¿Por qué es tan difícil enseñar la ciencia?

Tenemos la sensación de que los avances en el conocimiento nos enseñan que el mundo es enormemente complejo y que cuanto más profundicemos en nuevos descubrimientos, más complicada será la descripción de las cosas. Esto nos causa un cierto vértigo y, ante la sensación de no poder abarcarlo todo, tendemos a centrarnos en las áreas de conocimiento que nos son más familiares. Pero en realidad lo que vamos encontrando es que cuanto más progresa la ciencia, más sencillas son sus explicaciones y menos conceptos involucran. Una misteriosa tendencia unificadora en la naturaleza nos está acostumbrando a ver muchos fenómenos como distintas manifestaciones de unas pocas leyes y cuanto más comprendemos el mundo, más asequible nos parece. Debemos empezar a difundir estas ideas.

Enseñar, divulgar o explicar la ciencia no debería ser, a priori, más difícil que transmitir los conocimientos de cualquier otra materia. En esencia ese trabajo consistiría en describir los comportamientos de aquello que se está estudiando y buscar las causas que los provocan. Para un estudiante, el grado completo de conocimiento llega cuando comprende bien la ley que describe causas y comportamientos.

1 - La intuición

El enfoque pedagógico más utilizado es la representación de la realidad mediante modelos que pretenden ser intuitivos. La intuición es la herramienta a la que más se recurre. Nos encontramos con modelos de bolitas para explicar la estructura de un átomo, dibujos con flechas que simbolizan fuerzas, exageraciones, colores falsos, distorsiones… Se abusa tanto de la representación que se acaba transmitiendo la idea de que el modelo es suficiente para explicar toda la realidad. Por ejemplo, a los niños se les explican las primeras matemáticas sencillas mediante ejemplos de manzanas y peras, pero cuando toca explicar los números negativos el modelo se queda pequeño ante la imposibilidad de representar una manzana negativa. Entonces se recurre casi siempre a una recta con marcas a izquierda y derecha. Es decir, cuando se amplía el conocimiento que se quiere transmitir hay que recurrir a un nuevo modelo, todo en aras de la intuición. ¿Pero realmente hay alguna forma intuitiva de explicar que -3 x -5 es igual a 15? ¿Es intuitivo hablar del infinito, de múltiples dimensiones, de los años que han pasado desde el inicio del Pleistoceno, de dos gases que reaccionan químicamente y forman un líquido? La tendencia natural del cerebro es intentar encajar los nuevos conocimientos dentro del viejo esquema mental, el presuntamente intuitivo. Y cuando se le fuerza por la vía pedagógica a cambiar de paradigma se le está obligando a hacer un esfuerzo laborioso de flexibilidad mental, que indudablemente es útil para la salud cerebral, pero no ayuda a la comprensión de la materia que se quiere transmitir, sino que provoca desconcierto, desconfianza y en última instancia, rechazo. Parte de los tópicos acerca de la dificultad de las ciencias y su presunta infalibilidad radican en esta enorme abundancia de ejemplos metafóricos que confunden al no experto.

2.- El gran salto hacia la ciencia formal

A la hora de transmitir los aspectos de la ciencia a niveles más profundos y fundamentales la intuición sufre enormes limitaciones porque el cerebro humano está formidablemente bien adaptado al entorno en el que se mueve, a la escala humana y a las percepciones cotidianas. De manera que el cerebro no puede imaginar situaciones o comportamientos ajenos a su día a día y esto condiciona y restringe nuestros pensamientos, especialmente cuando se intentan representar con imágenes o palabras. Por ejemplo, es imposible visualizar más de 3 dimensiones, sólo concebimos el espacio y el tiempo como entidades disociadas, estáticas e inmutables, no abarcamos más de 2 ó 3 acontecimientos simultáneos, no toleramos las ilusiones ópticas… Aceptar estas restricciones significa reconocer que mediante la vía intuitiva no lograremos entender nada coherente, y tanto el que enseña como el que aprende deben dar un salto hacia un modelo de ciencia más formal en busca de la exactitud. Este salto es traumático ya que supone abandonar los sencillos modelos con dibujos y bolitas para caer en brazos de fórmulas y cálculos matemáticos enormemente complejos. Este es el punto que origina la fama de que la ciencia es difícil y muchas veces inabordable. ¿Por qué? Porque hemos convertido la ciencia formal en matemática. Y no debería ser así.

3.- La abstracción

Las matemáticas son algo por encima de la ciencia, quizá son un lenguaje, una forma de expresión de la naturaleza, algo ligado con la filosofía, quizá son una creación del ser humano… Escapa de este post entrar en ese debate que por otro lado es tremendamente interesante. Para lo que nos interesa, la ciencia recurre a las matemáticas como una herramienta extraordinariamente útil, una poderosa forma de representación. Pero pedagógicamente se abusa de ellas prescindiendo del uso de una competencia fundamental de nuestro cerebro: la abstracción.

La abstracción es un mecanismo de defensa extraordinariamente potente que utiliza el cerebro para compensar nuestros fallos de memoria. Mientras que la cantidad de información que perciben nuestros sentidos es colosal, la que llegamos a almacenar en nuestra memoria es un porcentaje ínfimo de ella. Tanto de forma consciente como inconsciente lo que hacemos es aplicar un enorme proceso de filtrado tras el cual el cerebro se queda con los rasgos más llamativos o más sobresalientes de la información. A eso le llamamos abstracción, y la abstracción también se puede utilizar para aumentar nuestra comprensión del mundo. Gracias al pensamiento abstracto podemos manejarnos en un mundo de varias dimensiones, acercarnos al infinito, a lo muy pequeño… Quizá no lo abarcaremos con la mente, pero mediante la extrapolación de fenómenos cercanos a nuestra experiencia conocida, mediante la observación de regularidades y patrones, mediante procesos de generalización o deducción sí podremos navegar por esos entornos extraños, e incluso hacer predicciones. Un verdadero científico no es alguien extraordinariamente dotado para el cálculo matemático, sino alguien con dotes de observación, comprensión, generalización, etc.

Nos cuesta confiar en la pura abstracción porque tenemos tanta herencia de la intuición (son tantos siglos pensando así) que nos cuesta cambiar de paradigma. Einstein llegó a aceptar que el tiempo se distorsionaba y se mezclaba con el espacio, pero cuando tropezó con el resultado de que el universo se expandía se negó a aceptarlo “porque iba contra el sentido común”. Y la realidad es que el sentido común decía que nunca nadie había medido si el universo se expandía o no, y cuando lo midieron salió que sí. De igual manera la mecánica cuántica va en contra de nuestra intuición y por eso más de un siglo después seguimos pensando que “algo está equivocado ahí”. Repito: para entender la ciencia hay que confiar en el pensamiento abstracto.

4.- La sencillez

La historia de la ciencia es la historia del aumento de nuestro grado de abstracción. En la época del Renacimiento, los primeros científicos modernos realizaron sencillos experimentos y por simple comparación de resultados establecieron las primeras leyes naturales no basadas en razones filosóficas o religiosas: por ejemplo, si yo estiro un muelle el doble la fuerza que notaré será el doble, si tiro dos bolas desde una torre llegarán al suelo a la vez aunque pesen distinto. En los siglos XVII al XIX, por comparación de estas leyes se pasó a un grado superior de abstracción y llegaron las teorías, que explicaban las causas: no necesitamos una ley para explicar la caída de las bolas desde la torre y otra ley para el movimiento de la Luna porque son la misma aplicada a casos distintos, y la razón que lo justifica es que todos los cuerpos se atraen. El siglo XX nos permitió encontrar enormes similitudes entre las teorías fundamentales y nos hemos lanzado hacia algo más grande que, a falta de otro nombre, le estamos llamando teoría de unificación, o teoría global, o teoría de todo, etc. En ella la idea que subyace es que existe una explicación única que abarca cualquier fenómeno de la naturaleza, de lo más grande a lo más pequeño, del origen del mundo, de la materia que estamos hechos, de las reacciones químicas, de los principios de la biología, de las ciencias sociales, de la psicología… No tenemos aún esa explicación completa, y quizá no la encontremos nunca, pero desde que en 1964 se encontró la famosa radiación de fondo cosmológica estamos convencidos de que esa descripción unificada existe, y ha sido una gran sorpresa.

A medida que avanzamos en la abstracción se reduce la complejidad del mundo, y a medida que mejor lo entendemos vemos que necesitamos menos elementos para describirlo, menos variables y menos suposiciones. A día de hoy necesitamos muy pocas piezas y reglas para explicar muchas cosas. Tenemos un modelo de conocimiento enormemente sencillo y los esfuerzos que se están haciendo son para simplificarlo aún más. Por ello no hay derecho a seguir transmitiendo que la ciencia es una doctrina compleja. Hemos llegado a un nivel en el que toda la historia desde la creación del universo (lo que algunos empiezan a llamar El Gran Relato) la podemos explicar de forma sencilla a un estudiante de secundaria. De igual manera podríamos explicar cualquier otro fenómeno. Dejémonos de modelizaciones simplistas y matemáticas complejas. La idea fundamental que debemos transmitir es que la ciencia se basa en unas leyes sencillas que explican cualquier fenómeno usando la única herramienta del pensamiento estructurado. Antiguamente estaban justificadas otras aproximaciones pedagógicas, pero hoy, desde 1964, fecha en la que sabemos en qué consiste exactamente eso llamado Ciencia, debemos explicarla de esta manera.

Premio Nobel de Física en 2011 para la Cosmología

Nueva aparición en los diarios de una noticia científica debido a los Premios Nobel. Dejaremos a un lado que tienen previsto entregar el de Medicina a una persona muerta y nos centraremos en el de Física. ¿Por qué? pues porque por una vez han premiado una cosa que se entiende.

Desde 1929 sabemos que el Universo se expande. Lo comenté en un post de este mismo blog esta primavera. Significa que todas las galaxias se alejan unas de otras debido a una expansión del espacio fruto de la energía liberada en una especie de explosión. La ley es sencilla: lo que está lejos se aleja más rápido. Doble distancia > doble velocidad. Haría una gráfica para ilustrarlo, pero entre lectores informáticos y gente de letras no sé si se entendería mucho.

Esto ha sido así durante toda la vida (o sea, desde 1929 hasta finales de los años 90). Era un modelo bonito, cómodo y sencillo de manejar en ecuaciones. Servía hasta para predecir cómo sería el final del universo. Sólo faltaba mejorar la precisión en las medidas. Estamos hablando de distancias de unos 10 trillones de kilómetros (son 10.000 millones de años-luz, pero no quiero crear más confusión usando ese nombre tan poco afortunado que lleva la palabra ‘año’), y a esas distancias las mediciones se calculan mediante métodos indirectos y los márgenes de error son grandes. Por suerte combinando distintas ramas del conocimiento astrofísico empezamos a contar con técnicas más precisas, y uno de los métodos que mejores resultados da es el de las supernovas tipo I. El trabajo de medición de distancias usando el método de las supernovas ejecutado durante una década, y el sorprendente resultado encontrado es lo que se premia este año.

Una supernova es una explosión de estrellas. Para los antiguos la nova era toda aquella estrella que aparecía de repente en el cielo, y modernamente se llamaron supernovas a las novas que brillaban muchísimo. No esperéis ver muchos cambios en el cielo durante vuestras vidas, estadísticamente hay que vivir unos 500 años para ver una supernova y más o menos la misma cantidad de tiempo para dejar de ver una estrella. Y nosotros ya hemos vivido la de 1987 aunque sólo la pudieron ver en el hemisferio sur. Las supernovas más corrientes son las que tienen lugar cuando a una estrella muy pesada se le agota la capacidad de generar energía. Pero las que nos interesan en este post son las llamadas ‘Tipo Ia’, en las que intervienen dos estrellas y una literalmente destroza a la otra. Lo normal de las estrellas es que estén en pareja (como los seres humanos), y más raramente en tríos (como los seres humanos también). Los ‘singles’ como el Sol no son lo que más abunda. El problema de la convivencia es que a veces una de las partes necesita más espacio, y esto les pasa a las estrellas viejas: se expanden e invaden a su compañera. Esto desemboca en una violenta explosión en la que se libera buena parte de la masa de ambas. Utilidad científica que nos aporta este fenómeno: que sucede siempre igual, con la misma intensidad, el mismo patrón de duración, cantidad de luz, etc, con lo cual estamos en condiciones de saber la distancia de una supernova tipo Ia en cuanto la vemos.

El trabajo rutinario de medir las distancias de millones de galaxias en las que hay una supernova Ia habría pasado inadvertido como tantos otros trabajos de astronomía (ciencia que consiste en observar miles de objetos para hacer un catálogo). Lo excepcional ha sido que se ha encontrado una violación a la regla “a más distancia, más velocidad”. Lo que se ha encontrado, y se ha confirmado después de años de verificaciones, y por eso se les otorga el Premio Nobel, es que los objetos que están muy lejos se alejan mucho más rápido de lo que deberían. Supongo que en los próximos días nos hincharemos a leer en los medios que “la expansión del universo se está acelerando”, una forma poco intuitiva de explicar este descubrimiento, pero la consecuencia trascendente es que existe algo más en la naturaleza, una extraña forma de fuerza, o energía, o materia, que actúa como una gravedad que en vez de atraer a los cuerpos los repele cuando están muy lejos. Y este nuevo ingrediente, que leeréis estos días bajo los nombres de “energía oscura” o “quintaesencia”, se calcula que constituye el 70% del universo, que junto al 25% de materia oscura que no sabemos lo que es, nos hace ser conscientes una vez más de nuestro desconocimiento. Han premiado la comprobación experimental de que no sabemos en qué consiste el 95% de lo que nos rodea. Pero hay que alegrarse de este paso. Todo avance proporciona nuevas pistas para dar los siguientes pasos. Es reconfortante en cierta medida tener una gravedad repulsiva porque era la única fuerza conocida que sólo actuaba en un sentido, y eso encajaba muy mal con las otras fuerzas. Es un reto ilusionante tener una interacción más que medir en los laboratorios. Habrá que diseñar experimentos para encontrar la fuerza repelente. Y habrá que ir a los aceleradores de partículas para encontrar a aquellas responsables. Y habremos encontrado una pieza más, quizá una ya de las últimas, para poner en esa teoría fundamental de gran unificación le las leyes o “teoría de todo” que buscan los físicos. Y cuando la tengamos, ya nos dedicaremos a otra cosa.