El Experimento en la Ciencia

Todos somos experimentadores por naturaleza: desde el niño que prueba qué materiales son atraídos por un imán, o analiza cuál es la mejor distancia y posición de una lupa para concentrar la luz del sol en un punto y así quemar una hoja, hasta el cocinero que, al preparar comida, modifica la cantidad de ingredientes y tiempo de cocción para obtener un nuevo (o mejor) sabor; o el orador que prueba qué tono de voz podría producir una mayor emoción en su público. Ya sea que la respuesta a nuestros «experimentos» sea objetiva o subjetiva, siempre aspiramos a la mejor posible.

Desde tiempos remotos, aunque se desconocía el concepto actual de experimento, la humanidad conquistó el fuego, construyó armas para la caza o la guerra, desarrolló la rueda, y manipuló metales, siempre basada en un continuo perfeccionamiento tecnológico. En el comienzo de la historia, los chinos, griegos y romanos llevaron a la tecnología a niveles muy altos de sofisticación; sin embargo, fue con Galileo Galilei (1564-1642) que se comenzó a utilizar el experimento con una plena consciencia de su poder para producir conocimiento: la ciencia moderna había comenzado.

El experimento en las ciencias naturales

Un experimento consiste en encontrar una respuesta (o salida) de un sistema físico, químico o biológico (bajo condiciones controladas) en función de una deliberada manipulación de uno o más factores (variables). Por ejemplo, en el experimento de la descomposición de la luz blanca en colores, Isaac Newton utilizó un par de prismas como medios refractores (cada color se refracta a un ángulo diferente). Las condiciones experimentales fueron: la intensidad de la luz blanca incidente, la geometría y materiales de los prismas y el arreglo del sistema experimental (distancia de la fuente de luz al primer prisma y de éste al segundo, tipo de pantalla para observar la luz de color refractada, entre otros). Por otro lado, las respuestas del experimento fueron la visualización de los colores componentes de la luz blanca, su posición en la pantalla, entre algunas otras.

Esquema del sistema experimental de Isaac Newton

Los experimentos en las ciencias experimentales pueden llegar a ser técnicamente muy complejos, tales como, el experimento de Michelson y Morley (para conocer la velocidad de la luz), el efecto fotoeléctrico, de Albert Einstein, o los experimentos llevados a cabo en los sofisticados aceleradores de partículas donde se hace colisionar haces de partículas subatómicas ‒de muy alta energía‒ para producir otras (la cantidad de factores en estos experimentos es enorme y su control muy minucioso).

 El experimento en las ciencias sociales y formales

Las ciencias formales (matemáticas, teoría de la información, teoría de sistemas, entre otras) no necesitan del experimento porque están estructuradas matemáticamente: consisten de uno o más sistemas formales cuya base es axiomática (un axioma, es una proposición no susceptible de demostración) y su estructura está conformada de teoremas (expresiones de un sistema formal demostrables dentro del mismo). La dinámica de estas ciencias podría resumirse como sigue: después de formularse cierta conjetura (o hipótesis), ésta debe demostrarse como verídica dentro del sistema formal. El resultado sería un nuevo teorema, y así sucesivamente.

Con respecto a las ciencias sociales, el experimento estaría vedado para la historia, pero no para la sociología o la antropología que, a pesar de ser disciplinas descriptivas (de sociedades y culturas), pueden permitir el diseño de ciertos experimentos de carácter social o cultural, independientemente de sus consecuencias éticas. Dichos experimentos estarían más justificados en disciplinas como la economía o ciencias de la conducta (psicología).

Diseño de experimentos y modelos experimentales

En las ciencias experimentales, la teoría y el experimento están íntimamente ligados. No es posible establecer una jerarquía entre ellos. Tienen la misma importancia. El modelo es perfectible conforme la ciencia avanza pero podría sustituirse por otro si nuevos resultados experimentales ya no se ajustan a él. Entre más general sea un modelo, mejor puede describir la naturaleza.

Ejemplo de superficies de respuesta
 (enfoque sistémico) de un experimento
de dos factores y tres respuestas.

En las ciencias experimentales es posible diseñar experimentos bajo un enfoque analítico en el que puede variarse un solo factor, después otro, y así sucesivamente hasta obtener una descripción sólida del fenómeno estudiado. El modelo experimental resultante, tendería a ajustarse a los modelos generales vigentes. Por otra parte, un enfoque sistémico (más utilizado en ingeniería) permite analizar cierto número de factores al mismo tiempo, lo cual hace posible estimar la probable interacción (o sinergia) entre ellos, además de poder conocer su efecto individual. El modelo respectivo, sería empírico y limitado a las condiciones experimentales del estudio. Ambos enfoques, el analítico y el sistémico, se complementan (ver El enfoque sistémico en la ciencia).

Dentro del campo de la Estadística, hay un área que se dedica al desarrollo de diseños experimentales. Ésta ha permitido crear experimentos exploratorios que pueden detectar los factores más significativos en un determinado fenómeno o proceso (denominados diseños factoriales y diseños factoriales fraccionarios), y también diseños más sofisticados que permiten obtener modelos matemáticos empíricos (mediante un análisis de varianza) cuyo principal objetivo es optimizar ciertos procesos.

Sea cual sea el enfoque al diseñar un experimento, su descripción detallada (en revistas académicas especializadas) en el momento de obtenerse resultados significativos, es importante para que pueda replicarse en cualquier parte del mundo. Este mecanismo permite la expansión de las fronteras del conocimiento científicamente válido.