Los resultados experimentales no determinan por completo el conocimiento científico

En el artículo anterior hemos visto cómo, a partir del falsacionismo sofisticado, es posible, si vamos más allá de la propuesta de Popper asignando grados de confianza a las distintas hipótesis, derivar las reglas de la inferencia bayesiana. Las hipótesis y teorías científicas deben ser falsables, deben poderse someter a pruebas experimentales y la introducción de los nuevos resultados experimentales en las reglas de la inferencia bayesiana nos dice que la forma en que avanza la ciencia es mediante la confirmación de conjeturas audaces y la falsación de las conjeturas prudentes. En este artículo nos planteamos la siguiente pregunta: ¿nos proporciona el criterio falsacionista una guía realista sobre cómo distinguir una teoría científica de otra que no lo es?

En primer lugar, el criterio falsacionista para que una hipótesis o teoría pueda considerarse científica está siendo usado incorrectamente para atacar construcciones que son perfectamente aceptables como teorías científicas, como la teoría de cuerdas o el paradigma inflacionario, por el hecho de contener un gran número de elementos que no pueden ser medidos o falsados. Ya hemos visto en el artículo anterior que el postulado reduccionista de los positivistas:

• "Sólo tienen sentido las afirmaciones que sean comprobables experimentalmente o que se deduzcan lógicamente de afirmaciones comprobables experimentalmente."

era demasiado restrictivo para delimitar ciencia de lo que no es. Si nos tomáramos al pie de la letra este postulado, habría que declarar a la mayor parte del conocimiento científico actual como "carente de significado". De hecho, los científicos nunca trabajan de acuerdo con ese postulado reduccionista, sino con otro menos restrictivo:

• "Si algo no se puede definir operacionalmente a partir de los "hechos" de la experiencia, entonces es perfectamente legítimo construir teorías en las que ese algo no tiene significado físico, pero no estamos obligados a ello."

No se puede exigir a una teoría, como hacen muchos falsacionistas, que los elementos que no te gustan sean directamente contrastables con la experiencia. Si no es así, eso no es una debilidad de la teoría. Si existe una teoría del todo, no tenemos garantías de que ésta tenga necesariamente que poder ser comprobada con dispositivos que podamos imaginar hoy en día, ni mucho menos con aparatos que sean fáciles de construir [Motl2015]. Las teorías verdaderamente interesantes están normalmente localizadas en la frontera donde las cosas empiezan a no poderse comprobar experimentalmente.

En segundo lugar, en rigor ninguna hipótesis ni teoría sería científica según el criterio falsacionista, ya que ninguna es falsable, sino que lo que realmente es falsable es la totalidad del conocimiento científico. Por tanto, el criterio falsacionista para distinguir ciencia de pseudociencia es, como todos los demás intentos que se han hecho de establecer un método científico ahistórico y universal, tan estricto que, si se aplicara rigurosamente, nos impediría hacer ciencia. Vamos a dedicar el resto del artículo a explicar este punto.

Las hipótesis auxiliares

Una hipótesis o incluso una teoría científica completa consta de un conjunto de enunciados universales. Pero ya hemos indicado que para someter a prueba experimental una teoría es necesario aumentar siempre ésta mediante supuestos auxiliares tales como leyes o teorías que rigen el comportamiento de los instrumentos utilizados. Además es necesario añadir condiciones iniciales tales como una descripción del marco experimental y la formulación de hipótesis auxiliares acerca de cómo influyen las condiciones en las que se realiza el experimento en el resultado de éste. Si el experimento da lugar a un resultado negativo, todo lo que la lógica de la situación nos dice es que una de las premisas debe ser falsa. Pero, ¿cuál? ¿Cómo podemos falsar de manera concluyente una teoría?

Hoy en día sabemos que, en rigor, no se puede. Cualquier experimento cuyo resultado parezca estar falsando la hipótesis principal que se pretendía testar podría en realidad estar falsando alguna de las hipótesis auxiliares. Todo lo que nos dice el resultado del experimento es que alguna de las hipótesis no se cumple, pero no sabemos cuál. De hecho, puede ocurrir, y ha ocurrido, que la hipótesis que no es correcta sea una hipótesis auxiliar que ni siquiera el científico había hecho explícita, de tal forma que ni siquiera se le puede pasar por la cabeza al científico que esa hipótesis podría estar mal. Por ejemplo, experimentos como el de Michelson-Morley o los que permitían obtener los espectros atómicos parecían indicarnos que la teoría electromagnética era falsa. Sin embargo, resultó que en ambos lo que era falsa era una hipótesis auxiliar que los científicos aceptaban como una verdad incuestionable. Esta hipótesis incorrecta era, en el primer caso, que el tiempo es el mismo en todos los sistemas de referencia, y en el segundo que los electrones que giran en torno a los núcleos de los átomos lo hacen siguiendo trayectorias bien definidas. Parecen tan evidentes que a nadie se le ocurrió escribir "este experimento concluye esto siempre y cuando las partículas en su movimiento tengan asociada una trayectoria".

Por tanto, lo que Bacon llamaba "experimentos cruciales", aquellos que permiten determinar sin ambigüedad cuál de dos teorías competidoras es más cercana a la realidad, no son, en rigor, posibles, ya que puede ocurrir que un conjunto distinto de hipótesis auxiliares puedan hacer que la teoría que se pretende testar cambie su predicción sobre qué ocurrirá en el experimento. Y los científicos nunca están seguros al 100% de que hayan tenido ya en cuenta todas las posibilidades.

Es decir, los científicos no trabajan siguiendo una metodología falsacionista. Si se encuentran un "hecho experimental" que parece estar en contradicción con la teoría en la que están trabajando, no siempre abandonan inmediatamente esa teoría. Lakatos [1978] utiliza el siguiente ejemplo imaginario para argumentar que siempre es posible salvar a la teoría de resultados experimentales negativos, de tal forma que la elección entre teorías no está determinada unívocamente por los resultados experimentales: 

"La historia se refiere a un caso imaginario de conducta anómala de un planeta. Un físico de la era preeinsteiniana combina la mecánica de Newton y su ley de gravitación (N) con las condiciones iniciales aceptadas (I) y calcula mediante ellas la ruta de un pequeño planeta que acaba de descubrirse, p. Pero el planeta se desvía de la ruta prevista. ¿Considera nuestro físico que la desviación estaba prohibida por la teoría de Newton y que, por ello, una vez confirmada tal ruta, queda refutada la teoría N? No. Sugiere que debe existir un planeta hasta ahora desconocido, p', que perturba la ruta de p. Calcula la masa, órbita, etc., de ese planeta hipotético y pide a un astrónomo experimental que contraste su hipótesis. El planeta p' es tan pequeño que ni los mayores telescopios existentes podrían observarlo: el astrónomo experimental solicita una ayuda a la investigación para construir uno aún mayor. Tres años después el nuevo telescopio ya está disponible. Si se descubriera el planeta desconocido p', ello sería proclamado como una nueva victoria de la ciencia newtoniana. Pero no sucede así. ¿Abandona nuestro científico la teoría de Newton y sus ideas sobre el planeta perturbador? No. Sugiere que una nube de polvo cósmico nos oculta el planeta. Calcula la situación y propiedades de la nube y solicita una ayuda a la investigación para enviar un satélite con objeto de contrastar sus cálculos. Si los instrumentos del satélite (probablemente nuevos, fundamentados en una teoría poco contrastada) registraran la existencia de la nube conjeturada, el resultado sería pregonado como una gran victoria de la ciencia newtoniana. Pero no se descubre la nube. ¿Abandona nuestro científico la teoría de Newton junto con la idea del planeta perturbador y la de la nube que lo oculta? No. Sugiere que existe un campo magnético en esa región del universo que inutilizó los instrumentos del satélite. Se envía un nuevo satélite. Si se encontrara el campo magnético, los newtonianos celebrarían una victoria sensacional. Pero ello no sucede. ¿Se considera este hecho una refutación de la ciencia newtoniana? No. O bien se propone otra ingeniosa hipótesis auxiliar o bien... toda la historia queda enterrada en los polvorientos volúmenes de las revistas y nunca vuelve a ser mencionada".

Siempre es posible proteger a un enunciado o a una teoría entera de la falsación desviando la falsación hacia otra parte de la red de supuestos, y hacer esto o no es una decisión que los científicos continuamente toman en base a criterios que no son siempre ni estrictamente racionales ni objetivos, como, por ejemplo, la fe que puedan tener en que esa teoría acabe resolviendo los problemas en los que están trabajando, diversos prejuicios filosóficos, la aceptación que esa decisión tenga por el resto de la comunidad científica o su futuro laboral. De hecho, los trabajos de T.S. Kuhn [Kuhn1962] ) y P. Feyerabend [Feyerabend1975] han demostrado que no sólo los científicos en el pasado han conseguido progresar ignorando falsaciones claras, sino que el progreso científico mismo sería imposible si los científicos abandonasen una teoría ante las primeras pruebas experimentales en contra. Este "dogmatismo" también juega un papel importante en la ciencia, ya que permite que algunos científicos sigan trabajando y desarrollando hipótesis y teorías que al principio estaban en desventaja respecto a otras, pero que, tras desarrollarse, se acaban imponiendo como más adecuadas para comprender la realidad.

La tesis de Duhem-Quine

Es llamativo que, bastantes años antes de que Popper desarollara el falsacionismo como su propuesta de método de la ciencia, el físico francés Pierre Duhem [1906] ya se había dado cuenta de que ninguna hipótesis científica se puede comprobar experimentalmente en completo aislamiento, sino sólo junto a otras hipótesis teóricas más otras hipótesis auxiliares. Posteriormente, el filósofo norteamericano W. V. O. Quine, en el que se considera el artículo más importante del siglo XX en filosofía [Quine1951] llegó a una conclusión similar a la de Duhem al criticar los dos dogmas del empirismo lógico o positivismo: el postulado reduccionista y la distinción entre verdades analíticas (verdades lógico-matemáticas, independientes de los hechos) y verdades sintéticas (basadas en los hechos).

W.V.O. Quine

By (Photo booth?)Stampit at English Wikipedia. [CC BY-SA 2.5-2.0-1.0, GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

En este artículo Quine argumenta que todas las argumentos posibles que se puede proponer para intentar demostrar que los enunciados del tipo "Ningún soltero está casado" son analíticos son en realidad circulares. Podríamos decir que el enunciado es analítico porque, usando "soltero" como sinónimo de "no casado", somos capaces de convertirlo en una tautología. Pero Quine demuestra que el concepto de sinonimia está tan necesitado de explicación como el de analiticidad, ya que todos los intentos de caracterizar conceptualmente "sinonimia" acaban dependiendo de sí mismos o del concepto "analiticidad".

Por ejemplo, un diccionario que traduzca "soltero" por "no casado" no puede resolver el problema, porque los diccionarios son informes que recogen las sinonimias conocidas y, por tanto, dependen de la noción previa de sinonimia.

También podríamos explicar la sinonimia en términos de "intercambialidad": "soltero" puede cambiarse por "no casado" en todas los enunciados sin que por ello cambie el valor de verdad de cada enunciado. Pero Quine demuestra que no es posible hacer esto de forma general garantizando que el motivo por el que el enunciado no ha cambiado su valor de verdad es por su significado y no por casualidad. Por ejemplo, podemos cambiar en todas los enunciados "criatura con corazón" por "criatura con riñón", y no por ello cambiaría su valor de verdad, ya que es un hecho experimental que todas las criaturas con corazón también tienen riñón, pero, entonces, el significado de los enunciados cambiaría, y no podemos decir que "Toda criatura con riñón es una criatura con corazón" sea precisamente un enunciado analítico. Podríamos añadir el adverbio modal "Necesariamente", con lo que sí quedaría claro que "Necesariamente, ningún soltero está casado" es analítico, mientras que "Necesariamente, toda criatura con riñón es criatura con corazón" no lo es porque, al añadir "Necesariamente" se vuelve falso. Pero la noción de necesidad descansa sobre la de analiticidad, con lo que el argumento sería circular.

Otra definición posible sería decir que un enunciado analítico es aquel que está en el caso extremo de que no es necesaria una verificación empírica del mismo, porque queda confirmado independientemente de lo que salga en los experimentos. Pero para eso hace falta aceptar la teoría de la verificación del significado que dice que sólo los enunciados que son empíricamente verificables tienen significado, es decir, habría que aceptar el postulado reduccionista del positivista. Pero el reduccionismo presenta un problema tan intratable como el de la analiticidad, ya que para llevar a cabo la empresa reduccionista es necesario especificar cómo traducir los datos sensibles a los enunciados de nuestro discurso, como intentó sin éxito Carnap [1928]. Carnap fracasó en esta empresa porque no tuvo más remedio que introducir notación lógica, de teoría de conjuntos y de localización en el espacio-tiempo, volviendo de nuevo a la analiticidad que pretendíamos definir.

Ante el fracaso de los positivistas en dar caracterizaciones no circulares de analiticidad y reduccionismo, Quine concluye que ambas nociones no son más que dogmas metafísicos de fe. En vez del reduccionismo, Quine propone que es la totalidad del conocimiento científico lo que es verificable, y no cada enunciado individualmente, porque todos los enunciados en ciencia están interconectados. No son, por tanto, los enunciados los que son falsables, sino la totalidad del conocimiento científico como un todo. Ante una evidencia experimental en contra habrá varias posibilidades de modificar toda la red de teorías e hipótesis para adaptarla a ésta. Un enunciado que es falso en una de estas posibilidades puede ser verdadero en otra. Estas ideas constituyen la denominada tesis de Duhem-Quine.

Por supuesto, hay enunciados, los que antes llamábamos "analíticos", que son menos susceptibles que otros, los que antes llamábamos "sintéticos", de ser modificados ante un resultado experimental en contra, pero, como señala Quine, la diferencia entre los enunciados "analíticos" de las matemáticas y los "sintéticos" de la física no es de naturaleza sino de grado: los resultados experimentales nos dan las condiciones de frontera que tiene que satisfacer la red que constituye todo el conocimiento científico. Los juicios que llamamos "sintéticos" están más cerca de esa frontera, con lo que, cuando hay un cambio en la frontera, al ajustar la red para adaptarse a ese cambio es más probable que los acabemos tocando, pero no tiene sentido hablar del contenido empírico de un enunciado concreto. Las leyes de la lógica dan las relaciones entre los distintos enunciados, pero ellas mismas también son enunciados del sistema y, por tanto, no puede decirse que sean puramente analíticas, que no dependan de la experiencia.

No hay una frontera bien definida entre la metafísica especulativa y la ciencia natural

Acabamos de ver que el abandono de los dos dogmas que habían limitado al empirismo (la distinción entre juicios analíticos y sintéticos y el reduccionismo) llevó a Quine a defender un empirismo más amplio, en el que la totalidad de lo que llamamos conocimiento científico, incluyendo a la matemática y a la lógica pura, no es más que una fábrica construida por el ser humano y que no está en contacto con la experiencia más que a lo largo de sus lados.

Esto hace que, para Quine, los objetos físicos no son más que supuestos que sirven para simplificar el tratamiento de la experiencia, de la misma manera que la introducción de los números irracionales nos permite ir más rápido de una ley de los números racionales a otra ley de los racionales. Los objetos físicos no son más reducibles a la experiencia de lo que son los números irracionales a los racionales, pero su incorporación en las teorías nos permite ir más fácilmente de un suceso de la experiencia a otro. Es decir, los objetos físicos no se definen a partir de la experiencia, sino que son supuestos epistemológicos comparables a los dioses de Homero, y no difieren de éstos en naturaleza, sino en grado: el mito de los objetos físicos es epistemológicamente superior porque ha probado ser mucho más eficaz que el resto de mitos como procedimiento para elaborar una estructura que nos permite manejar mejor el flujo de la experiencia sensible, y por eso hemos de creer en los objetos físicos y no en los dioses. Lo mismo cabe decir de las entidades abstractas que se manejan en matemáticas, son también supuestos convenientes para organizar mejor la experiencia sensible. La ciencia es una prolongación del sentido común que consiste en hinchar la ontología con los objetos físicos y matemáticos para así simplificar la teoría.

Las teoría de los triángulos, la de los cuadrados y la de la estrella predicen los mismos hechos experimentales, a pesar de estar construidas con objetos teóricos distintos.

Respuesta del bayesianismo

Pero, si el conocimiento científico, aun siendo mucho mejor que el de los dioses de Homero, es también un mito ¿qué es lo que lo hace mejor? Si un experimento nos obliga a cambiar la red, ¿qué parte cambiamos? Aunque el falsacionismo no es capaz de dar respuesta al problema de Duhem-Quine, hay autores [Dorling1979, Howson1989] que consideran que la metodología de inferencia bayesiana que hemos descrito en un artículo anterior sí resuelve este problema. Ante una nueva prueba E, para saber qué parte de la red de supuestos tiene la culpa de una falsación aparente basta con introducir en la fórmula de Bayes la probabilidad previa P(H), donde ahora H no es una hipótesis aislada, sino la unión de esa hipótesis con todo el conocimiento de fondo. Es decir, ahora H es todo el entramado de conocimiento científico al que se refería Quine, pero adaptado para incorporar la hipótesis que estamos sometiendo a prueba. De esta manera podemos calcular la probabilidad posterior aplicando:

P(H|E)=P(H)·P(E|H)/P(E)

donde P(E|H) es la probabilidad de que todo el entramado de conocimiento científico implique que E tiene que ocurrir, mientras que P(E) es una estimación de que E ocurra independientemente de que la modificación correcta del conocimiento científico sea H o cualquiera de sus alternativas.

La tesis de Duhem-Quine nos dice que las alternativas supervivientes siempre serán varias, pero, al aplicar la inferencia bayesiana a todas las H's, la fórmula de Bayes mostrará qué supuestos para la totalidad del conocimiento científico se hunden hasta una probabilidad baja, es decir, qué supuestos deberían ser abandonados para maximizar la posibilidad de un éxito futuro, y, por el contrario, qué supuestos son cada vez más prometedores. De hecho, los filósofos de la ciencia defensores de la teoría bayesiana se han defendido mejor a la hora de explicar la racionalidad de las decisiones que han tomado los científicos en el pasado y que se ponían como ejemplos históricos contra el falsacionismo.

Conclusión

Hemos visto que es imposible someter a test experimental una teoría o una hipótesis sin una red auxiliar de supuestos, de forma que, ante un resultado experimental negativo, uno tiene siempre la posibilidad de modificar la estructura de supuestos para salvar a la hipótesis o teoría a prueba de la falsación. Por ello, en rigor, es imposible hablar del contenido empírico de un enunciado aislado. Esto hace que el criterio falsacionista para distinguir ciencia de pseudociencia sea, como todos los demás intentos que se han hecho de establecer un método científico ahistórico y universal, tan estricto que, si se aplicara rigurosamente, nos impediría hacer ciencia.

La imposibilidad de establecer un criterio que, de forma natural, nos permita distinguir qué enunciados del conocimiento científico son analíticos y cuales sintéticos nos impide llevar a la práctica el dogma reduccionista del positivismo de que sólo tienen sentido los enunciados que son comprobables experimentalmente o que se deducen lógicamente de aquellos. Esto nos lleva a considerar a la totalidad del conocimiento científico como una construcción conveniente hecha por el ser humano para manejar más eficientemente la experiencia sensible, que está condicionada por ésta en su frontera, pero que no está completamente determinada por la ella.

Aunque la tesis de Duhem-Quine acaba con el falsacionismo, la teoría de la confirmación bayesiana sí que es capaz de adaptarse a ella, simplemente indicando que lo que se somente a prueba en cada test bayesiano no es cada una de las hipótesis aisladas, sino cada una de las posibles configuraciones que puede tener toda la red del conocimiento científico. Así, podemos ver cuáles de ellas se van haciendo cada vez más improbables y cuáles son cada vez más prometedoras.

No obstante, la teoría de las inferencias bayesianas es una teoría que nos dice cómo, al aceptar como verdaderos unos resultados experimentales, debemos cambiar las creencias previas sobre las distintas posibilidades de tejer la red del conocimiento científicos. Pero esta teoría no se mete en cómo hacer que esas creencias previas subjetivas sean lo más objetivas posibles, para así evitar posturas dogmáticas como asignar probabilidades previas muy cercanas a cero o a uno, ni en cómo se llega a aceptar la legitimidad de las pruebas experimentales o en si se está en lo correcto en aceptar esos resultados experimentales como válidos. Ya hemos visto en un artículo anterior que en ciencia los hechos experimentales están lejos de ser dados directamente a través de los sentidos, ya que están muy condicionados por la teoría previa. Tanto la probabilidad previa como la confianza en las pruebas que se han de introducir en la fórmula de Bayes constituyen grados de creencia no objetivos sobre los que el bayesianismo no tiene nada que decir.

Por ello, para Alan Chalmers [1999], el bayesianismo no es una teoría completa del método científico. Para llegar a serlo, necesitaría dar una descripción de las circunstancias bajo las cuales se puede considerar que las pruebas son adecuadas e indicar con precisión las normas que debería respetar el trabajo empírico en ciencia. Para identificar el razonamiento científico y distinguirlo de lo que no es ciencia sería necesario completar el bayesianismo con una descripción de los tipos de creencias científicas y de las pruebas que les atañen. Pero esto sólo puede hacerse dirigiéndonos a las ciencias mismas y, al hacerlo, todo parece indicar que hay diferencias importantes entre las diversas ciencias e incluso cambios cualitativos dentro de los métodos de una sola ciencia (por ejemplo, el abandono del realismo por parte de los físicos al aceptar la mecánica cuántica). Es decir, para poder distinguir qué es ciencia de lo que no lo es, es necesario estudiar en profundidad cada campo. Asunto que abordaremos en un artículo posterior.

No obstante, independientemente de que no exista un método científico universal completamente racional, riguroso y objetivo que nos garantice un conocimiento seguro, y de que los hechos experimentales no determinen unívocamente a la teoría, el progreso espectacular de la ciencia en los últimos siglos nos indica que se trata de la empresa más racional y exitosa en la que se ha embarcado el ser humano. 

Sobre el autor: Sergio Montañez Naz es doctor en física y profesor de secundaria de la enseñanza pública en la Comunidad de Madrid.

Referencias:

• Carnap R. (1969) [1928], The Logical Structure of the World and Pseudoproblems in Philosophy, R. A. George, trans. University of California Press, Berkeley and Los Angeles, 1969.
• Chalmers A. (1999), What Is This Thing Called Science?, 3rd edn, Milton Keynes: Open University Press.
• Dorling J. (1979), "Bayesian Personalism and Duhem's Problem", Studies in History and Philosophy of Science, 10
• Duhem P. (1906) The Aim and Structure of Physical Theory.
• Feyerabend P. (1975), Against Method. London: Verso
• Howson C. and Urbach P. (1989), Scientific Reasoning: The Bayesian Approach, La Salle, Illinois, Open Court.
• Kuhn T.S. (1962), The Structure of Scientific Revolutions, 3rd edn, Chicago: University of Chicago Press
• Lakatos I. (1978), The Methodology of Scientific Research Programmes. Philosophical Papers Volume 1. Cambridge University Press]
• Motl L. (2015) Tom Siegfried's delusions about the reality of the wave function. TRF.
• Quine W.V.O. (1951) "Two dogmas of empirism", Philosophical Review 60: 20–43.