Los métodos de la Investigación

IntroducciónEn la actividad científica se distinguen dos procesos: uno ascendente que conduce a la formación de entidades teóricas (conceptos, leyes y teorías) y otro descendente que consiste en la comprobación experimental de las construcciones teóricas.

Entre las ciencias experimentales, la física puede considerarse como un ejemplo del primer tipo de procesos, y Newton y Einstein como el tipo de investigadores que construyeron sus estructuras teóricas sobre conceptos y como invenciones libres del intelecto humano.En ambos casos, el segundo de los procesos, la experimentación, demostró la validez de dichas teorías.

Las teorías deben explicar los hechos experimentales y ser congruentes con ellos, pero estos no son la fuente principal del desarrollo de aquellas, ya que las hipótesis de las que se parte son abstractas y alejadas de la experiencia, según Einstein.Por ejemplo, Newton buscaba un conocimiento de la naturaleza por medio de conceptos matemáticos y para ello concibió un sistema ideal formado por puntos dotados de masa y sometidos a fuerzas, los cuales no existen en la naturaleza, de tal modo que las definiciones, enunciados y demostraciones, se refieren a los puntos-masa de forma inmediata y solo de forma mediata al Sol, la Tierra y demás planetas que constituyen la realidad. Por lo general, el objeto ficticio que sustituye al real es necesario para formulaciones matemáticas como las de la mecánica y recibe el nombre de objeto científico.

El objeto científico no existe realmente, y por lo tanto hay que construirlo a través de conceptos seleccionados que permitan su estudio mediante experiencias controladas.Se utilizan diversos métodos que los veremos a continuación:

El método hipotético-deductivo

El método hipotético-deductivo lo empleamos corrientemente tanto en la vida ordinaria como en la investigación científica. Es el camino lógico para buscar la solución a los problemas que nos planteamos. Consiste en emitir hipótesis acerca de las posibles soluciones al problema planteado y en comprobar con los datos disponibles si estos están de acuerdo con aquellas.

Cuando el problema esta próximo al nivel observacional, el caso mas simple, las hipótesis podemos clasificarlas como empíricas, mientras que en los casos mas complejos, sistemas teóricos, las hipótesis son de tipo abstracto. Así, en los ámbitos de la óptica, electricidad, química analítica, etc., en los que se dispone de métodos observacionales adecuados con los cuales se puede obtener magnitudes muy precisas, las hipótesis pueden verificarse con gran seguridad; sin embargo, las hipótesis acerca de la evolución de los seres vivos, la creación del universo, etc., en donde la relación entre la hipótesis propuesta y los datos disponibles es muy indirecta y/o la verificación es difícil, origina el que las hipótesis sean cambiantes en el tiempo, de acuerdo con los datos que se van obteniendo. En estos casos, cabe preguntarse si existen criterios que permitan juzgar la validez de las hipótesis generales.

Según M. Artigas existen cinco criterios para juzgar la validez de las hipótesis generales, aplicables tanto a las hipótesis próximas a la experimentación como a las de elevado nivel teórico. Estos criterios son:a) El poder explicativo. La capacidad de las hipótesis de dar razón de los problemas planteados y de los datos disponibles. Por ejemplo la estructura en doble hélice del ADN explicó de modo satisfactorio la conservación y transmisión del material genético. El modelo fue admitido inmediatamente, aunque las pruebas empíricas concluyentes tardaran ciertotiempo en ser propuestas.

b) El poder predictivo: si de una hipótesis se deduce una determinada consecuencia, puede decirse que la hipótesis predice y explica dicha consecuencia. Este criterio es especialmente importante cuando se trata de predicciones antes desconocidas. Por ejemplo, el efecto de un planeta sobre otros, tal como lo predecía la mecánica newtoniana, condujo al descubrimiento de Neptuno y Platón, en las posiciones calculadas por la teoría.

c) La precisión de las explicaciones y las predicciones: este criterio refuerza a los dos anteriores, ya que en la ciencia experimental el progreso se debe en buena parte a la exactitud de los cálculos y comprobaciones.Por ejemplo, Kepler invirtió dos años en sus primeros estudios sobre la orbita de Marte, pero recomenzó al comprobar un desacuerdo de 8 minutos de arco respecto a los datos de Ticho Brahe. Posteriormente, las predicciones fueron comprobadas con gran precisión por unas expediciones de astrónomos a Brasil y África para comprobar la desviación gravitatoria de la luz.

d) La convergencia de pruebas variadas e independientes: Este criterio refuerza la fiabilidad de las teorías. Por ejemplo, el modelo de la gran explosión propuesto en la década de los veinte recibió un apoyo decisivo cuando Penzias y Wilson detectaron en 1964 la radiación de fondo predicha por la teoría. Este modelo es coherente también con otros datos obtenidos acerca de otros fenómenos, tales como la abundancia de los elementos ligeros en el universo y la distribución de la materia a gran escala. El hecho de que estos fenómenos se estudian y comprueban de modo diferente, es una razón importante en favor de la teoría que los predice y explica.

e) El apoyo mutuo entre las teorías: es una buena prueba de la validez de las hipótesis. Por ejemplo, la teoría atómica fue ganando fiabilidad al integrarse en las explicaciones de diversas disciplinas, al contar con pruebas específicas sobre los modelos atómicos y constituir, además, un elemento importante de las teorías químicas y de la biología molecular. Las teorías se entrelazan formando un red en la cual las comprobaciones de algunas consecuencias experimentales refuerzan la validez de todo el conjunto.

El método inductivo

Conjuntamente con el anterior es utilizado en la ciencia experimental. Consiste en basarse en enunciados singulares, tales como descripciones de los resultados de observaciones o experiencias para plantear enunciados universales, tales como hipótesis o teorías. Ello es como decir que la naturaleza se comporta siempre igual cuando se dan las mismas circunstancias, lo cual es como admitir que bajo las mismas condiciones experimentales se obtienen los mismos resultados, base de la repetitividad de las experiencias, lógicamente aceptado.

Pero basar en esto que desde unos hechos concretos se puede llegar a establecer una teoría general, seria tanto como admitir que no pueden darse hechos distintos en el campo general de dicha teoría, lo cual no parece lógico ni sensato, pues nos llevaría a admitir un determinismo absoluto, que tal y como hemos visto, no es admisible actualmente. Por otra parte, la inducción equivale a la extrapolación, lo cual puede ser un recurso en el campo experimental, que no se confirma siempre. Por todo ello, mediante solo la inducción, o sea, una colección de datos experimentales para construir leyes y teorías científicas auxiliada por la lógica, es difícil elaborar una teoría científicamente admisible.

A pesar de lo expuesto, el método inductivo tiene su importancia en el estudio de los fenómenos científicos. Así, la gran cantidad de medidas efectuadas por Ticho Brahe durante veinte años sobre los planetas, le sirvieron a Johann Kepler para formular confirmar el modelo que se conoce como las tres leyes de Kepler, de tal manera, que si se presuponen estas leyes, se pueden calcular las posiciones de los planetas para cualquier tiempo, pasado o futuro. Kepler comprobó sus predicciones, principalmente con las observaciones del planeta Marte. Por otra parte, Faraday pudo probar que los diversos fenómenos que se apreciaban en la electricidad se debían a una misma causa, que posteriormente se atribuyó al flujo de los electrones.

Métodos de investigaciónLa investigación teórica: Queda encuadrada en esta, aquella investigación cuya finalidad es la concepción de las grandes teorías que son el fundamento de determinadas ciencias tales como las matemáticas y la física. El trabajo del investigador puede realizarse con papel y lápiz y las hipótesis planteadas se construyen sobre conceptos y son invenciones del intelecto humano. La obra de Isaac Newton (1642-1727) publicada en 1686 Philosophie Naturalisa Principié Mathematica, constituye un ejemplo de este tipo de investigación, al establecer las leyes newtonianas del movimiento y la ley de la gravitación universal.

Otro ejemplo de este tipo de investigación es la llevada a termino por Albert Einstein, considerado por muchos físicos como el mayor científico que ha existido, quien con su Teoría de la Relatividad transformó hondamente el pensamiento científico en cuestiones tan importantes como el espacio, el tiempo, el movimiento, la masa, la energía, etc.En estos casos, las hipótesis planteadas en la teoría general deben de recibir una confirmación experimental posteriormente para que la teoría sea aceptada.La utilización posterior de nuevas y mas precisas técnicas experimentales pueden poner en duda la validez de una teoría ya aceptada, con lo cual se produce un avance del conocimiento, sin que ello invalide el método empleado.

La investigación experimental

Se puede clasificar en:Planteamiento de hipótesis, experimentación, comprobaciónEste método tiene una cierta semejanza con el empleado en la investigación teórica pero se diferencia en que no tiene por objeto el plantear grandes teorías globales, sino mas bien el descubrir determinados comportamientos de los fenómenos naturales, para conocer sus tendencias o leyes, a fin de mejorar el conocimiento de los mismos, con el objeto de poder controlarlos. Por lo general, se apoya en conocimientos validados experimentalmente y que en su momento se daban como verdaderos, pero que a la luz de nuevos descubrimientos dentro de su área o próximos a ella, llevan a plantear nuevas hipótesis que deben ser, a su vez validadas experimentalmente, de forma que si los resultados las confirman, el nuevo conocimiento invalida al anterior.

Después de las discusiones entre atomistas y equivalentitas, Ernest Rutherford, observando el espectro del helio concluyo que los corpúsculos alfa no eran otra cosa que átomos de helio. En 1911, Rutherford traza un esquema de un átomo parecido a un sistema solar en miniatura, con un núcleo central cargado positivamente y gravitando alrededor de el los electrones cargados negativamente. Se llega a la noción de los átomos, diferenciándose los unos de los otros en el número electrones y pensando que esta diferencia era la que producía las diferencias de las propiedades químicas de los cuerpos. Entre 1911 y 1913 se suceden una serie de descubrimientos importantes, que llevan a Niels Bohr a presentar su modelo atómico con las capas de electrones estratificadas en orbitas circulares alrededor del núcleo, basándose en el modelo de Rutherford, en la teoría electromagnética y en los cuantos de acción de Plan. En 1931 Sommerfeld aplica la teoría de Bohr a las orbitas elípticas, con lo cual se amplia a otros muchos átomos además del hidrogeno. Posteriormente, se presenta la nueva teoría cuántica para el átomo y las nubes de probabilidad electrónica.De esta manera se va construyendo todo el edificio de la estructuraatómica de los cuerpos a partir del modelo atómico de Niels Bohr.

Experimentación sin hipótesis previa

Es un método corrientemente empleado en aquellos casos en donde la investigación tiene por objeto el provocar determinados fenómenos que no se presentan usualmente en la naturaleza y cuyo conocimiento puede ser interesante o importante en el avance de la ciencia o la tecnología. Constituye un método de investigación muy importante, tanto por su amplitud como por su utilización en el campo tecnológico. Entre ellas, podemos citar:

A. Experimentación para conocer la estructura intima de la materia. Este tipo de investigación puede abarcar experimentaciones que tengan por objeto el conocer la constitución intima de la materia mediante los aceleradores de partículas, experiencias en ausencia parcial de gravedad,tales como las que se realizan en los transbordadores espaciales, las cuales requieren instalaciones muy complejas y de elevado coste.B. Experimentación para obtención de nuevos compuestos. En muchos procesos de síntesis se desea conocer que tipo de compuesto se obtiene haciendo reaccionar en determinadas condiciones dos o mas compuestos, bien para obtener un compuesto nuevo que no existe en la naturaleza, o para sintetizar uno existente. El primer caso lo tenemos, por ejemplo, en la síntesis de nuevos polímeros, de nuevos colorantes, nuevos compuestos inorgánicos, metalúrgicos, etc.; el segundo lo encontramos en la síntesis de algunos productos farmacéuticos, aromas, colorantes naturales, etc.

C. Experimentación para modificar las propiedades de los cuerpos sometidos a determinadas acciones físicas, químicas o ambientales. En estos casos se pretende conocer como se modifican algunas propiedades de los cuerpos cuando se someten a condiciones que no son normales en su estado natural. Así, la oxidación de la celulosa en determinadas condiciones es importante para determinar los oxidantes adecuados para su blanqueo sin alterar sus buenas propiedades; en otros casos, interesa conocer la modificación superficial de un cuerpo por el medio ambiente, rayos laser, etc.D. Experimentación para conocer determinados parámetros científicos o tecnológicos. Entran en este apartado, experiencias que se ofician en laboratorios químicos para establecer la cinética de una reacción y la influencia de variables, temperatura, concentración de productos, etc., sobre la constante de velocidad, o meramente tecnológicas en las cuales, por ejemplo, se desea conocer el comportamiento de determinados recubrimientos acerca de su duración a la acción abrasiva de un determinado material utilizado como eje de un sistema motriz.

E. Experimentación analítica. La investigación analítica, propiamente dicha, es aquella que pone a punto nuevos sistemas de análisis, instrumentos y/o métodos, para descubrir la composición química de los elementos existentes en un compuesto, bien que este se encuentre en la naturaleza, minerales, plantas, líquidos, etc. o de un producto obtenido en una nueva síntesis, para determinar la naturaleza de sus componentes y el grado de pureza logrado. Lo mismo se puede indicar en el caso del análisis de las propiedades físicas de los cuerpos. Este tipo de investigación experimental es de gran importancia, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico. La investigación analítica utiliza hoy potentes medios instrumentales, tanto para determinar la composición de los cuerpos como para detectar sus propiedades, constituyendo una verdadera especialización en el manejo de tales medios instrumentales.No se puede considerar como investigación analítica la puesta a punto de una técnica ya conocida, o la determinación analítica de las propiedades físicas o químicas de las sustancias.

Experimentación según el método prueba-error o éxitoSe utiliza este método cuando no se tiene un conocimiento previo que permita establecer un plan concreto de trabajo para abordar el tema objeto de la investigación. Esta se inicia al azar, experimentando, generalmente, con un numero elevado de compuestos o elementos, con la esperanza de encontrar algún resultado que de una pista acerca de la posible solución, o permita establecer una hipótesis inicial, que en el transcurso de la experimentación se va perfilando hasta establecerla de forma mas definitiva.Ej.: invención de la luz eléctrica (Edison).

Experimentación con modelosCuando la investigación no permite la utilización de los elementos reales, bien por razones de seguridad o porque la utilización del elemento real enmascararía el valor de los resultados y no se podría sacar un conclusión adecuada, se utilizan modelos artificiales para llevar a termino la experimentación.Ejemplo del primer caso, razones de seguridad, es la utilización de sofisticados maniquíes en la investigación del daño causado por un impacto frontal o lateral sobre los ocupantes de un vehículo; en este caso, el maniquí va provisto de una serie de sensores que permiten conocer la acción del impacto sobre determinados órganos del cuerpo y proceder a las correcciones correspondientes de la estructura resistente del vehículo para hacerlo mas seguro, y dotarlo de elementos protectores (airbag). Caso similar son los materiales para vestidos contra el fuego, en donde también se efectúan los ensayos con maniquíes. En otros campos se usan los modelos computacionales.

La investigación combinatoriaEste método de investigación, aunque en una de sus etapas, es esencialmente experimental, las otras etapas que configuran el método escapan de su encuadre en dicha clasificación.La síntesis de los compuestos biológicos orgánicos ha estado influenciada durante los últimos cien años por la metodología siguiente: elección de una posible molécula de estructura definida, su síntesis, purificación y ensayos de su actividad. La actividad es entonces optimizada parcialmente de forma sistemática o por variaciones intuitivas de la estructura inicial. La nueva sustancia activa se obtiene por ensayo y error hasta que se obtiene el producto de las características deseadas; ello puede llevar a la necesidad de miles de variaciones de estructuras moleculares. Este proceso es lento y caro, haciendo que la investigación de nuevos productos farmacéuticos y protectores de la agricultura requiera mucho tiempo y dinero.

Una nueva metodología se denomina Química Combinatoria y se caracteriza por sintetizar simultáneamente diferentes productos con estructura bien definida. Si bien en principio se ha aplicado a los productos farmacéuticos, se empieza a introducir en otros campos tales como para el descubrimiento de nuevos catalizadores y de materiales luminiscentes.Se puede hacer modelos combinatorios a gran escala usando modelos informáticos.

La investigación por observación de la naturaleza

El ser humano aprovecha la capacidad que posee de observar las cosas que se presentan en la naturaleza para descubrir sus formas externas e internas, sus características, manera de actuar, en una palabra para conocerlas en mayor o menor grado, de acuerdo con la capacidad de cada observador y el interés que en el despierta la cosa observada. Esta capacidad e interés, unida a determinada metodología en la observación, constituye un método empleado en la investigación científica y tecnológica. La investigación por observación, nos permite avanzar en el conocimiento de todo lo que nos rodea, desde lo mas pequeño, la célula, hasta lo mas distante del universo. E,: Microscopio o Telescopio.

Simulación por computadora

La simulación por computadora permite conocer con buena exactitud las realidades no experimentables, o no observables en la naturaleza, tal como sucede en astrofísica, geofísica-tectónica, estructura de materiales a elevadísimas temperaturas y presiones.Por ejemplo, el estudio en el centro de la Tierra de la estructura cristalina y liquida del hierro, requiere, para efectuarlo, la simulación por medio de supercomputadores que permiten los cálculos extremadamente largos y complejos que requieren el estudio de la estructura electrónica de tales fases, lo cual representa unas limitaciones, puesto que tales cálculos requieren mucho tiempo y son caros.

La investigación sociológica

La investigación sociológica nos permite mejorar el conocimiento de las actitudes y reacciones del ser humano ante determinados acontecimientos científicos o tecnológicos que se producen en su entorno social. Así, por ejemplo, la invención de la maquina de vapor provocó la industrialización y con ello la aparición de una clase obrera industrial que al principio fue duramente tratada, lo que le llevo a organizarse en una fuerza sindical para reivindicar unas mejoras de su situación social, lo cual a su vez estimuló a los empresarios a adoptar innovaciones tecnológicas que contrarrestasen la presión sindical, abaratasen sus productos y los hicieran mas asequibles a una mayor gama de consumidores.

El diseño de la investigación esta en función de los objetivos que se desean, existiendo varios tipos de diseño según el estudio . Así, existen:a) Estudios exploratorios para averiguar si existe o no un fenómeno, como primer paso a una investigación.b) Estudios descriptivos que examinan un fenómeno para describirlo mas completamente o para diferenciarlo de otro.c) Estudios predictivos para identificar las relaciones que permiten especular acerca de una cosa sabiendo algo de otra.d) Estudios explicativos que procuran encontrar la relación causa-efecto entre dos o mas fenómenos.e) Estudios de acción que orientan a solucionar un problema de tipo social, político, de mercado, etc.

Las técnicas mas empleadas para la recogida de datos son: la encuesta, la entrevista, el análisis de los contenidos, no reactivas, secundarias. Cada una de ellas tiene una ente diferente para la recogida de los datos. Una vez obtenidos estos, se efectúa un tratamiento informático, se analizan e interpretan.

Enlaces de interés

• http://www.unsam.edu.ar/tss/tenemos-que-formar-tecnologos/