Naturaleza de la Ciencia para Todos. Waldo Quiroz Venegas
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Название: Naturaleza de la Ciencia para Todos
Автор: Waldo Quiroz Venegas
Издательство: Bookwire
Жанр: Математика
isbn: 9789561709805
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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.
Figura 3. Sistemas naturales y artificiales. A la izquierda tenemos un ecosistema terrestre, en el centro un sistema de juego futbolístico y a la derecha un sistema cristalino. (Fotografías de http://commons.wikimedia.org)
Finalmente en un diamante hablamos de un sistema, puesto que los átomos que lo componen interaccionan dándole una geometría especial que le entrega una alta dureza, elevados puntos de fusión y una alta rigidez.
Por otra parte, si analizamos un objeto individual independiente del sistema donde este se encuentre, nos damos cuenta que el objeto material es en sí mismo un sistema también. Por ejemplo usted y yo no sólo formamos parte de los sistemas anteriormente descritos sino que nuestro cuerpo humano es un sistema por sí solo. Somos un sistema compuesto de órganos como el corazón, pulmones, hígado, riñones, cerebro. Estos órganos deben intercambiar energía, gases, nutrientes, impulsos eléctricos, hormonas, etc., para sustentar nuestro ser. Evidentemente que este sistema maravilloso como el cuerpo humano debe interaccionar con el exterior para nutrirse, pero el punto es que distintos objetos materiales estrechamente relacionados conforman nuestro cuerpo.
Los órganos del cuerpo por sí solos también son sistemas, específicamente estamos hablando de sistemas celulares, los cuales al interaccionar generan las propiedades del órgano en cuestión. Por ejemplo el tipo de células que conforman al corazón le dan la capacidad de bombear sangre, el tipo de célula del cerebro le da la capacidad de transmitir impulsos eléctricos y generar el aprendizaje, la creatividad, la memoria. Lo mismo podemos afirmar para los pulmones, hígado y riñones.
Aunque parezca majadero podemos seguir con este jueguito de analizar sistemas de sistemas. Las células son sistemas macromoleculares tales como capas de lípidos, proteínas y estas mismas moléculas son sistemas atómicos y estos átomos son sistemas de partículas sub-atómicas como electrones, protones, neutrones.
¿Hasta dónde podemos seguir con el tema de los sistemas? Los últimos adelantos de la ciencia nos dicen que los protones y neutrones están formados de sistemas de quarks y que estos estarían formados a su vez por cuerdas, aunque tengo entendido que aún no hay evidencias de que estas últimas existan. Los que no somos físicos de partículas podemos entender esto mucho mejor a través de animaciones computacionales.
A continuación dejo un enlace el cual espero que se mantenga activo cuando lea este libro, de lo contrario búsquelo en la red con el nombre “la escala del universo”
Además que la realidad es un sistema de objetos materiales que interaccionan entre sí, esta realidad tiene, como se muestra en la Figura 2, varios niveles, todos ellos estrechamente conectados. Por ejemplo, las interacciones de los sistemas atómicos y moleculares a escala microscópica, generan propiedades macroscópicas que se observan en sistemas a escala humana, así la interacción de las moléculas de agua a escala microscópica generan que un vaso de agua en condiciones normales sea líquida, incolora, buen solvente, muy estable, entre otras características.
Cuando usted ve un fenómeno natural como un arcoiris, esos colores son el producto de las interacciones que presentan los fotones de la luz del sol con los gases y agua atmosférica, generando un cambio en el ángulo de propagación y dependiendo del “color” que porta el fotón este cambio de ángulo genera una dispersión de los “colores” por el fenómeno de la refracción”. Tanto fotones como las moléculas de gas y de agua están en una escala micro y el arcoiris está en una escala humana.
Todos los objetos materiales que nos rodean y sus propiedades son el efecto de interacciones de objetos en general a escala microscópica. Los objetos de los sistemas a escala microscópica interaccionan para dar efectos a escalas mayores, y el hecho que usted pueda leer este libro se debe a interacciones de células, con fotones, los cuales generan estímulos eléctricos que van a incidir con su cerebro para generar en última instancia la capacidad de poder ver y leer, tal como se intenta graficar en la Figura 4, en donde el flujo de fotones es regulado por el Iris y la pupila en donde los impulsos eléctricos son conducidos por el nervio óptico.
Todo lo anterior parece una locura y una maravilla a la vez, espero que de ahora en adelante vea la realidad con otros ojos.
Figura 4. El ojo y su estructura al interactuar con fotones. (Fotografías de http://commons.wikimedia.org, National Eye Institute requested. Original source)
En resumen: la realidad es un sistema de objetos materiales, sistema compuesto de sub-sistemas a distintos niveles, todos ellos СКАЧАТЬ