Importancia de la relación de las ciencias sociales experimentales para el estudio del universo
La relación de las ciencias experimentales para el estudio del universo se fundamenta en que a través de ellas se corroboran las teorías que pretenden explicarlo. Lo consiguen realizando ensayos cuidadosamente controlados: los experimentos.
Un experimento consiste en una prueba efectuada bajo condiciones controladas, mediante el cual se pone de manifiesto una parte del universo en forma de fenómeno natural.
Se miden las magnitudes relevantes y los resultados y las observaciones se registran cuidadosamente, sometiéndose a un estricto análisis. Enseguida los resultados se contrastan con las posibles explicaciones del fenómeno, llamadas hipótesis, validándolas o no. Así funciona el método científico.
El universo es vasto, más allá de la imaginación. Va desde las partículas que constituyen el núcleo atómico hasta las inimaginables distancias que separan las galaxias.
¿Cómo estudiar algo que abarca una escala de tal amplitud?
La humanidad ya sabe bastante acerca del universo, tanto en escala macroscópica como en escala microscópica, aunque es mucho más lo que aún desconoce.
Ciertamente, se tienen las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos celestes, se sabe que el hidrógeno es el elemento más abundante, que el universo se expande y que probablemente tuvo su origen en el Big Bang.
La astronomía se ocupa de esta gran escala, estudiando la naturaleza de los cuerpos celestes y sus interacciones, a través de la luz que emiten y la forma como se mueven.
Y en la escala microscópica, se conoce la estructura de las células gracias a la biología celular, y la física ha escudriñado el interior del átomo, observando sus partículas.
Son numerosos los experimentos que han conducido a la ciencia hasta este punto.
Las ciencias experimentales y el universo
Para comprender el universo a gran escala, se estudian las radiaciones electromagnéticas que llegan hasta la Tierra; se hace mediante telescopios que analizan cada parte del espectro. Y no se trata solo de la luz visible.
De esta manera se ha conseguido una gran cantidad de información, pero la astronomía no trabaja sola, se vale de otras ciencias para lograr su objetivo: física, química, biología, computación, ciencias de los materiales, entre otras disciplinas.
Gracias al concurso de estas ciencias se han construido naves, en su mayoría no tripuladas, que realizan observaciones y experimentos, controlados desde tierra.
Y además se llevan a cabo simulaciones por computadora evaluando modelos de formación de sistemas estelares, de la evolución de estrellas y galaxias, del origen del universo y cuál es su destino final.
Óptica y química
Puede que en astronomía no se lleven a cabo demasiados experimentos, a diferencia de la física, la química o la biología, ciencias experimentales por excelencia.
Después de todo, acercarse a un cuerpo celeste, hacer observaciones directas y tomar muestras para analizarlas luego no es una tarea fácil: las distancias son enormes y los requerimientos del viaje, complicados.
Pero la luz es la cosa más rápida que existe, y llega a la Tierra trayendo información no solo del objeto que la emitió, sino también de los que encontró a su paso.
Puede decirse que la óptica es la primera ciencia experimental que contribuyó a ampliar el tamaño del universo conocido, gracias al telescopio y al microscopio ópticos.
Ambos inventos datan de comienzos del siglo XVII y sus diseños fueron mejorando con el tiempo, así como los materiales y las técnicas de fabricación. Por eso aún hoy en día, tanto el telescopio óptico como el microscopio óptico siguen siendo aliados imprescindibles en la exploración del universo a toda escala.
La composición de las estrellas
Limitarse a observar las estrellas no dice nada acerca de su composición química, pero los astrónomos saben que mayormente consiste en gases ligeros.
Por ejemplo, el Sol es casi todo hidrógeno y una pequeña parte de helio, aunque las proporciones varían un poco de una estrella a otra.
¿Cómo lo saben los científicos, si no pueden tomar muestras?
Lo saben a través de la radiación electromagnética que emite, que contiene casi todas las frecuencias del espectro. Esta radiación se fracciona y estudia con diferentes dispositivos.
Por ejemplo, haciendo pasar la luz por un prisma triangular, se descompone en varias longitudes de onda, formando un patrón colorido o espectro. Gracias a este principio se creó un dispositivo llamado espectroscopio.
Usando el espectroscopio, los químicos hicieron muchos experimentos que revelaron un patrón característico para cada sustancia y compuesto en estado gaseoso y a alta temperatura, consistente en franjas de colores asociadas a sus distintos niveles de energía.
Luego, los científicos se apresuraron a comparar estos patrones con los que se encontraban en la luz de las estrellas. Como cabía esperar, el Sol fue la primera estrella cuya luz se analizó espectroscópicamente, identificando el hidrógeno como su componente principal.
El origen y la evolución del universo
El conocimiento de cómo se originó el universo es otra de las grandes metas de la humanidad. Y aquí se pone en evidencia la relación que existe entre el microcosmos y el macrocosmos, porque para averiguarlo los científicos experimentan con las partículas más pequeñas de todas.
Estudiando la naturaleza de tales partículas, se puede saber la manera en que se crearon, justo al comienzo del universo.
Con este objetivo se construyó el Gran Colisionador de Hadrones o LHC (Large Hadron Collider) por sus siglas en inglés, el experimento más grande llevado a cabo hasta la fecha.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC)
El LHC (Large Hadron Collider) es el producto del esfuerzo mancomunado de muchas disciplinas. Su finalidad es comprender la estructura última de la materia, y con ello el universo, que después de todo, está hecho de materia y energía, dos caras de una moneda.
Los hadrones son un cierto tipo de partículas con estructura interna, entre los que se encuentran los protones y neutrones, componentes del núcleo atómico. Haciendo colisionar hadrones entre sí, y también con otras partículas, los científicos consiguen estudiarlos a través de los minúsculos fragmentos que deja la colisión.
Pero primero deben dotarlos de grandes velocidades para asegurar que se rompan, por eso el LHC los acelera por etapas, siguiendo trayectos cerrados.
Los científicos modifican la manera en que se producen las colisiones, y repiten estos experimentos una y otra vez, haciendo que las partículas recorran los circuitos del LHC a gran velocidad.
Con ello procuran recrear las condiciones en que las partículas se formaron, breves instantes después del Big Bang, el evento que, según la mayoría de los cosmólogos, dio origen al universo.
La computación
Esta es otra herramienta fundamental para el estudio del universo a gran y pequeña escala. Puesto que los objetivos no se encuentran a la mano, los avances en computación han permitido construir modelos de sistemas y estudiar su evolución en el tiempo.
Asimismo, gracias a la computación se pueden procesar adecuadamente las imágenes y obtener de ellas los mejores resultados.
Por ello se puede asegurar que, sin importar la escala, la complejidad del universo hace necesario el concurso y la colaboración de diversas disciplinas científicas, todas las cuales deben su desarrollo a la experimentación continua.