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Sobre leyes y teorías científicas

19 de abril de 2017

José Antonio Acevedo-Díaz
Inspector de Educación jubilado. Huelva, España
Resumen: En este documento de trabajo se aborda, primero, el significado distinto de teorías y leyes de la ciencia, así como sus estatus epistemológicos diferentes. Segundo, se discute brevemente el carácter peculiar de las leyes de la biología en comparación con las leyes de la física o la química.

Estatus de las teorías y leyes científicas

De manera general, las leyes científicas son declaraciones descriptivas de relaciones entre fenómenos observables, mientras que las teorías científicas son explicaciones que se infieren de fenómenos observables o regularidades en esos fenómenos (Abd-El-Khalick, 2012).
Las teorías científicas son sistemas explicativos con consistencia interna, que están bien establecidos y justificados (Abd-El-Khalick, 2012). Según Lederman, Abd-El-Khalick, Bell y Schwartz (2002: 50):

Las teorías sirven para explicar grandes conjuntos de observaciones, aparentemente no relacionadas, en más de un campo de investigación. Por ejemplo, la teoría molecular cinética permite explicar fenómenos relacionados con los cambios en los estados físicos de la materia, las velocidades de las reacciones químicas, y otros fenómenos relacionados con el calor y su transferencia. De mayor importancia aún es que las teorías tienen un papel relevante en la generación de problemas de investigación y en la orientación de investigaciones futuras. Las teorías científicas a menudo se basan en un conjunto de supuestos o axiomas y postulan la existencia de entidades no observables. Por tanto, las teorías no pueden probarse directamente. Solo se pueden usar pruebas indirectas para apoyar a las teorías y establecer su validez. Los científicos hacen predicciones concretas a partir de las teorías, y las comprueban enfrentándolas a datos tangibles. Un acuerdo entre tales predicciones y la evidencia empírica permite aumentar el nivel de confianza en la teoría.

Un malentendido frecuente sobre la naturaleza del conocimiento científico se refiere a la relación entre leyes y teoría científicas. Muchas personas creen que “con más evidencia hay una secuencia de desarrollo mediante la cual las ideas científicas recorren un camino hacia la aceptación final como leyes maduras” (McComas, 1998: 54). En la base de esta creencia está la idea inadecuada de que las ideas científicas se desarrollan partiendo de hipótesis hasta las teorías y, si estas se confirman experimentalmente varias veces por científicos diferentes, hasta constituir leyes de la ciencia. Ello sugiere, así mismo, que las leyes son superiores a las teorías que las precedieron (McComas, 2004). Tal secuencia ignora el estatus epistemológico diferente de hipótesis, teorías y leyes. Con pruebas que las apoyen, las hipótesis pueden convertirse en teorías o en leyes, pero la relación entre teorías y leyes científicas no es jerárquica porque sus finalidades son distintas y son diferentes tipos de conocimiento (Abd-El-Khalick, 2012; Acevedo-Díaz, Vázquez-Alonso, Manassero-Mas y Acevedo-Romero, 2007).

Un ejemplo para distinguir entre leyes y teorías científicas sería el siguiente. Las leyes de los gases ideales (leyes de Boyle-Mariotte, Charles, y Gay-Lussac) establecen relaciones claras entre el volumen, la temperatura y la presión de los gases, pero sin intentar explicar estas relaciones. En cambio, la teoría molecular cinética sí permite explicarlas. En su proyecto The Story Behind the Science: Bringing Science and Scientists to Life: https://www.storybehindthescience.org/, Clough (2011) proporciona algunos materiales de historia de la ciencia para la enseñanza de la naturaleza de la ciencia que abordan el asunto de las leyes y las teorías científicas. En concreto, véanse los titulados: Data Do Not Speak: The Development of a Mechanism for Continental Drift, The Role of Theory: Pendulum, Time Measurement, and the Shape of the Earth, Pendulum Motion: The Value of Idealization in Science, y A Puzzle with Many Pieces: Development of the Periodic Table. Así mismo, McComas y Kampourakis (2015) también dan diversos ejemplos de historia de la ciencia para mostrar que las leyes y las teorías son dos tipos de conocimiento científico distintos, y que no están jerárquicamente relacionados.

Ryan y Aikenhead (1992) encontraron que la mayoría de los estudiantes de bachillerato canadienses interpretaban bastante mal las nociones de hipótesis, teoría y ley, así como su papel diferente en las investigaciones científicas. Esos estudiantes creían que las teorías suficientemente probadas se convertían en leyes, ignorando que ambas tienen un estatus epistemológico distinto; es decir, que son tipos de conocimiento científico diferentes. Las leyes científicas describen fenómenos naturales, mientras que las teorías científicas los explican. Con otras palabras, las leyes son generalizaciones o patrones en la naturaleza, mientras que las teorías son explicaciones de por qué las leyes funcionan así (McComas, 2004).

Esta creencia inadecuada sobre teorías y leyes científicas también fue encontrada por Vázquez y Manassero (1997) en alrededor de la mitad de los casos de un estudio realizado en Mallorca (España). No obstante, Vázquez, Acevedo y Manassero (2006) informaron posteriormente de la mejora significativa de este aspecto durante un curso de formación inicial del profesorado de ciencia de Educación Secundaria.

En otro curso de formación inicial del profesorado de ciencia de Educación Secundaria, se utilizó una narración de la controversia entre Pasteur y Liebig sobre la fermentación para aprender algunos aspectos de naturaleza de la ciencia. Una de las cuestiones formuladas versaba sobre las teorías científicas. Se encontró que 3 de los 8 grupos de trabajo formados dieron respuestas, en sus informes finales, coherentes con la idea adecuada de que “las leyes y teorías científicas son conocimientos científicos diferentes; por tanto, ambas tienen distinto estatus epistemológico y no guardan una relación jerárquica”. Hay que destacar que ningún grupo lo había hecho inicialmente (García-Carmona y Acevedo, 2017).

Del mismo modo que muchos estudiantes de secundaria, profesores y ciudadanos en general, bastantes científicos suscriben también una relación jerárquica entre teorías y leyes científicas (Wong y Hodson, 2009). Por ejemplo, en una entrevista realizada por estos autores, un físico experimental de partículas expresó lo siguiente:

Por lo que yo entiendo, una teoría científica se convertirá en una ley científica cuando sea probada por un número considerable de experimentos con exactitudes razonables. En física, Einstein publicó por primera vez la teoría de la Relatividad Especial en 1905, pero hoy es una ley tanto como la conservación de la energía y el impulso, como lo han demostrado muchos experimentos y probablemente todos los días en nuestro acelerador. (Wong & Hodson, 2009: 122).

Los científicos entrevistados por Wong y Hodson (2009) reconocieron que no habían reflexionado antes sobre el significado de términos como ley y teoría. Así mismo, estos autores señalan que:

[...] una supuesta “comprensión inadecuada” de la terminología tan reverenciada por algunos filósofos de la ciencia, y por muchos profesores de ciencias e investigadores de la educación científica, no afecta a la capacidad de los científicos para llevar a cabo la investigación. (Wong y Hodson, 2009: 122).

No comparto la posición manifestada al respecto por los autores anteriores. Primero, aunque la comprensión inadecuada entre ley y teoría científicas no afecte a la capacidad de los científicos para hacer buenas investigaciones, es necesario recordar que no es lo mismo investigar en ciencias que reflexionar sobre la naturaleza de las investigaciones científicas.

Segundo, y más importante aún, no se debe confundir la ciencia académica con la ciencia escolar, pues son dominios bien diferentes. Considero que la distinción entre una teoría científica y una ley científica es relevante en una educación científica destinada a la alfabetización científica para todas las personas. En efecto, el uso cotidiano de la noción de “teoría” hace referencia a una conjetura, una idea que es especulativa o no ha sido probada 1, lo que se aproxima más bien a la noción de hipótesis científica. Por el contrario, una teoría científica permite explicar y predecir fenómenos naturales. Las teorías científicas son una guía para la investigación científica, aunque tengan un carácter provisional o tentativo. En cambio, la noción de “ley” sugiere un término mejor establecido y más aceptado. Así mismo, tampoco se tiene en cuenta que las leyes científicas no son verdades absolutas 2.

Valga el siguiente ejemplo para ilustrar lo que sostengo. Mediante el uso cotidiano –y manipulador– de estos términos, los creacionistas cuestionan la teoría de la evolución porque, según ellos, no es una ley científica sino simplemente una “teoría”.

Por último, comentaré algo sobre el origen del término leyes científicas. En su libro Science and Religion: Some Historical Perspectives, John Hedley Brooke, un historiador de la Universidad de Oxford especialista en las relaciones entre ciencia y religión, hace una breve referencia a este asunto:

[…] cuando los filósofos [naturales] se referían a las leyes de la naturaleza, no estaban siendo completamente objetivos en la elección de la metáfora. Estas leyes eran el resultado de la intervención de una deidad inteligente. De este modo, el filósofo René Descartes insistió en qué él estaba descubriendo las leyes que Dios había puesto en la naturaleza. Más adelante, Newton declararía que la regulación del sistema solar suponía la presuposición de la dominación de un ser inteligente y poderoso […] (Brooke, 1991, el añadido entre corchetes es mío).

El concepto de un Dios creador se mantuvo en la sociedad prácticamente intacto durante el siglo XVII hasta bien entrado el siglo XVIII, lo que condicionó a los científicos (filósofos naturales) a la hora de exponer sus conclusiones. Por ejemplo, Newton y la mayoría de sus coetáneos eran creyentes, por lo que sus estudios estuvieron dirigidos a describir las leyes de la naturaleza designadas por Dios. En general, su propósito no era explicar la naturaleza sino describirla. Avances como la ley de la gravitación universal solo pretendía ser una descripción de una ley “escrita” por Dios, y que por tanto es absoluta, obviando por completo la posibilidad de que más tarde pudiera demostrarse que no fuera válida o estuviera incompleta. Sin embargo, la ciencia admite hoy que tanto sus teorías como sus leyes pueden ser refutadas por los experimentos y que, de acuerdo con Popper (1962, 1974), ni unas ni otras son absolutas (McComas, 1998; Vázquez, Acevedo, Manassero y Acevedo, 2001).

Las leyes científicas en biología

¿Por qué hay tan pocas leyes científicas en biología?

Se ha señalado a menudo que las leyes científicas de la biología no son del mismo tipo que en las demás ciencias experimentales; las reglas para su aplicación son algo distintas de las aplicadas en física o química (McComas, 1998). Crick (1989), que elucidó con Watson la estructura molecular y el papel genético del ADN, lo expresa con claridad meridiana en su libro Qué loco propósito. Una visión personal del descubrimiento científico:

[…] La física es también diferente porque sus resultados pueden ser expresados con poderosas y profundas leyes generales que a menudo parecen contradecir la intuición general. En biología no hay nada parecido a la relatividad especial o general, ni a la electrodinámica cuántica o incluso a sencillas leyes de conservación como son las de la mecánica newtoniana: la conservación de la energía, de la cantidad de movimiento o del momento angular. La biología tiene sus «leyes», como las de la genética mendeliana, pero a menudo no son más que generalizaciones muy amplias con significativas excepciones. Se cree que las leyes de la física son las mismas en cualquier parte del universo. Es improbable que esto pueda aplicarse a la biología. No tenemos ni idea de en qué se parecerá la biología extraterrestre (si existe) a la nuestra […] (Crick, 1989: 158).

La controversia entre los filósofos acerca de la adecuación o significado del concepto de ley en biología es demasiado compleja para abordarla aquí, por lo que daré solo un apunte de la contribución de Ernst Mayr al debate.

Mayr (2004) sostiene que las leyes tienen un papel bastante pequeño en la construcción teórica en biología si se compara con la física o la química:

La razón principal de la menor importancia de las leyes en la formación de una teoría biológica es tal vez el mayor papel que desempeñan el azar y la aleatoriedad en los sistemas biológicos. Otras razones del pequeño papel de las leyes son la singularidad de un gran porcentaje de fenómenos en los sistemas vivos, así como la naturaleza histórica de los acontecimientos [que inciden en los sistemas vivos]. (Mayr, 2004: 28; el añadido entre corchetes es mío).

Así mismo, Mayr resalta que:

[…] todos los procesos biológicos difieren fundamentalmente en un aspecto de todos los procesos del mundo inanimado; los primeros están sujetos a una causalidad doble. En contraste con los procesos puramente físicos, los biológicos están controlados no solo por las leyes naturales sino también por programas genéticos. Esta dualidad proporciona una clara demarcación entre los procesos inanimados y vivos. (Mayr, 2004: 30).

Mayr sostiene también que las teorías biológicas están basadas sobre todo en conceptos (por ejemplo, selección, especiación, adaptación, población, ecosistema, etc.), en la delimitación de su significado y en el establecimiento de relaciones entre los mismos. De este modo, establece una diferencia esencial entre las teorías biológicas y las físicas: “[…] una de las diferencias más fundamentales […] es que las teorías de la biología se basan generalmente en conceptos, mientras que en las ciencias físicas se basan en leyes naturales.” (Mayr, 2004: 30).

Así mismo, Dhar y Giuliani (2010) sostienen que las leyes en biología se construyen de manera diferente a las leyes de la física o de la química; mientras que en biología se parte de las observaciones a la abstracción (o imaginación), sucede a menudo al revés en física y en química.

En el ámbito de la educación científica, también se ha tratado la cuestión de si una ley en biología tiene el mismo significado que una ley en física o en química. Por ejemplo, Dagher (2014: 210) ha señalado que: “A diferencia de la física, que incluye un gran número de leyes a priori, la biología tiene menos referencias a leyes caracterizadas de empíricas por los filósofos de la ciencia. . Y McComas (2015: 489) apostilla:

Una diferencia importante entre el funcionamiento de las leyes en biología y en otras ciencias se refiere a la expectativa de generalización. Quien espere que una “ley” en biología se pueda aplicar el 100% de las veces se decepcionará con frecuencia […] A pesar de que las leyes en química y física se acercan mucho más al 100% de la aplicabilidad aún podemos tener leyes en las ciencias de la vida, teniendo en cuenta que una ley biológica y una ley física son algo diferentes. […] Como biólogo, diría que estos casos especiales hacen que la ciencia de la biología sea más interesante, más integrada y más dinámica de lo que algunos llaman las “ciencias duras”.

Referencias

Abd-El-Khalick, F. (2012). Examining the sources for our understandings about science: Enduring conflations and critical issues in research on nature of science in science education. International Journal of Science Education, 34(3), 353-374.
Acevedo, J. A., Vázquez, A., Manassero, M. A. y Acevedo, P. (2007a). Consensos sobre la naturaleza de la ciencia: aspectos epistemológicos. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 4(2), 202-225.
Brooke, J. H. (1991). Science and Religion: Some Historical Perspectives. Cambridge, UK: Cambridge University Press.
Clough, M. P. (2011). The Story Behind the Science: Bringing Science and Scientists to Life in Post-Secondary Science Education. Science & Education, 20(7-8), 701-717.
Crick, F. (1989). Qué loco propósito. Una visión personal del descubrimiento científico. Barcelona: Tusquets.
Dagher, Z. R. (2014). The Relevance of History of Biology to Teaching and Learning in the Life Sciences: The Case of Mendel’s Laws. Interchange, 45(3-4), 205-216.
Dagher, Z. R. & Erduran, S. (2014). Laws and explanations in biology and chemistry: Philosophical perspectives and educational implications. In M. Matthews (Ed.), International handbook of research in history and philosophy for science and mathematics education (pp. 1203-1233). Dordrecht: Springer.
Dhar, P. & Giuliani, A. (2010). Laws of biology: Why so few? Systems and Synthetic Biology, 4, 7-13.
García-Carmona, A. y Acevedo-Díaz, J. A. (2017). Understanding the nature of science through a critical and reflective analysis of the controversy between Pasteur and Liebig on fermentation. Science & Education, DOI: 10.1007/s11191-017-9876-4
Lederman, N. G., Abd-El-Khalick, F., Bell, R. L. & Schwartz, R. S. (2002). Views of nature of science questionnaire: Towards valid and meaningful assessment of learners’ conceptions of nature of science. Journal of Research in Science Teaching, 39(6), 497-521.
Mayr, E. (2004). What Makes Biology Unique? Considerations on the autonomy of a scientific discipline. New York, NY: Cambridge University Press.
McComas, W. F. (1998). The principal elements of the nature of science: Dispelling the myths. In W. F. McComas (Ed.), The Nature of Science in Science Education: Rationales and Strategies (pp. 53-70). Dordrecht: Kluwer Academic.
McComas, W. F. (2004). Keys to teaching the nature of science: Focusing on the nature of science in the science classroom. The Science Teacher, 71(9), 24-27.
McComas, W. F. (2015). The Nature of Science & the Next Generation of Biology Education. The American Biology Teacher, 77(7), 485-491.
McComas, W. F. & Kampourakis, K. (2015). Using the History of Biology, Chemistry, Geology, and Physics to illustrate general aspects of Nature of Science. Review of Science, Mathematics and ICT Education, 9(1), 47-76.
Popper, K. R. (1962). La lógica de la investigación científica. Madrid: Tecnos.
Popper, K. R. (1974). Conocimiento objetivo. Madrid: Tecnos.
Ryan, A. G. & Aikenhead, G. S. (1992). Students’ preconceptions about the epistemology of Science. Science Education, 76(6), 559-580.
Vázquez, A. (1997). Actitudes y valores relacionados con la ciencia, la tecnología y la sociedad en alumnado y profesorado. Implicaciones para la educación de las actitudes. Memoria final de investigación. MEC/CIDE: Madrid.
Vázquez, A., Acevedo, J. A. y Manassero, M. A. (2006). Aplicación del Cuestionario de Opiniones CTS con una nueva metodología en la evaluación de un curso de formación CTS del profesorado. Tarbiya, 37, 31-65.
Vázquez, A., Acevedo, J. A., Manassero, M. A. y Acevedo, P. (2001). Cuatro paradigmas básicos sobre la naturaleza de la ciencia. Argumentos de Razón Técnica, 4, 135-176.
Wong, S. L. & Hodson, D. (2009). From the horse’s mouth: What scientists say about scientific investigation and scientific knowledge. Science Education, 93(1), 109-130.

José Antonio Acevedo-Díaz
Inspector de Educación jubilado. Huelva, España
e-mail: ja.acevedodiaz@gmail.com

Notas


(1) Según la versión en línea del DRAE, la primera acepción de “teoría” es “Conocimiento especulativo considerado con independencia de toda aplicación” : http://dle.rae.es/?id=ZVMWXKy

(2) Según la versión en línea del DRAE, la primera acepción de “ley” es “Regla fija a la que está sometido un fenómeno de la naturaleza” : http://dle.rae.es/?id=NDJCjq8

(3) Para una discusión más amplia desde el punto de vista de la educación científica, véase Dagher y Erduran (2014).

Nota: La Comunidad de Educadores para la Cultura Científica es una iniciativa de adhesión libre y gratuita de la OEI a través de IBERCIENCIA. Abiera en julio de 2009, desde 2012 funciona con el decidido apoyo de la Consejería de Economía y Conocimiento de la Junta de Andalucía


 

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