Naturaleza de la Ciencia para Todos. Waldo Quiroz Venegas

y la relatividad general de Einstein.

      La estructura de la naturaleza nos muestra por lo tanto que está constituida de objetos materiales de distinto nivel. Por otra parte, estos objetos materiales están estrechamente relacionados mediante interacciones físicas, químicas o biológicas. Sin átomos no hay moléculas, sin moléculas no hay macromoléculas, células ni órganos y así sucesivamente. La realidad material es sistémica, es un sistema de objetos materiales y esa es la explicación por la cual las distintas ramas de la ciencia están, o debieran estar conectadas. Si no le queda del todo claro lo anterior tendremos que introducir el concepto de sistema para aclararlo. La afirmación que todas las ramas de la ciencia están conectadas genera un rechazo importante, principalmente en algunos círculos intelectuales dentro de las llamadas “Ciencias Sociales”. Ellas no son tema central de este libro, pero de todas formas no evadiremos el conflicto.

II.2 Sistemas materiales

      Usted como persona no está aislado, sino que forma parte de sistemas, quizás el más próximo es su familia, donde usted interacciona con sus miembros. Con ellos se comunica, se ayuda mutuamente, colaboran en proyectos de vida, intercambian ideas, se entregan su amor, practican el altruismo, etc.

      El ser humano está inserto en un sistema social, eso no cabe duda. Obviamente que existen las personas ermitañas, pero incluso estas personas no pueden vivir aisladas completamente ya que necesitan comer, dormir, necesitan de refugio, es decir, aunque no quieran relacionarse con los de su misma especie, sí necesitan relacionarse con otros seres vivos e inertes para poder sobrevivir.

      Científicamente podemos decir que un ser humano necesita intercambiar materia y energía con los seres de su entorno. Lo mismo ocurre con todos los seres (u objetos como los denominamos en los capítulos anteriores) de la naturaleza. El herbívoro necesita de los vegetales y el carnívoro necesita del herbívoro, todos los animales necesitan de los carroñeros y todos necesitamos de los gusanos, bacterias e insectos. En última instancia todos necesitamos oxígeno, CO2 y ninguno de los seres vivos escapa de la necesidad directa o indirecta de la energía que nos aporta el sol.

      Un objeto como un vegetal necesita intercambiar gases y energía con la atmósfera. Sin embargo, también el vegetal es en sí mismo un sistema ya que está compuesto de células. Estas células están intercambiando materia con sus vecinas, es decir, no son sólo un conjunto de células sino que forman parte de un sistema que las mantiene unidas, cohesionadas y vivas. La misma célula es un sistema compuesto de estructuras moleculares complejas, como por ejemplo su membrana, sus proteínas. Estos objetos macromoleculares al interaccionar le dan a la célula la capacidad de dividirse.

      Por otra parte, en sí mismas estas moléculas se construyeron al enlazarse átomos, formando un nuevo sistema de núcleos de protones y neutrones, con electrones ubicados en sus respectivos orbitales. Ejemplo de esto es la molécula de agua, en donde dos átomos de hidrógeno se enlazan a un átomo de oxígeno formando un sistema molecular compuesto de 3 núcleos.

      A distintos niveles podemos encontrar sistemas, tanto a nivel atómico molecular hasta el nivel del sistema solar, galaxias, cúmulos de galaxias. Tal como un árbol proyecta ramas, la naturaleza nos entrega distintas ramas en distintos niveles los cuales son todos sistemas, lo que intenta representar igualmente la Figura 2.

      Es muy simple darse cuenta que estamos ante un sistema y no ante un conjunto. Así por ejemplo, cuando usted era niño y jugaba a las canicas, en su bolsillo usted tenía un conjunto de canicas, estos no eran un sistema por cuanto la presencia de una canica no afectaba en ningún aspecto la presencia de otra. Sus propiedades no se modifican en absoluto ya sea que usted tenga una o mil canicas. Si me permite la analogía de las canicas con los átomos (perdonen mis colegas químicos de profesión, pero esto tiene un propósito loable), en el caso de una molécula los átomos no son simples canicas formando un conjunto sino que estos están interaccionando ya que muchas de las propiedades de los átomos individuales se alteran al formar moléculas.

      Para ejemplificar lo anterior basta con decir que un átomo aislado no vibra, sin embargo, cuando interacciona con otro formando una molécula, este podría vibrar. Sus electrones más internos cambian levemente su nivel de energía, pero sus electrones con los cuales forma los enlaces químicos cambian su distribución espacial y contribuyen a estabilizar este nuevo sistema, es decir, se hibridan como dirían los físicos y químicos cuánticos.

      En la medida en que los objetos interaccionan para formar sistemas emergen algunas propiedades nuevas como también otras propiedades desaparecen. Así, por ejemplo el humano cuando está solo tiene la característica de disponer completamente de su tiempo. Sin embargo, cuando este se compromete, “pierde” esa libertad, pero emerge en él la capacidad de amar, reproducirse y comunicarse, procesos que no pueden hacerse solos. Acá tenemos entonces un claro ejemplo de propiedades emergentes y propiedades que se extinguen en la formación de un sistema.

      En toda la naturaleza podemos ver el mismo patrón. El funcionamiento de una colmena es uno de los casos más maravillosos respecto de cómo interaccionan las partes (hormigas o abejas) para poder formar un sistema muy eficiente el cual es capaz de recolectar alimento para el invierno, cuidar huevos, crear puentes para sortear un obstáculo, reproducirse, etc., todo un sistema social.

      Comprender que la naturaleza está estructurada en base a sistemas y que estos se manifiestan a distintos niveles (observable o inobservable, micro, macro o cosmológico) es fundamental para entender la actividad científica. Es evidente que para conocer la naturaleza, por lo tanto, es muy importante relacionar las partes de los sistemas que la componen, como además entender cómo interaccionan estas partes.

      Para el caso de las hormigas, es muy importante conocer las propiedades de una hormiga aislada, como también conocer cómo esta interacciona con otras de su especie para sobrevivir y formar estos sistemas tan maravillosos que son sus colmenas, con sus propiedades que emergen cuando ellas interaccionan, cuando se dan sus relaciones de cooperación, de liderazgo, sumisión, su división de tareas.

      Ningún objeto natural está aislado, estos se encuentran en estrecha relación con otros objetos materiales. Por ejemplo, el árbol se encuentra en estrecha relación con el sol, el aire, el suelo y el agua, de lo contrario moriría en poco tiempo. El árbol forma parte por lo tanto de un sistema, mejor llamado “ecosistema terrestre”, que quiere decir que el árbol es un objeto material que se relaciona con otros objetos materiales en un entorno en donde la relación común de todos ellos es en general la corteza terrestre. Esto es necesario por cuanto el árbol requiere como mínimo intercambiar materia y energía con su entorno, intercambia materia con el aire absorbiendo su CO2 y con el suelo absorbiendo agua y nutrientes, intercambia energía con el sol absorbiendo sus fotones y de pasada nos entrega O2, semillas y frutos.

      Todo objeto material forma parte de sistemas y la ciencia nos muestra que eso es un patrón natural. Usted y yo como objetos materiales formamos parte de una familia, de un sistema social, económico y de un sistema “alimenticio” llamado cadena trófica. Desde un objeto tan pequeño como un átomo el cual forma parte de un cristal o de una molécula a través de fuerzas atractivas y repulsivas, hasta un objeto tan grande como una estrella la cual forma parte de un sistema planetario y de una galaxia unidos mediante un campo gravitatorio, no existen objetos que no intercambien al menos algo de energía con otros. La realidad, el universo, la naturaleza por lo tanto es sistémica. En la Figura 3 se muestran esquemas de 3 sistemas muy conocidos, un ecosistema a la izquierda, un sistema de juego de fútbol al centro y un esquema de un sistema de un cristal de diamante.

      Como mencionamos anteriormente, un ecosistema es un sistema en sí donde los seres vivos e inertes se relacionan entre sí mediante el intercambio de masa y de energía.

      Ahora bien, el sistema 4-4-2 del fútbol en la Figura 3 es un sistema por que los jugadores se mueven en bloque, mientras unos atacan otros defienden. Los mediocampistas se relacionan con los delanteros mediante pases-gol y a la vez con los defensas ya sea cubriendo los espacios o rotando el balón. Si cada jugador actuara por su cuenta, el equipo sería un caos y probablemente perdería.