Naturaleza de la Ciencia para Todos. Waldo Quiroz Venegas

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      Figura 2. Objetos materiales a distintos niveles, desde el subatómico al galáctico. (Fotografías de http://commons.wikimedia.org)

      Los objetos materiales de la Figura 2 van desde la escala microscópica hasta un nivel cósmico. Todos ellos poseen la misma base material, es decir de partículas de electrones, protones, fotones, neutrones, etc. En el mundo microscópico, la Física se centra en el átomo y sus sub-partículas.

      En la medida en que estos objetos se hacen más complejos, emergen las moléculas con nuevas propiedades, en donde la Química como disciplina científica estudia sus propiedades. El mundo de las macromoléculas y el mundo celular orgánico son terrenos principalmente de la Bioquímica y la Biología. Los seres vivos siguen siendo terreno de la Biología, salvo uno en especial, el ser humano respecto al cual emerge la Psicología y las Neurociencias, pasando por las sociedades de humanos donde la Sociología es la reina. Las sociedades de los otros seres vivos (ej: colonias, enjambres, manadas etc.) siguen siendo terreno de la Biología. Los objetos cósmicos, como los planetas, sistemas planetarios, galaxias y cúmulos galácticos quedan nuevamente en el mundo de la Física de gran escala donde predomina la física Newtoniana 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 СКАЧАТЬ