Las 10 cosas que todo el mundo debería saber sobre ciencia

La mayoría de las personas consideran a la ciencia en general como algo tedioso, como si se tratase únicamente de un conjunto de hechos aburridos y teorías demasiado complicadas. Nada más alejado de la realidad. La ciencia está tan involucrada y entretejida en nuestra vida cotidiana que ni siquiera nos damos cuenta de ello, y hace posible el estilo de vida que llevamos en la actualidad. Desde los dispositivos que nos proporcionan entretenimiento, hasta los avances médicos que mejoran nuestra calidad y alargan nuestra expectativa de vida, todo eso es ciencia.

La ciencia es la mejor herramienta que hemos ingeniado hasta el momento para entender como funciona el mundo y el universo que nos rodea. Debería ser vista como una excitante serie de ideas, como un gran océano de experiencia humana. Pero más allá de su interés intelectual intrínseco, existen amplias razones por las cuales la mayor cantidad de gente posible debería tener conocimientos básicos sobre ciencia. Es menos probable que una persona con conocimientos científicos caiga victima de fraudes y de la superstición, desde la astrología hasta las curas milagrosas. Y cuando tantos temas de actualidad política (desde el calentamiento global a la investigación con embriones) tienen un componente científico importante, los votantes y los políticos necesitan entender lo que realmente está en juego.


Debido a la importancia que un conocimiento básico en materia científica representa, y dado que generalmente un entendimiento básico puede motivar e impulsar a obtener incluso conocimientos más amplios de cierta disciplina, he decidido compilar aquí las 10 cosas que todo el mundo debería saber sobre ciencia. Algunos conceptos importantes quedaron fuera de la lista (como la tectónica de placas o las leyes de la termodinámica) y las explicaciones son bien básicas y resumidas, pero espero que este pueda ser para muchos el puntapié inicial para continuar investigando y aprendiendo sobre todos estos temas.

1. Evolución

La evolución de las especies a través de la selección natural es tan valida en el presente como lo era hace 150 años, cuando fue expresada con extrema elegancia por el naturista Charles Darwin en su libro “El Origen de las Especies”. El mecanismo de la evolución depende principalmente del hecho que minúsculos cambios hereditarios se producen todo el tiempo en todos los organismos, desde los microbios hasta las personas.

Como resultado de esos cambios aleatorios, cada miembro de la nueva generación difiere un poco de sus predecesores. La mayoría de las variaciones tendrán un efecto neutro o negativo en la habilidad del organismo de vivir y reproducirse, pero ocasionalmente un cambio mejora la habilidad de prosperar en el nicho ambiental en el que se encuentra. Dichas mutaciones beneficiosas suelen propagarse a través de la población.

Una característica importante de la evolución Darwiniana es que opera al nivel del individuo. No existe un mecanismo de la selección natural para cambiar una especie como un todo, la única forma es a través de la acumulación de cambios que llevan a la supervivencia de los individuos más aptos.

La tasa de evolución varía enormemente entre diferentes tipos de organismos y diferentes circunstancias ambientales. Puede proceder muy rápidamente cuando la presión es muy grande, como por ejemplo, con bacterias expuestas a antibióticos, donde mutaciones resistentes a las drogas pueden surgir y extenderse a través de la población bacteriana en cuestión de meses.

¿Por qué es importante? La evolución se encuentra bajo ataque, particularmente en los Estados Unidos, por parte de cristianos fundamentalistas que pretenden que el “creacionismo” sea enseñando en las escuelas. Aunque la evolución posee un soporte unánime por parte de todos los profesionales científicos y se basa en evidencias muy sólidas, las encuestas muestran que el público estadounidense opina a favor del creacionismo.

¿Qué sigue en el futuro? Los biólogos aún tienen una gran cantidad de trabajo por hacer para conocer exactamente la historia de la evolución. Existen grandes preguntas por ser contestadas, como por ejemplo: ¿cómo se inició la vida?, ¿por qué la evolución se aceleró rápidamente durante algunos periodos geológicos? y ¿qué factores dieron nacimiento a la inteligencia humana? 

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2. Genes y ADN

Darwin no poseía las herramientas para entender el mecanismo bioquímico de la evolución, pero la genética del siglo XX ha demostrado que la unidad básica de la herencia es el gen, el cual está hecho de ADN. Tenemos dos copias de cada uno de los aproximadamente 20.000 genes humanos, una copia heredada de cada padre; si una de estas copias es defectuosa, entonces la otra puede reemplazarla.

Como Francis Crick y James Watson descubrieron en el año 1953, el ADN tiene una estructura de doble hélice: dos espirales interconectadas de unidades bioquímicas llamadas nucleótidos. Existen cuatro nucleótidos, conocidos por sus letras iniciales G, A, C y T (aquellos fanáticos de la película de ciencia ficción “Gattaca” se habrán percatado del uso de los nucleótidos en el titulo de la película, la cual contiene una trama relacionada con la genética). En un modelo molecular del ADN, se ven como una escalera retorcida (también referenciada en la misma película).

El código genético es el mismo en todas las criaturas vivientes. Dicho código traduce la secuencia de nucleótidos del ADN en aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas. A su vez, las proteínas son las moléculas biológicas que realizan la mayoría del trabajo en nuestros cuerpos. Mutaciones aleatorias en el ADN, junto con la mezcla genética que se produce a través de la reproducción sexual, hacen posible las variaciones que impulsan la evolución.

El núcleo de cada célula humana contiene seis mil millones de nucleótidos de ADN empaquetados en 46 cromosomas, que en conjunto forman el genoma.

¿Por qué es importante? Ahora que la secuencia de ADN del genoma humano es conocida, los científicos están empezando a interpretar las interminables cadenas de Gs, As, Cs y Ts; y descubrir cómo nuestros genes interactúan con nuestro ambiente para hacernos las personas que somos.

¿Qué sigue en el futuro? Los beneficios médicos de conocer el genoma humano están llegando más lento de lo que muchos entusiastas nos hicieron creer cuando el "Proyecto Genoma Humano" fue completado, hace 5 años, pero de todos modos están por llegar. El objetivo final es frecuentemente llamado medicina “personalizada” o “individualizada”, uniendo nuestro estilo de vida y los tratamientos para nuestros genes.

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3. Big Bang 

Por medio siglo el Big Bang ha sido el modelo cosmológico estándar de nuestro universo. Éste sostiene que toda la materia y energía fueron originadas en una “singularidad”, un punto de infinita densidad y temperatura. Desde el momento del Big Bang, el universo se ha estado expandiendo y enfriando.

Tres líneas principales de evidencia apoyan la teoría de Big Bang. Primero, las galaxias se están alejando de nosotros a velocidades proporcionales con su distancia, lo que sugiere la expansión desde un único punto. Segundo, el universo se encuentra impregnado de la "Radiación de Fondo de Microondas", la cual se presume que es un tenue resplandor de la energía del Big Bang. Tercero, las cantidades de los elementos químicos más comunes, que los astrónomos observan en el espacio, corresponden de forma muy cercana con las extrapolaciones de la teoría del Big Bang.

¿Qué hubo antes del Big Bang? (En uno de los artículos relacionados pueden encontrar mi opinión personal al respecto) No existe ningún método científico para descubrirlo hasta el momento, pero esto no ha evitado que los cosmólogos, así como también los filósofos y teólogos, especulen al respecto (aunque a diferentes niveles, por supuesto). De acuerdo a una hipótesis popular, puede existir un número infinito de universos, cada uno de ellos con leyes físicas ligeramente diferentes; de este modo, un nuevo universo podría iniciarse desde una singularidad existente en uno de estos universos.

¿Qué nos depara el futuro? Una posibilidad es que todo lo existente vuelva a juntarse nuevamente en un “Big Crunch” (Gran Colapso), después de incontables miles de millones de años. Pero por el momento los cosmólogos creen que es más probable que nuestro universo continúe expandiéndose por siempre, convirtiéndose en una nada fría y desolada. 

¿Por qué es importante? La historia pasada, la estructura actual y la perspectiva futura de nuestro universo tienen poco impacto en nuestra vida cotidiana en la Tierra, pero intelectualmente, la cosmología es uno de los campos más excitantes de la ciencia contemporánea. Descubrimientos recientes en astronomía sugieren que la materia ordinaria (también llamada bariónica) – en forma de planetas, estrellas y galaxias visibles – compone apenas el 4% de nuestro universo. El resto, conocido como materia oscura (22%) y energía oscura (74%), es todo un misterio. 

¿Qué sigue en el futuro? La cosmología es una de las actividades científicas menos predecibles. Una nueva generación de telescopios, terrestres y en órbita, proveerá a los teóricos muchos más datos durante la próxima década. En qué medida mejorará esto nuestra comprensión del universo aún está por verse.

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4. Relatividad 

Si Charles Darwin y su teoría de la evolución se volvieron los grandes símbolos de la ciencia del siglo XIX, entonces Albert Einstein y la relatividad juegan un rol similar para la ciencia del siglo XX. La teoría de la relatividad de Einstein fue publicada en dos partes, y ambas han tenido una inmensa influencia sobre el posterior desarrollo de la física y la cosmología.

“La Relatividad Especial” (1905) demostró que los parámetros de tiempo y distancia no son absolutos, sino que dependen del movimiento del observador. La clave de la relatividad especial es la famosa formula e=mc², donde la “e” representa energía, “m” representa masa y “c” representa la velocidad de la luz. La formula implica que la masa y la energía pueden ser convertidas una en la otra, que la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores bajo todas las circunstancias, y que nada puede viajar más rápido que la luz (300.000 kilómetros por segundo).

“La Relatividad General” (1915) incorporó la gravedad a la teoría, mostrando que los objetos masivos distorsionan el tejido del espacio-tiempo a través de sus campos gravitacionales. La Relatividad General superó su primera prueba pública durante un eclipse solar en 1919, cuando los telescopios mostraron cómo la luz de estrellas distantes era “doblada” por la gravedad del Sol, exactamente como la teoría lo había predicho. Otra predicción, confirmada mucho más recientemente, es la existencia de “agujeros negros” dentro de las galaxias, desde los cuales ni la materia ni la luz pueden escapar debido a la gran intensidad de la fuerza gravitacional.

¿Por qué es importante? Como la cosmología y el Big Bang, la relatividad es el marco intelectual de toda la ciencia actual. Pero además tiene aplicaciones prácticas en tecnología espacial; por ejemplo, la navegación por satélite funciona porque el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) tiene en consideración la relatividad. Y escritores de ciencia ficción tienen que invocar los efectos relativistas para hacer posible el viaje a través del tiempo.

¿Qué sigue en el futuro? Nadie lo sabe. La gran meta aún no alcanzada de la física teórica es la combinación de la relatividad con la mecánica cuántica. Las dos teorías aún coexisten con dificultad y sin una base común. Algún día, vendrá otro “Einstein” con una gran teoría para unificarlas.

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5. Mecánica Cuántica 

La mecánica cuántica creció junto a la relatividad en los comienzos del siglo XX. En todo caso, la mecánica cuántica posee aún un mayor alcance que la relatividad, y es aún más difícil de explicar. Dos citas contradictorias de dos famosos físicos pueden resumir su rareza y complejidad. Niels Bohr: “Si la mecánica cuántica no te ha impactado profundamente, entonces no la has entendido”. Richard Feynman: “Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica”.

Mientras que los efectos de la relatividad se sienten principalmente a gran escala, estudiada por astrónomos y cosmólogos, la mecánica cuántica es más importante cuando las cosas son extremadamente pequeñas. La primera idea clave de la teoría cuántica es que la energía y la materia no son continuas, sino que vienen en paquetes pequeños y discretos denominados “cuantos”.

La segunda es la denominada “dualidad onda-partícula”: todas las partículas subatómicas pueden ser consideradas como ondas, así también como partículas. La luz en sí misma es al mismo tiempo una corriente de partículas (denominadas “fotones”) y una serie de ondas.

La consecuencia más famosa de la dualidad onda-partícula es el principio de incertidumbre, formulado originalmente por Werner Heisenberg en 1927, que pone un límite a cuanto conocimiento podemos tener sobre un objeto cuántico. Es imposible medir con precisión y simultáneamente la posición y el momento de una partícula; lo mejor que podemos hacer es definir una probabilidad estadística de dónde una partícula, como un electrón, es probable que se encuentre.

¿Por qué es importante? Los efectos cuánticos son importantes en la electrónica y la nanotecnología, y se volverán mucho más importantes a medida que avance la miniaturización.

¿Qué sigue en el futuro? La aplicación más importante en el futuro a medio plazo – por ejemplo, 30 años en el futuro – puede ser la computación cuántica, la cual usará efectos cuánticos para producir ordenadores mucho más potentes que los actuales sistemas basados en silicio. Una perspectiva práctica mucho más lejana es el teletransporte, es decir, la transferencia instantánea de materia de un lugar al otro sin la necesidad de viajar a través del espacio y el tiempo convencional.

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6. Radiación 

“Radiación” se ha convertido en una de las palabras más aterradoras de la ciencia, debido a que se encuentra asociada con grandes peligros, como materiales radiactivos, accidentes nucleares y armas futuristas. A pesar de que la radiación puede ser mortal, no hay nada de nuevo en ello; la radiación es universal y la vida depende de ella.

Todos los diferentes tipos de radiación constan de energía que viaja a través del espacio. La radiación electromagnética es esencialmente ondas de luz, que pueden variar en frecuencia a lo largo del espectro, desde las ondas de radio, pasando por la luz visible y hasta los rayos gamma. La radiación de partículas está compuesta de neutrones, protones o electrones.

Una diferencia importante está basada en el nivel de energía de la radiación. La radiación más poderosa es conocida como “ionizante”, porque crea iones al remover electrones de los átomos. Esto incluye rayos X, rayos gamma y partículas subatómicas emitidas por isótopos radioactivos en el momento que se desintegran. La radiación menos poderosa es “no ionizante”. Aunque la radiación ionizante es, en principio, más dañina para la salud que la radiación no ionizante, el nivel de energía no es el único factor a tomar en consideración. También deben considerarse la intensidad o el brillo. Una intensa fuente de radiación no ionizante, como una fuente de luz laser de gran alcance, puede ser mucho más peligrosa que un trozo de mineral radiactivo que emite, de vez en cuando, algunas partículas ionizantes.

¿Por qué es importante? La tecnología que utiliza la radiación impregna a nuestra sociedad industrial moderna, desde la transmisión de radio y televisión hasta las maquinas de rayos X. Pero el miedo a la radiación es un motivo importante por el cual los gobiernos encuentran dificultosa la creación de nuevas centrales de energía nuclear.

¿Qué sigue en el futuro? La tecnología médica se beneficiará enormemente durante los próximos años a partir de nuevas formas de usar la radiación para “ver” dentro del cuerpo humano.

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7. Átomos y Reacciones Nucleares 

El átomo es el componente básico de la química. Su nombre proviene del griego “a-tomos”, que significa indivisible, aunque en realidad un átomo puede ser dividido en partículas aún más pequeñas. Tiene un núcleo formado por protones cargados positivamente y neutrones eléctricamente neutros, rodeado por una nube de electrones cargados negativamente. (El hecho de que los protones y neutrones estén hechos de partículas subatómicas aún más pequeñas, llamadas “quarks”, no importa demasiado en el mundo cotidiano). Las características químicas de un átomo dependen principalmente del número de protones en su núcleo – su número atómico – el cual lo define como un elemento químico. La mejor representación de los elementos, organizados por numero atómico y denotados por símbolos de una o dos letras, es la tabla periódica de los elementos creada originalmente por Dmitri Mendeleev en el siglo XIX.

Cada elemento puede existir como isótopos diferentes, dependiendo de cuantos neutrones posea. El núcleo solo puede permanecer estable hasta un cierto tamaño. Si se vuelve demasiado grande, o si el balance entre protones y neutrones es incorrecto, entonces el átomo se someterá a la desintegración radiactiva y se dividirá en pedazos más pequeños.

El ejemplo más simple es el elemento número 1, el hidrógeno. Tiene dos isótopos estables, en los cuales el núcleo contiene o un protón solo por su cuenta (protio), o un protón junto a un neutrón (deuterio); el tercer isótopo (tritio) es una inestable y radioactiva combinación de un protón con dos neutrones.

La mayoría de los elementos hasta el numero 83 (bismuto) tienen al menos un isótopo estable. Los elementos más pesados, como el uranio (92) y el plutonio (94) existen sólo en forma radioactiva. Las reacciones nucleares que, o bien unen átomos ligeros (fusión) o dividen átomos pesados (fisión), pueden liberar enormes cantidades de energía; y pueden hacerlo de manera repentina, como en las armas nucleares, o más gradualmente, como en las centrales de energía. 

¿Por qué es importante? La energía nuclear no ha cumplido con su promesa inicial, medio siglo atrás cuando las primeras centrales de energía atómica empezaban a funcionar y los entusiastas tuvieron una visión de electricidad de origen nuclear “demasiado barata para medirla”. Pero la energía nuclear es un ingrediente clave en el balance de energía del mundo, y por desgracia, parece que las armas nucleares están aquí para quedarse. 

¿Qué sigue en el futuro? Toda la energía nuclear en la actualidad depende de la fisión. Sin embargo, la gran esperanza es la fusión nuclear, el objeto de un experimento de 10 mil millones de dólares, denominado “Reactor Experimental Termonuclear Internacional” (ITER), que está bajo construcción en Francia. Hasta el momento, conocemos un único lugar donde se consigue producir la fusión nuclear con éxito: el núcleo de las estrellas.

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8. Moléculas y Reacciones Químicas 

En la Tierra, la mayoría de los átomos no existen por sí mismos, sino que se unen con otros átomos en forma de moléculas. O usando una terminología diferente, podemos decir que la mayoría de los elementos se combinan para formar compuestos. La química se trata acerca de las reacciones que forman y reorganizan los enlaces entre los átomos.

La química orgánica se concentra en el carbono, el cual puede formar una mayor variedad de compuestos que cualquier otro elemento. Las moléculas más importantes para la vida, las proteínas y el ADN, se basan en largas cadenas de átomos de carbono unidos a otros elementos, particularmente hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Todas las reacciones químicas implican un cambio en la energía. La mayoría de ellas liberan energía, usualmente en forma de calor; nuestros cuerpos son calentados por las reacciones orgánicas basadas, en última instancia, en la oxidación de los alimentos que comemos. (Algunas pocas reacciones liberan energía en forma de luz en lugar de calor, una propiedad que ha sido explotada por las luciérnagas y los gusanos brillantes). Por otro lado, las reacciones “endotérmicas” absorben energía del ambiente (es por esto que los paquetes enfriadores comerciales pueden enfriar una bebida en pocos minutos).

La mayoría de las reacciones químicas necesitan un empujón para iniciarse. Este es proporcionado por un “catalizador”, una sustancia que acelera las reacciones sin ser consumida por éstas. Las enzimas son catalizadores biológicos de los cuales depende la vida.

¿Por qué es importante? Todos estamos hechos de compuestos químicos, y cada aspecto de la biología se basa en las reacciones químicas. Industrias basadas en la química incluyen aceites y productos petroquímicos, productos farmacéuticos y biotecnología, procesamiento de alimentos y pinturas.

¿Qué sigue en el futuro? Aunque la química es una ciencia relativamente madura, los químicos siguen descubriendo formas diferentes y más eficientes de producir reacciones. Estas podrán sintetizar nuevos materiales, desde plásticos a productos farmacéuticos, produciendo menos desechos que hoy en día.

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9. Información digital 

El mundo de la computación, las telecomunicaciones y la electrónica se ha vuelto digital. Toda clase de información, sea que se trate de la voz humana, una imagen de televisión o un programa de computadora, es almacenada y procesada como cadenas de dígitos binarios o “bits” (ceros y unos). El mundo real, en contraste, trabaja con señales analógicas: sus imágenes y sonidos no son una serie de números, sino que varían continuamente en el espacio y el tiempo.

La conversión del mundo analógico en señales digitales implica una cierta pérdida de información, ya que la digitalización significa tomar una muestra del original en lugar de transmitirlo completo. Sin embargo, esta pérdida es un precio que vale la pena pagar, puesto que los datos digitales son mucho más fáciles de transmitir, almacenar y procesar electrónicamente.

Piensen en una grabación analógica de música de alta calidad en vinilo. Esta puede proporcionar una experiencia auditiva imposible de igualar por un CD digital, siempre y cuando el disco sea nuevo y no esté dañado. Pero el uso frecuente distorsiona y degrada las señales analógicas en el vinilo, mientras que un CD con bits digitales apenas pierde algo de calidad de sonido.

En radiodifusión y telecomunicaciones, la gran resistencia de las señales digitales a la decoloración, la estática y la distorsión es aún más importante, y también lo es el hecho de que las transmisiones digitales ocupen menos ancho de banda que las analógicas. En la práctica, toda la computación moderna es digital, por lo tanto cualquier información que se introduce en un ordenador debe ser digital también.

¿Por qué es importante? La electrónica de consumo ha pasado a ser completamente digital. En el Reino Unido, todas las emisiones de televisión son digitales en el 2012, y los viejos televisores son inútiles sin una caja electrónica para convertir las señales digitales en analógicas.

¿Qué sigue en el futuro? Millones de científicos, ingenieros electrónicos y especialistas en tecnología de la información en todo el mundo están desarrollando nuevas formas de utilizar y procesar los datos digitales – desde ordenadores super rápidos hasta dispositivos móviles que harán todo lo imaginable.

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10. Estadística significativa

Los investigadores necesitan un método estadístico para determinar si las relaciones aparentes son reales o fruto de la casualidad. ¿Un nuevo fármaco trata una enfermedad mejor que un placebo? ¿La educación pre-escolar mejora el rendimiento académico posterior? ¿El calentamiento global está incrementando la cantidad de lluvias?

Las técnicas matemáticas para determinar la probabilidad de que el resultado de un experimento sea producto de un accidente estadístico en lugar de un efecto real han estado disponibles desde 1920. Esto se denota con el símbolo p. El límite para aceptar un resultado como genuino – o “estadísticamente significativo” – varía a través de las diferentes ciencias, pero en los estudios biomédicos el umbral superior de p suele establecerse en un 5% o 0,05; en otras palabras, la probabilidad de que el resultado se haya producido por azar debe ser menor que 1 en 20.

Por supuesto, los valores más bajos de p aumentan la confianza de que el estudio haya detectado un efecto real; p menor que 0,001 es algunas veces llamado “altamente significativo”. Pero es importante recordar que en este contexto “significativo” es un término estadístico. No significa necesariamente que el resultado es significativo en un sentido más fundamental o que el estudio estuviese bien diseñado y realizado correctamente.

Hay muchas formas en que un resultado estadísticamente significativo puede ser malinterpretado. Una de ellas es la falta de consideración de factores ocultos o desconocidos no incluidos en el análisis estadístico, lo cual influye en el resultado. Por ejemplo, una investigación sobre el efecto de la religión en la salud encontró que la asistencia a la iglesia se asoció con una reducción significativa en la mortalidad; pero un factor de sesgo potencial, no considerado en el estudio, fue el hecho de que las personas con mayor riesgo de morir se encontraban demasiado enfermas para concurrir a las misas.

¿Por qué es importante? El análisis estadístico, si se lleva a cabo correctamente, es la forma más rigurosa y objetiva para evaluar que tan bien se ajusta la evidencia a una teoría.

¿Qué sigue en el futuro? Algunos críticos afirman que la ciencia contemporánea pone a la estadística significativa en un pedestal que no merece. Pero a nadie se le ha ocurrido una forma alternativa de evaluar los resultados experimentales que sea tan simple o de aplicación tan general.

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Fuentes:

• FT Magazine: The Ten Things Everyone Should Know About Science. Clive Cookso. 2007.