en progreso. Pero el fenómeno de la gravedad, como la evolución, es un hecho aceptado.

Tenga en cuenta que el término teoría no sería apropiado para describir hipótesis intrincadas pero no probadas o incluso modelos científicos.

Formación

El método científico implica la propuesta y prueba de hipótesis, derivando predicciones de las hipótesis sobre los resultados de experimentos futuros, y luego realizando esos experimentos para ver si las predicciones son válidas. Esto proporciona evidencia a favor o en contra de la hipótesis. Cuando se han recopilado suficientes resultados experimentales en un área particular de investigación, los científicos pueden proponer un marco explicativo que dé cuenta de la mayor cantidad posible de estos. Esta explicación también se prueba, y si cumple con los criterios necesarios (ver arriba), entonces la explicación se convierte en una teoría. Esto puede llevar muchos años, ya que puede ser difícil o complicado reunir pruebas suficientes.

Una vez que se hayan cumplido todos los criterios, los científicos lo aceptarán ampliamente (consulte el consenso científico) como la mejor explicación disponible de al menos algunos fenómenos. Habrá hecho predicciones de fenómenos que las teorías anteriores no pudieron explicar o no pudieron predecir con precisión, y habrá resistido los intentos de falsificación. La fuerza de la evidencia es evaluada por la comunidad científica, y los experimentos más importantes habrán sido replicados por múltiples grupos independientes.

Las teorías no tienen que ser perfectamente precisas para ser científicamente útiles. Por ejemplo, se sabe que las predicciones hechas por la mecánica clásica son inexactas en el ámbito relativista, pero son casi exactamente correctas a las velocidades comparativamente bajas de la experiencia humana común. En química, hay muchas teorías ácido-base que brindan explicaciones muy divergentes de la naturaleza subyacente de los compuestos ácidos y básicos, pero son muy útiles para predecir su comportamiento químico. Como todo conocimiento en la ciencia, ninguna teoría puede ser completamente cierta, ya que es posible que los experimentos futuros entren en conflicto con las predicciones de la teoría.Sin embargo, las teorías respaldadas por el consenso científico tienen el mayor nivel de certeza de cualquier conocimiento científico; por ejemplo, que todos los objetos están sujetos a la gravedad o que la vida en la Tierra evolucionó a partir de un ancestro común.

La aceptación de una teoría no requiere que se prueben todas sus principales predicciones, si ya está respaldada por evidencia suficientemente sólida. Por ejemplo, ciertas pruebas pueden ser inviables o técnicamente difíciles. Como resultado, las teorías pueden hacer predicciones que aún no han sido confirmadas o probadas como incorrectas; en este caso, los resultados predichos pueden describirse informalmente con el término "teórico". Estas predicciones se pueden probar en un momento posterior y, si son incorrectas, esto puede llevar a la revisión o al rechazo de la teoría.

Modificación y mejora

Si se observan resultados experimentales contrarios a las predicciones de una teoría, los científicos primero evalúan si el diseño experimental fue sólido y, de ser así, confirman los resultados mediante replicación independiente. Entonces comienza una búsqueda de posibles mejoras a la teoría. Las soluciones pueden requerir cambios menores o mayores a la teoría, o ninguno en absoluto si se encuentra una explicación satisfactoria dentro del marco existente de la teoría. Con el tiempo, a medida que las modificaciones sucesivas se superponen, las teorías mejoran constantemente y se logra una mayor precisión predictiva. Dado que cada nueva versión de una teoría (o una teoría completamente nueva) debe tener más poder predictivo y explicativo que la última, el conocimiento científico se vuelve cada vez más preciso con el tiempo.

Si las modificaciones a la teoría u otras explicaciones parecen ser insuficientes para dar cuenta de los nuevos resultados, entonces puede ser necesaria una nueva teoría. Dado que el conocimiento científico suele ser duradero, esto ocurre con mucha menos frecuencia que la modificación. Además, hasta que dicha teoría sea propuesta y aceptada, se mantendrá la teoría anterior. Esto se debe a que sigue siendo la mejor explicación disponible para muchos otros fenómenos, como lo demuestra su poder predictivo en otros contextos. Por ejemplo, se sabe desde 1859 que la precesión observada del perihelio de Mercurio viola la mecánica newtoniana,pero la teoría siguió siendo la mejor explicación disponible hasta que la relatividad fue apoyada por suficiente evidencia. Además, si bien una sola persona o muchas pueden proponer nuevas teorías, el ciclo de modificaciones eventualmente incorpora contribuciones de muchos científicos diferentes.

Tras los cambios, la teoría aceptada explicará más fenómenos y tendrá mayor poder predictivo (si no lo hiciera, los cambios no serían adoptados); esta nueva explicación estará abierta a más reemplazos o modificaciones. Si una teoría no requiere modificación a pesar de las pruebas repetidas, esto implica que la teoría es muy precisa. Esto también significa que las teorías aceptadas continúan acumulando evidencia a lo largo del tiempo, y el tiempo que una teoría (o cualquiera de sus principios) permanece aceptada a menudo indica la fuerza de la evidencia que la respalda.

Unificación

En algunos casos, dos o más teorías pueden ser reemplazadas por una sola teoría que explica las teorías anteriores como aproximaciones o casos especiales, de forma análoga a la forma en que una teoría es una explicación unificadora para muchas hipótesis confirmadas; esto se conoce como unificación de teorías. Por ejemplo, ahora se sabe que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos del mismo fenómeno, denominado electromagnetismo.

Cuando las predicciones de diferentes teorías parecen contradecirse, esto también se resuelve mediante más evidencia o unificación. Por ejemplo, las teorías físicas del siglo XIX implicaban que el Sol no podría haber estado ardiendo el tiempo suficiente para permitir ciertos cambios geológicos, así como la evolución de la vida. Esto se resolvió con el descubrimiento de la fusión nuclear, la principal fuente de energía del Sol. Las contradicciones también pueden explicarse como el resultado de teorías que se aproximan a fenómenos más fundamentales (no contradictorios). Por ejemplo, la teoría atómica es una aproximación de la mecánica cuántica. Las teorías actuales describen tres fenómenos fundamentales separados de los cuales todas las demás teorías son aproximaciones; la unificación potencial de estos a veces se llama la Teoría del Todo.

Ejemplo: Relatividad

En 1905, Albert Einstein publicó el principio de la relatividad especial, que pronto se convirtió en teoría. La relatividad especial predijo la alineación del principio newtoniano de invariancia galileana, también denominada relatividad galileana, con el campo electromagnético.Al omitir de la relatividad especial el éter luminífero, Einstein afirmó que la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud medidas en un objeto en movimiento relativo son inerciales, es decir, el objeto exhibe una velocidad constante, que es velocidad con dirección, cuando la mide su observador. Por lo tanto, duplicó la transformación de Lorentz y la contracción de Lorentz que se había planteado como hipótesis para resolver acertijos experimentales y se insertó en la teoría electrodinámica como consecuencias dinámicas de las propiedades del éter. Una teoría elegante, la relatividad especial produjo sus propias consecuencias, como la equivalencia de masa y energía transformándose entre sí y la resolución de la paradoja de que una excitación del campo electromagnético podría verse en un marco de referencia como electricidad, pero en otro como magnetismo.

Einstein buscó generalizar el principio de invariancia a todos los marcos de referencia, ya fueran inerciales o acelerantes. Rechazando la gravitación newtoniana, una fuerza central que actúa instantáneamente a distancia, Einstein supuso un campo gravitacional. En 1907, el principio de equivalencia de Einstein implicaba que una caída libre dentro de un campo gravitatorio uniforme es equivalente al movimiento inercial.Al extender los efectos de la relatividad especial a tres dimensiones, la relatividad general extendió la contracción de la longitud a la contracción del espacio, concibiendo el espacio-tiempo 4D como el campo gravitacional que se altera geométricamente y establece las rutas de todos los objetos locales. Incluso la energía sin masa ejerce un movimiento gravitacional sobre los objetos locales al "curvar" la "superficie" geométrica del espacio-tiempo 4D. Sin embargo, a menos que la energía sea enorme, sus efectos relativistas de contracción del espacio y ralentización del tiempo son insignificantes cuando se trata simplemente de predecir el movimiento. Aunque la relatividad general se adopta como la teoría más explicativa a través del realismo científico, la teoría de Newton sigue siendo exitosa como una mera teoría predictiva a través del instrumentalismo.. Para calcular las trayectorias, los ingenieros y la NASA todavía usan las ecuaciones de Newton, que son más simples de operar.

Teorías y leyes

Tanto las leyes científicas como las teorías científicas se producen a partir del método científico a través de la formación y prueba de hipótesis, y pueden predecir el comportamiento del mundo natural. Ambos suelen estar bien respaldados por observaciones y/o pruebas experimentales. Sin embargo, las leyes científicas son relatos descriptivos de cómo se comportará la naturaleza bajo ciertas condiciones. Las teorías científicas tienen un alcance más amplio y brindan explicaciones generales de cómo funciona la naturaleza y por qué exhibe ciertas características. Las teorías están respaldadas por evidencia de muchas fuentes diferentes y pueden contener una o varias leyes.

Un concepto erróneo común es que las teorías científicas son ideas rudimentarias que eventualmente se convertirán en leyes científicas cuando se hayan acumulado suficientes datos y evidencia. Una teoría no se transforma en una ley científica con la acumulación de evidencia nueva o mejor. Una teoría siempre seguirá siendo una teoría; una ley siempre seguirá siendo una ley. Tanto las teorías como las leyes podrían ser potencialmente falsificadas por evidencia compensatoria.

Las teorías y las leyes también son distintas de las hipótesis. A diferencia de las hipótesis, las teorías y leyes pueden denominarse simplemente hechos científicos. Sin embargo, en la ciencia, las teorías son diferentes de los hechos incluso cuando están bien fundamentadas. Por ejemplo, la evolución es tanto una teoría como un hecho.

Sobre teorías

Teorías como axiomas

Los positivistas lógicos pensaban en las teorías científicas como declaraciones en un lenguaje formal. La lógica de primer orden es un ejemplo de lenguaje formal. Los positivistas lógicos contemplaron un lenguaje científico similar. Además de las teorías científicas, el lenguaje también incluía oraciones de observación ("el sol sale por el este"), definiciones y declaraciones matemáticas. Los fenómenos explicados por las teorías, si no podían ser observados directamente por los sentidos (por ejemplo, los átomos y las ondas de radio), eran tratados como conceptos teóricos. Desde este punto de vista, las teorías funcionan como axiomas: las observaciones predichas se derivan de las teorías de forma muy parecida a como se derivan los teoremas en la geometría euclidiana. Sin embargo, las predicciones luego se comparan con la realidad para verificar las predicciones, y los "axiomas" pueden revisarse como un resultado directo.

La frase "la visión recibida de las teorías" se utiliza para describir este enfoque. Los términos comúnmente asociados con él son "lingüístico" (porque las teorías son componentes de un idioma) y "sintáctico" (porque un idioma tiene reglas sobre cómo se pueden unir los símbolos). Los problemas para definir este tipo de lenguaje con precisión, por ejemplo, si se observan objetos vistos en microscopios o si son objetos teóricos, llevaron a la desaparición efectiva del positivismo lógico en la década de 1970.

Teorías como modelos

La visión semántica de las teorías, que identifica las teorías científicas con modelos en lugar de proposiciones, ha reemplazado a la visión tradicional como la posición dominante en la formulación de teorías en la filosofía de la ciencia. Un modelo es un marco lógico destinado a representar la realidad (un "modelo de la realidad"), de forma similar a como un mapa es un modelo gráfico que representa el territorio de una ciudad o país.

En este enfoque, las teorías son una categoría específica de modelos que cumplen los criterios necesarios (ver arriba). Uno puede usar el lenguaje para describir un modelo; sin embargo, la teoría es el modelo (o una colección de modelos similares), y no la descripción del modelo. Un modelo del sistema solar, por ejemplo, podría consistir en objetos abstractos que representan el sol y los planetas. Estos objetos tienen propiedades asociadas, por ejemplo, posiciones, velocidades y masas. Los parámetros del modelo, por ejemplo, la Ley de Gravitación de Newton, determinan cómo cambian las posiciones y las velocidades con el tiempo. Luego, este modelo se puede probar para ver si predice con precisión las observaciones futuras; los astrónomos pueden verificar que las posiciones de los objetos del modelo a lo largo del tiempo coincidan con las posiciones reales de los planetas. Para la mayoría de los planetas, el modelo newtoniano s las predicciones son precisas; para Mercurio, es un poco inexacto y en su lugar se debe usar el modelo de la relatividad general.

La palabra "semántica" se refiere a la forma en que un modelo representa el mundo real. La representación (literalmente, "re-presentación") describe aspectos particulares de un fenómeno o la forma de interacción entre un conjunto de fenómenos. Por ejemplo, un modelo a escala de una casa o de un sistema solar claramente no es una casa real o un sistema solar real; los aspectos de una casa real o de un sistema solar real representados en un modelo a escala son, solo en ciertas formas limitadas, representativos de la entidad real. Un modelo a escala de una casa no es una casa; pero para alguien que quiere aprender sobre casas, de forma análoga a un científico que quiere comprender la realidad, un modelo a escala suficientemente detallado puede ser suficiente.

Diferencias entre teoría y modelo

Varios comentaristas han declarado que la característica distintiva de las teorías es que son tanto explicativas como descriptivas, mientras que los modelos son solo descriptivos (aunque siguen siendo predictivos en un sentido más limitado). El filósofo Stephen Pepper también distinguió entre teorías y modelos, y dijo en 1948 que los modelos y teorías generales se basan en una metáfora "raíz" que restringe la forma en que los científicos teorizan y modelan un fenómeno y, por lo tanto, llegan a hipótesis comprobables.

La práctica de la ingeniería hace una distinción entre "modelos matemáticos" y "modelos físicos"; el costo de fabricar un modelo físico se puede minimizar creando primero un modelo matemático utilizando un paquete de software de computadora, como una herramienta de diseño asistido por computadora. Cada uno de los componentes se modela y se especifican las tolerancias de fabricación. Se utiliza un dibujo de vista explosionada para diseñar la secuencia de fabricación. Los paquetes de simulación para mostrar cada uno de los subensamblajes permiten rotar y ampliar las piezas con detalles realistas. Los paquetes de software para crear la lista de materiales para la construcción permiten a los subcontratistas especializarse en procesos de ensamblaje, lo que distribuye el costo de la maquinaria de fabricación entre varios clientes. Ver: ingeniería asistida por computadora, fabricación asistida por computadora e impresión 3D

Supuestos en la formulación de teorías

Una suposición (o axioma) es una declaración que se acepta sin evidencia. Por ejemplo, las suposiciones se pueden usar como premisas en un argumento lógico. Isaac Asimov describió las suposiciones de la siguiente manera:

... es incorrecto hablar de una suposición como verdadera o falsa, ya que no hay forma de probar que lo sea (si la hubiera, ya no sería una suposición). Es mejor considerar las suposiciones como útiles o inútiles, dependiendo de si las deducciones hechas a partir de ellas corresponden a la realidad... Ya que debemos comenzar en alguna parte, debemos tener suposiciones, pero al menos tengamos la menor cantidad de suposiciones posible.

Ciertas suposiciones son necesarias para todas las afirmaciones empíricas (por ejemplo, la suposición de que la realidad existe). Sin embargo, las teorías generalmente no hacen suposiciones en el sentido convencional (afirmaciones aceptadas sin evidencia). Si bien los supuestos a menudo se incorporan durante la formación de nuevas teorías, estos están respaldados por evidencia (por ejemplo, de teorías previamente existentes) o la evidencia se produce en el curso de la validación de la teoría. Esto puede ser tan simple como observar que la teoría hace predicciones precisas, lo que es evidencia de que cualquier suposición hecha al principio es correcta o aproximadamente correcta bajo las condiciones probadas.

Se pueden usar suposiciones convencionales, sin evidencia, si la teoría solo pretende aplicarse cuando la suposición es válida (o aproximadamente válida). Por ejemplo, la teoría especial de la relatividad asume un marco de referencia inercial. La teoría hace predicciones precisas cuando la suposición es válida y no hace predicciones precisas cuando la suposición no es válida. Tales suposiciones son a menudo el punto con el que las teorías más antiguas son reemplazadas por otras nuevas (la teoría general de la relatividad también funciona en marcos de referencia no inerciales).

El término "asunción" es en realidad más amplio que su uso estándar, etimológicamente hablando. El Oxford English Dictionary (OED) y el Wikcionario en línea indican que su fuente latina es assumere ("aceptar, tomar para uno mismo, adoptar, usurpar"), que es una conjunción de ad- ("a, hacia, en") y sumere (tomar). La raíz sobrevive, con significados cambiados, en el asumire italiano y el sumir español. El primer sentido de "asumir" en el OED es "tomar para (uno mismo), recibir, aceptar, adoptar". El término se empleó originalmente en contextos religiosos como "recibir en el cielo", especialmente "la recepción de la Virgen María en el cielo, con el cuerpo preservado de la corrupción", (1297 EC), pero también se usó simplemente para referirse a " recibir en asociación" o "adoptar en sociedad". Además, otros sentidos de asumir incluían (i) "investirse con (un atributo)", (ii) "comprometerse" (especialmente en Derecho), (iii) "tomar para uno mismo solo en apariencia, pretender poseer"., y (iv) "suponer que una cosa es" (todos los sentidos de la entrada del OED sobre "asumir"; la entrada del OED para "suposición" es casi perfectamente simétrica en los sentidos).

Descripciones

De los filósofos de la ciencia

Karl Popper describió las características de una teoría científica de la siguiente manera:

  1. Es fácil obtener confirmaciones o verificaciones para casi todas las teorías, si buscamos confirmaciones.
  2. Las confirmaciones deben contar solo si son el resultado de predicciones arriesgadas; es decir, si, no iluminados por la teoría en cuestión, deberíamos haber esperado un evento que fuera incompatible con la teoría, un evento que habría refutado la teoría.
  3. Toda teoría científica "buena" es una prohibición: prohíbe que sucedan ciertas cosas. Cuanto más prohíbe una teoría, mejor es.
  4. Una teoría que no es refutable por ningún evento concebible no es científica. La irrefutabilidad no es una virtud de una teoría (como suele pensarse la gente) sino un vicio.
  5. Toda prueba genuina de una teoría es un intento de falsificarla o refutarla. La contrastabilidad es falsabilidad; pero hay grados de comprobabilidad: algunas teorías son más comprobables, más expuestas a la refutación que otras; toman, por así decirlo, mayores riesgos.
  6. La evidencia confirmatoria no debe contar excepto cuando es el resultado de una prueba genuina de la teoría; y esto significa que puede presentarse como un intento serio pero fallido de falsear la teoría. (Ahora hablo en tales casos de "evidencia que corrobora".)
  7. Algunas teorías genuinamente comprobables, cuando se descubre que son falsas, aún pueden ser defendidas por sus admiradores, por ejemplo, introduciendo post hoc (después del hecho) alguna hipótesis o suposición auxiliar, o reinterpretando la teoría post hoc de tal manera que se escape. refutación. Tal procedimiento siempre es posible, pero salva a la teoría de la refutación sólo al precio de destruir, o al menos rebajar, su estatus científico, manipulando la evidencia. La tentación de manipular puede minimizarse si primero se toma el tiempo de escribir el protocolo de prueba antes de embarcarse en el trabajo científico.

Popper resumió estas afirmaciones diciendo que el criterio central del estatus científico de una teoría es su "falsabilidad, refutación o comprobabilidad". Haciéndose eco de esto, Stephen Hawking afirma: "Una teoría es una buena teoría si satisface dos requisitos: debe describir con precisión una gran clase de observaciones sobre la base de un modelo que contiene solo unos pocos elementos arbitrarios, y debe hacer predicciones definidas sobre los resultados de futuras observaciones". También analiza la naturaleza "no demostrable pero falsable" de las teorías, que es una consecuencia necesaria de la lógica inductiva, y que "puedes refutar una teoría al encontrar incluso una sola observación que no esté de acuerdo con las predicciones de la teoría".

Varios filósofos e historiadores de la ciencia han argumentado, sin embargo, que la definición de teoría de Popper como un conjunto de afirmaciones falsables es incorrecta porque, como ha señalado Philip Kitcher, si se adoptara una visión estrictamente popperiana de la "teoría", las observaciones de Urano cuando se descubierto en 1781 habría "falsificado" la mecánica celeste de Newton. Más bien, la gente sugirió que otro planeta influyó en la órbita de Urano, y esta predicción finalmente se confirmó.

Kitcher está de acuerdo con Popper en que "Seguramente hay algo correcto en la idea de que una ciencia puede tener éxito solo si puede fallar". También dice que las teorías científicas incluyen afirmaciones que no se pueden falsificar y que las buenas teorías también deben ser creativas. Insiste en que veamos las teorías científicas como una "colección elaborada de declaraciones", algunas de las cuales no son falsables, mientras que otras, las que él llama "hipótesis auxiliares", sí lo son.

Según Kitcher, las buenas teorías científicas deben tener tres características:

  1. Unidad: "Una ciencia debe estar unificada... Las buenas teorías consisten en una sola estrategia de resolución de problemas, o una pequeña familia de estrategias de resolución de problemas, que se pueden aplicar a una amplia gama de problemas".
  2. Fecundidad: "Una gran teoría científica, como la de Newton, abre nuevas áreas de investigación... Porque una teoría presenta una nueva forma de mirar el mundo, puede llevarnos a hacernos nuevas preguntas, y así emprender nuevas y fructíferas líneas de indagación... Típicamente, una ciencia floreciente es incompleta. En cualquier momento, plantea más preguntas de las que actualmente puede responder. Pero lo incompleto no es un vicio. Por el contrario, lo incompleto es la madre de la fecundidad... Una buena teoría debería ser productiva; debe plantear nuevas preguntas y suponer que esas preguntas pueden responderse sin renunciar a sus estrategias de resolución de problemas".
  3. Hipótesis auxiliares que son comprobables de forma independiente: "Una hipótesis auxiliar debe ser comprobable independientemente del problema particular que se presenta para resolver, independientemente de la teoría que está diseñada para salvar". (Por ejemplo, la evidencia de la existencia de Neptuno es independiente de las anomalías en la órbita de Urano).

Al igual que otras definiciones de teorías, incluida la de Popper, Kitcher deja claro que una teoría debe incluir enunciados que tengan consecuencias observacionales. Pero, como la observación de irregularidades en la órbita de Urano, la falsificación es sólo una posible consecuencia de la observación. La producción de nuevas hipótesis es otro resultado posible e igualmente importante.

Analogías y metáforas

El concepto de teoría científica también se ha descrito utilizando analogías y metáforas. Por ejemplo, el empirista lógico Carl Gustav Hempel comparó la estructura de una teoría científica con una "red espacial compleja":

Sus términos están representados por los nudos, mientras que los hilos que conectan estos últimos corresponden, en parte, a las definiciones y, en parte, a las hipótesis fundamentales y derivadas incluidas en la teoría. Todo el sistema flota, por así decirlo, sobre el plano de observación y está anclado a él por las reglas de interpretación. Estos pueden ser vistos como hilos que no son parte de la red pero vinculan ciertos puntos de esta última con lugares específicos en el plano de observación. En virtud de estas conexiones interpretativas, la red puede funcionar como una teoría científica: a partir de ciertos datos observacionales, podemos ascender, a través de una cuerda interpretativa, a algún punto de la red teórica, y de ahí proceder, a través de definiciones e hipótesis, a otros puntos, desde donde otra cuerda interpretativa permite descender al plano de observación.

Michael Polanyi hizo una analogía entre una teoría y un mapa:

Una teoría es algo distinto de mí mismo. Puede establecerse sobre el papel como un sistema de reglas, y es una teoría tanto más verdadera cuanto más completa pueda ser expresada en tales términos. La teoría matemática alcanza la más alta perfección a este respecto. Pero incluso un mapa geográfico encarna plenamente en sí mismo un conjunto de reglas estrictas para orientarse a través de una región de experiencia desconocida de otro modo. De hecho, toda teoría puede considerarse como una especie de mapa extendido en el espacio y el tiempo.

Una teoría científica también puede considerarse como un libro que captura la información fundamental sobre el mundo, un libro que debe investigarse, escribirse y compartirse. En 1623, Galileo Galilei escribió:

La filosofía [es decir, la física] está escrita en este gran libro —me refiero al universo— que está continuamente abierto a nuestra mirada, pero no puede entenderse a menos que uno primero aprenda a comprender el lenguaje e interpretar los caracteres en los que está escrito. Está escrito en el lenguaje de las matemáticas, y sus caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas, sin las cuales es humanamente imposible entender una sola palabra; sin estos, uno está deambulando en un laberinto oscuro.

La metáfora del libro también podría aplicarse en el siguiente pasaje, del filósofo de la ciencia contemporáneo Ian Hacking:

Yo mismo prefiero una fantasía argentina. Dios no escribió un Libro de la Naturaleza del tipo que imaginaron los antiguos europeos. Escribió una biblioteca borgiana, cada libro de la cual es lo más breve posible, pero cada libro de la cual es inconsistente con los demás. Ningún libro es redundante. Para cada libro hay una parte de la Naturaleza accesible al ser humano, de modo que ese libro, y ningún otro, hace posible la comprensión, la predicción y la influencia de lo que está sucediendo... Leibniz dijo que Dios eligió un mundo que maximizaba la variedad de fenómenos mientras elegía la leyes más simples. Exactamente así: pero la mejor manera de maximizar los fenómenos y tener leyes más simples es tener leyes inconsistentes entre sí, cada una de las cuales se aplica a esto o aquello, pero ninguna se aplica a todas.

En física

En física, el término teoríase usa generalmente para un marco matemático, derivado de un pequeño conjunto de postulados básicos (generalmente simetrías, como la igualdad de ubicaciones en el espacio o en el tiempo, o la identidad de los electrones, etc.), que es capaz de producir predicciones experimentales para una categoría determinada de sistemas físicos. Un buen ejemplo es el electromagnetismo clásico, que abarca los resultados derivados de la simetría de calibre (a veces llamada invariancia de calibre) en forma de algunas ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell. Los aspectos matemáticos específicos de la teoría electromagnética clásica se denominan "leyes del electromagnetismo", lo que refleja el nivel de evidencia consistente y reproducible que las respalda. Dentro de la teoría electromagnética en general, existen numerosas hipótesis sobre cómo se aplica el electromagnetismo a situaciones específicas. Muchas de estas hipótesis ya se consideran adecuadamente probadas, con otras nuevas siempre en desarrollo y quizás no probadas. Un ejemplo de esto último podría ser la fuerza de reacción de la radiación. A partir de 2009, sus efectos sobre el movimiento periódico de cargas son detectables en sincrotrones, pero solo comoefectos promediados en el tiempo. Algunos investigadores ahora están considerando experimentos que podrían observar estos efectos a nivel instantáneo (es decir, no promediados en el tiempo).

Ejemplos

Tenga en cuenta que muchos campos de investigación no tienen teorías con nombres específicos, por ejemplo, biología del desarrollo. El conocimiento científico fuera de una teoría nombrada aún puede tener un alto nivel de certeza, dependiendo de la cantidad de evidencia que lo respalde. También tenga en cuenta que dado que las teorías extraen evidencia de muchos campos, la categorización no es absoluta.