Principios físicos

Los principios físicos son formulaciones universales que expresan ciertas propiedades de las cosas sensibles, conocidas en el nivel de abstracción físico, y en la ciencia moderna también en la abstracción físico-matemática. Por consiguiente, los principios físicos no pueden limitarse a enunciar naturalezas ideales, sólo no-contradictorias, sino que han de contener siempre alguna referencia empírica, y para ser verdaderos deben verificarse sensiblemente. Los principios físicos suelen denominarse leyes.

Leyes físicas. En sentido estricto, leyes son los principios normativos que regulan las acciones humanas en función del fin, que existen tanto en el promulgador de la ley, como en los que se someten a ella; ley natural (o ley natural-moral) es la inclinación de la naturaleza humana a conocer y cumplir los principios de su obrar en orden a su fin último: es una inclinación puesta por el Creador, en quien existe la ley de modo originario (ley eterna) (cfr. S. Th, I-II, qq. 90, 91, 93 y 94).

Por extensión, se suele hablar de leyes naturales físicas, que son a modo de reglas según las cuales los cuerpos naturales actúan siempre del mismo modo (por ejemplo, leyes por las que los planetas describen sus órbitas, el fuego quema, los vivientes crecen). Propiamente las leyes físicas son la inclinación activa de las cosas materiales a actuar de un modo determinado, que se sigue de su naturaleza. La ley en este sentido se identifica con la potencia activa por la que un ente material es causa constante y unívoca de determinados efectos.

En las ciencias naturales, la ley física es un enunciado universal que significa una propiedad, un modo de actuar uniforme y regular de los fenómenos o cosas sensibles (es pues sinónimo de principio físico, tal como lo hemos definido arriba): por ejemplo, la ley de la gravitación universal, o de la conservación de la energía. A veces las leyes se denominan por sus descubridores (leyes de Newton, Kepler, Mendel, etc.). Como pieza lógica de la ciencia, la ley de la física tiene su correlato real en la ley entendida como inclinación activa a obrar en cierto sentido, o al menos como el mismo comportamiento uniforme de los fenómenos de la naturaleza.

Las leyes físicas normalmente se expresan en ecuaciones matemáticas, en cuanto miden ciertas relaciones cuantitativas de la actividad corpórea (así ocurre con la ley de la gravedad, la ley de las proporciones múltiples de Dalton, etc.). A veces pueden ser aproximadas, si el hombre mide con imprecisión los aspectos cuantitativos; o estadísticas y por tanto probables, cuando se refieren a fenómenos variables (por ejemplo, leyes de la herencia biológica, o sobre enfermedades).

Las leyes físicas suelen tener un carácter abstracto o esquemático, pues dejan de lado otros aspectos de las cosas reales que, al influir realmente en los fenómenos, hacen que la realidad no se comporte exactamente igual al enunciado de la ley, sino sólo de un modo aproximado. En este sentido, las leyes físicas muchas veces contienen cierta carga de idealización: la física las formula escogiendo determinados aspectos, no teniendo en cuenta por convención otros detalles, imaginando cómo actuarían los cuerpos si no existieran más variables que las consideradas por la ley.

Por ejemplo, la ley de la inercia se expresa imaginando que un cuerpo se desplaza en el espacio sin estar sometido a influjos externos, cuando en realidad siempre es influido exteriormente: esto no implica falsedad, ni pura creación de la mente, pues por abstracción se puede considerar sólo una propiedad de los cuerpos (en este caso, la tendencia observada a mantenerse en el estado de movimiento o reposo adquiridos). Naturalmente, la imagen que se da del mundo es parcial, y esto es muy propio de las ciencias particulares.

En la misma línea, las ciencias físicas en sus explicaciones acuden con frecuencia a modelos, que vienen a ser representaciones esquemáticas o simplificadas de realidades complejas (por ejemplo, el modelo de átomo de Thompson, Rutherford, Bohr). Así nociones como las de gas perfecto, cuerpo rígido, punto material, etc., son a modo de idealizaciones de la realidad. Ya hacía notar Santo Tomás, refiriéndose a la geometría y a la astronomía: «las líneas sensibles no son tales como las afirma el geómetra (...) pues el círculo toca la línea recta sólo en un punto, como dice Euclides, y esto no parece verdad del círculo y las líneas sensibles (...). De modo semejante los movimientos y órbitas celestes no son tales como el astrónomo los afirma (...). Ni las cantidades de los cuerpos celestes son como las describen, pues usan los astros como puntos, aunque en realidad son cuerpos con magnitud» (In III Metaph., lect. 7). Más adelante resuelve estas cuestiones acudiendo a la abstracción: no se trata de pensar que las cosas sean realmente de ese modo, sino que se consideran así en el plano de la abstracción.

Los modelos a veces pueden contar con la imaginación visual, como sucedía normalmente en la física clásica, que tendía a expresar las leyes en términos mecánicos; en otros casos se trata sólo de modelos matemáticos, no visualizables, no intuitivos mecánicamente, pero que siempre tienen una referencia a datos sensibles. Es la tendencia característica de la física contemporánea.

Esto no significa que la ciencia sólo conozca modelos, y no realidades. Por medio del modelo se captan parcialmente aspectos reales de las cosas.  Por eso  los modelos se van perfeccionando, a medida que la experiencia es más honda y precisa.

Verdad e hipótesis. Los principios de la física, la química, las ciencias biológicas, muchas veces son verdades ciertas, suficientemente corroboradas por la experimentación, aun cuando se mueven -como hemos dicho- en el ámbito de la inducción empírica. Así, la composición molecular y atómica de los cuerpos, las propiedades físico-químicas de los elementos, la estructura del sistema solar, son conocidas con certeza por la ciencia moderna, aunque en tiempos pasados estos conocimientos fueran hipotéticos. Principios como la gravitación, la inercia, la conservación de la energía, etc., hoy son conocimientos seguros. Evidentemente, estos principios en el futuro quizá podrán formularse mejor, desde una perspectiva más alta, teniendo en cuenta más variables, explicando ciertas posibles excepciones, etc.

Por otro lado, las ciencias naturales trabajan también con hipótesis, enunciados universales o particulares cuya verdad no consta, pero que explican suficientemente una serie de hechos. Eran conocidas por los antiguos: «para explicar algo se pueden aducir dos tipos de razones; unas prueban una tesis suficientemente (...). Otras no lo hacen, sino que se limitan a mostrar la congruencia de una serie de efectos; así, en la astronomía, se acude a los excéntricos y epiciclos, de modo que a partir de esta hipótesis se salvan las apariencias de los movimientos celestes; pero esta tesis no está suficientemente probada, pues esos fenómenos quizá podrían explicarse con otra hipótesis (S. Th., I, q.32, a.l, ad 2). Este tipo de razonamiento se llama método hipotético deductivo.

Tal método opera en dos fases:

- se indica una probable causa de los hechos observados (demostración quia imperfecta), mostrando que ella al menos puede producirlos;

- se deducen de esa hipótesis determinados efectos, que ninguna hipótesis conocida hasta ahora puede explicar adecuadamente.

Estas hipótesis, en las ciencias experimentales, se plantean siempre en el nivel físico o físico-matemático del conocimiento. La física no asciende a explicaciones metafísicas, donde se alcanza la naturaleza de las cosas y la causalidad de Dios.

Algunos criterios para la formulación de hipótesis válidas son:

Coherencia con otros sectores de la ciencia. En este sentido, una hipótesis es reforzada si, además de ser verificada, se deduce de principios teóricos más altos. Si una hipótesis entra en contradicción con otros principios, o debe desecharse, o habrá que revisar la teoría.

Verificación empírica suficiente, en ámbitos heterogéneos, con ausencia de contrastaciones experimentales. Verificar es comprobar la verdad de un enunciado acudiendo a los datos adecuados para ello, que en materias físicas son los datos de la experiencia sensible externa. El principio de verificación físico-matemático sólo vale para las ciencias experimentales; las demás ciencias cuentan con criterios de verdad más altos. Verificar, por otra parte, no es sólo acudir a los sentidos, pues supone también «leer» en los datos un aspecto inteligible, que se conoce conceptualmente.

Fecundidad, o capacidad de explicar nuevos fenómenos, que otras hipótesis no explican. Una hipótesis más fecunda no siempre implica que la más pobre sea falsa, quizá porque la primera tiene en cuenta datos que la segunda dejaba de lado. Aún en estos casos, la admisión de una nueva hipótesis no supone una mera acumulación de conocimientos, pues con frecuencia es necesario reorganizar de nuevo la materia. Este es el sentido de las «revoluciones científicas».

Simplicidad, en el sentido de que pocas causas sean capaces de explicar grupos de fenómenos de diversa índole. El criterio de simplicidad no es mera economía de pensamiento, sino que procede de la experiencia: cuando una explicación comienza a presentar excepciones curiosas o hipótesis ad hoc para los nuevos fenómenos que se van descubriendo, es decir, cuando se complica demasiado, la experiencia enseña que probablemente es falsa. La simplicidad es una señal -aunque no inequívoca- de la verdad. En buena parte, la simplicidad es universalidad explicativa: por ejemplo, la ley de la gravitación es simple porque explica muy diversos fenómenos particulares de la mecánica terrestre y celeste.

En las hipótesis se contienen a veces aspectos convencionales, esquemáticos, especialmente cuando entran en juego relaciones matemáticas, pero nunca son como los postulados matemáticos, al margen de la realidad. Puede suceder que alguien utilice las hipótesis sólo pragmáticamente, desinteresándose si son reales o no, pero el verdadero científico las emplea con intención realista, viéndolas como una conjetura, un conocer probable o posible, que tiende a la certeza.

No es extraño que en la ciencia de nuestro siglo exista un gran caudal de conocimientos hipotéticos, no definitivamente probados, debido a que todavía no ha pasado demasiado tiempo para una plena confirmación. Además, no es inconcebible que el hombre, al llegar a ciertos límites del conocimiento del universo, no pueda más que razonar aventurando hipótesis que difícilmente podrán comprobarse del todo.

Las hipótesis son principios fecundos del conocer científico. Sin duda implican una debilidad del conocimiento humano, sujeto a error y tantas veces incierto. Pero las hipótesis orientan las investigaciones, y no raramente conducen al descubrimiento de verdades parciales, a veces incluso en el caso de que fueran falsas. La hipótesis geocéntrica, siendo errónea, promovió el desarrollo de la astronomía antigua; más tarde, la teoría copernicana obligó a explicar de otro modo muchas observaciones y predicciones exactas hechas por los astrónomos antiguos.

Teorías científicas. Las ciencias físicas son inductivo-deductivas, pues ascienden desde la experiencia hasta principios universales, y luego pueden organizarse deductivamente, como en un sistema axiomático que sigue las reglas de la lógica. Los principios (leyes, hipótesis) son axiomas de los que se deducen los hechos conocidos, y que permiten predecir fenómenos futuros (por ejemplo, conociendo las leyes planetarias, se prevén los sitios por donde pasará un planeta). La serie de proposiciones encadenadas deductivamente se llama teoría.

Teoría es el conjunto organizado de conocimientos científicos, a partir de ciertos presupuestos iniciales (por ejemplo la relatividad, la teoría cuántica, la teoría atómica, etc.). Algunas ciencias, como la geografía o la historia, son más bien descriptivas, y no se configuran de este modo: su objetivo es dar a conocer datos y hechos concretos, situarlos espacio-temporalmente, con cierto orden. Pero estas ciencias, que podríamos llamar descriptivo-concretas, dependen de otras que examinan en abstracto las causas y principios de esos hechos: son las ciencias abstractas y explicativas. En su génesis histórica, estas últimas suelen comenzar por una fase empírica, en la que se van recogiendo datos y se formulan por inducción leyes más bien restringidas; poco a poco, a medida que la investigación avanza, se proponen explicaciones más altas, y se va formando la teoría científica. A veces la teoría puede presentarse en una forma más o menos axiomatizada (por ejemplo la mecánica de Newton); en otros casos no es posible o no hace falta (por ejemplo, la biología), aunque de todos modos las experiencias siempre son guiadas por principios superiores.

En el cuerpo ordenado de una ciencia pueden distinguirse diversos niveles:

1) hechos singulares reconocidos y expresados en las proposiciones básicas. Los hechos singulares contemplados por las ciencias no son puras sensaciones -como ya hemos dicho- sino que presuponen una intelección, a veces propia del conocer ordinario, y otras veces inherente a la misma interpretación científica (por ejemplo, datos sobre la masa, el peso específico, la temperatura). Si la teoría cambia, también cambia la intelección del hecho, aunque permanece su base sensible;

2) leyes que explican grupos de hechos (por ejemplo, la ley de Boyle-Mariotte);

3) principios superiores que explican diversas leyes, y de los que depende toda la teoría. Así, la teoría de la gravitación de Newton simplifica y recoge las leyes de Copérnico, Kepler y Galileo, y a su vez es recogida por la teoría de la relatividad de Einstein.

Naturalmente caben niveles intermedios. La ciencia se va desarrollando, ampliando, en un pasar continuo de unos niveles a otros: las leyes permiten inferir nuevos hechos, que al conocerse ayudan a mejorar la formulación de las leyes, o a inducir otras ulteriores; los principios dan pie para prever leyes más particulares, que luego se comprueban. La llegada de nuevos datos, positivos o negativos, sirve para reajustar constantemente las teorías.

En la práctica, las ciencias no se adecúan rigurosamente a este orden. Existen teorías muy universales (por ejemplo, la relatividad), y otras más restringidas (la teoría cinética de los gases). Además, no existe una sola teoría física, sino múltiples, para distintos campos de estudios, aunque a veces unas se superponen a otras, y pueden llegar a unificarse, o incluirse una en otra (así la mecánica clásica es como un caso-límite de la mecánica cuántica). Existen también teorías rivales (en otros tiempos, las teorías corpuscular y ondulatoria de la luz), y naturalmente, algunas teorías han sido eliminadas por la prueba de la experiencia (como las teorías del éter).

Aceptabilidad de las teorías. Una teoría científica puede ser desautorizada por pruebas decisivas contrarias, como sucedió con la teoría astronómica de Ptolomeo; pero al descubrirse la falsedad de los principios supremos en que se apoyaba, no por eso se destruyen todos los elementos de la teoría: los más cercanos a la experiencia se mantienen, aunque han de ser explicados de otro modo. En la historia de la física moderna más bien se observa que las teorías antiguas no se destruyen, sino que se purifican e incorporan a las nuevas teorías: la mecánica de Newton no ha sido «falseada» por la teoría de la relatividad y la teoría cuántica, ya que sigue siendo válida a cierto nivel.

Las teorías no son necesariamente hipotéticas; algunas son verdaderas, cuando consta la verdad de sus principios, aunque tengamos de ellas, en este terreno, una certeza física y no metafísica. Así, la teoría atómica en el siglo pasado era hipotética, y ya no lo es en este siglo. No se opone esto a la revisabilidad de las teorías, que en el caso de ser ciertas, no por eso son construcciones cerradas o plenamente acabadas: son una réplica parcial de la realidad, y por eso no sólo son mejorables, sino que con el tiempo podrán ser sustituidas por teorías mejores, más perfectas, más útiles, sin perjuicio de la verdad.

Algunas teorías son hipotéticas, y no sabemos si lo serán siempre, como decíamos al referirnos a las hipótesis. Por ejemplo, la tesis de la dualidad onda-corpúsculo de la teoría cuántica por ahora parece más bien un postulado que una certeza; algo semejante cabe decir de las teorías sobre la formación del universo.

(Tomado de "lógica", de J.J Sanguineti)