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CAPITULO 5

MODELOS Y TEORIAS

En 1944 tres investigadores Oswald T. Avery, Colin M. MacLeod, y Marilyn

McCarty demostraron que una molécula llamada DNA es el

componente básico de los cromosomas, es lo que transmite la

información de la herencia a la descendencia de los seres vivos.

En base a una gran cantidad de evidencias experimentales, en

1953 dos científicos ingleses James D. Watson y Francis Crick

determinaron que el DNA consiste en una cadena de moléculas

que se enrolla como una escalera flexible alrededor de un eje.

Watson y Crick construyeron un armatoste de cartón,

pegamento y alambre, para ilustrar en detalle la estructura del

DNA. El armatoste de Watson y Crick es lo que se llama

modelo (fig.5.1).

Modelos

Si buscamos en un diccionario el significado de la palabra modelo encontraremos

definiciones como la siguiente: Un objeto, usualmente construido a escala que

representa en detalle a otro objeto, más grande o mas pequeño. Un trabajo preliminar o

construcción que sirve para planear un producto final. Una descripción de un sistema,

teoría o fenómeno que nos explica las propiedades observadas o inferidas del mismo y

que nos puede servir para profundizar en el estudio del dicho sistema, teoría o

fenómeno. Las leyes naturales nos permiten construir modelos de fenómenos muy

complicados. Una ciencia como la Astronomía organiza y coordina leyes provenientes de

la Física, la Química y se auxilia de las matemáticas para crear modelos muy

complicados del universo, su origen su futuro y su presente.

La Física, la Química y la Astronomía emplean fundamentalmente modelos

Modelo de ADN

Figura 5.1

Modelos y Teorías Capítulo 5 Aníbal Rodríguez Gómez

matemáticos. La Biología usa más a menudo modelos físicos hechos con dibujos,

plástico, alambres, pegamento y otros materiales, porque la materia de estudio de la

Biología es mucho más compleja que lo que estudian Físicos y Químicos. Las

computadoras personales, han facilitado el utilizar modelos matemáticos combinando

gráficas animaciones y sonido. Los instrumentos fundamentales para crear modelos de la

naturaleza son las leyes. Ha sido necesaria la conjunción de varias leyes de la física, la

química y la biología para construir el modelo del genoma humano, es decir la estructura

fundamental que determina la transmisión de las características de los padres a los hijos.

Fue necesario el esfuerzo de muchos años con evidencias provenientes de varias ramas

de la física, para construir el modelo contemporáneo del universo. Las leyes y teorías de

las ciencias nos ayudan a construir modelos de máquinas, instrumentos, herramientas

antes de fabricarlos.

LA TEORIA

Entre 1880 y 1930 se construyeron telescopios que permitieron descubrir cosas

como la existencia de otras galaxias, la fotografía permitió a los Astrónomos conservar

registros detallados del cielo por primera vez en la Historia, el hombre descubrió que

vivimos en una galaxia y que hay millones de galaxias en el Universo. Además se

observaron fenómenos que nos permitieron obtener medidas aceptables de las distancias

entre planetas, estrellas, galaxias y la Tierra. Mientras eso sucedía y como producto del

trabajo de Einstein, Niels Bohr, Werner Heinsenberg y otros hombres de ciencia, se

desarrollaron las herramientas teóricas y las técnicas e instrumentos para averiguar de

que está hecha la materia. Para el final de la segunda guerra mundial los astrónomos ya

habían descubierto que las galaxias se alejan unas de otras a gran velocidad, que entre

más lejanas están, más grande es esa velocidad de separación. El descubrimiento de la

fusión de núcleos atómicos que se emplearon para fabricar bombas de hidrógeno,

permitió a los científicos averiguar como funcionan las estrellas. Observaciones cada vez

más detalladas de las estrellas que vemos explotar en el universo, y aquellas que vemos

envejecer sin explotar, así como los avances en la teoría atómica, nos permitieron

averiguar el origen de los elementos que constituyen todas las sustancias que

encontramos en la naturaleza.

Georges Lemaitre, Ralph Hermann y George Gamow coordinaron todos esos

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Aníbal Rodríguez Gómez Capítulo 5 Modelos y Teorías

hechos, es decir coordinaron leyes naturales, observaciones e hipótesis, y propusieron

por primera vez en la historia del hombre una teoría que explicaba sobre bases racionales

el origen del Universo. Ellos propusieron que inicialmente toda la materia y energía del

Universo se concentraban en un objeto sumamente pequeño que explotó, y que somos los

remanentes junto con todo lo que hay en el Universo de esa gran explosión. Esta idea de

la gran explosión, es la que mejor explica el origen del Universo tal y como lo

observamos en la actualidad. La gran explosión es un cuerpo de ideas en continuo

perfeccionamiento que muestra el poder de las leyes, observaciones e hipótesis cuando se

coordinan en un todo integral y armónico es decir cuando integran una teoría

La Teoría

Las leyes de la naturaleza alcanzan su máxima utilidad para entender el mundo,

cuando se coordinan integrando estructuras intelectuales que llamamos teoría. Tal y

como lo establecen Holton y Brush “El objeto de la ciencia es penetrar más allá de lo

inmediato y visible, establecer relaciones para colocar los fenómenos observables en un

contexto nuevo y más amplio, y dado que sólo una pequeña parte del mundo se revela

ante nosotros de un modo directo, la función de la teoría es ayudarnos a captar la

imagen completa de la naturaleza”. Evidentemente existen teorías porque sobre la Tierra

existen seres pensantes o sea los seres humanos.

Las teorías son invenciones intelectuales del hombre, que relacionan en forma

coherente: Hipótesis, leyes comprobadas y verificadas, conceptos, principios,

predicciones, observaciones todavía sin explicar e inclusive observaciones que todavía

no se llevan a cabo, en un esquema conceptual unificado. Las teorías son una muestra

del genio humano su inventiva y su imaginación.

Teoría y Experimento. Un experimento es 75% teoría dicen los teóricos. Los expe-

rimentales dicen que les gusta producir resultados que hacen que los teóricos vuelvan a

los pizarrones y renieguen de su teorías. Los científicos teóricos gustan de elaborar

esquemas conceptuales en sus oficinas y cubículos, que mandan a los científicos

experimentales a los confines de las selvas, a las profundidades de los mares o a construir

maquinarias experimentales poderosas para verificar dichos esquemas. Se queja un

científico experimental “los resultados de un día frente al pizarrón de un teórico, puede

significar años de sudor, trabajo agotador y miles de medidas”. Los experimentos se

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planean y se realizan cuidadosamente a fin tanto de ahorrar dinero como de obtener el

mayor jugo posible de sus resultados, guiándose por las teorías.

Si un experimento no sale no necesariamente significa que la teoría que lo sustenta

es errónea. Muy a menudo y en la mayoría de los casos los experimentos que no salen, o

no están bien ejecutados o no tienen la finura suficiente para mostrar lo que se buscaba.

En la gran mayoría de los casos, los científicos experimentales saben o tiene una buena

idea de lo que van a obtener gracias a la teoría. Uno de los mas grandes físicos

experimentales de la historia, Faraday, estaba tan seguro de lo que esperaba que cuando

no salía un experimento, que sabía que el experimento era el que estaba mal, y trabajaba

hasta que le salía lo que la teoría le decía que debía salir.

Las teorías cambian conforme nuevos hechos las ponen a prueba. La teoría

contemporánea de la evolución admite la posibilidad de que los cambios evolutivos,

hayan sido más rápidos en ciertas etapas de la historia de la Tierra, en lugar de los

cambios graduales y continuos que era la suposición inicial de Darwin. Descubrimientos

recientes han llevado a esto, y no han derribado la teoría de la Evolución, pues las nuevas

evidencias han proporcionado conocimientos que la han perfeccionado.

Teoría y Observación. No siempre es posible experimentar, Astrónomos,

Antropólogos Paleobotánicos y otros científicos tratan a menudo con fenómenos que no

se pueden reproducir en un laboratorio. La observación pura es también el cimiento de

teorías extraordinarias. La teoría de la evolución, se estableció en gran parte en base a

observaciones, ya que el hombre no ha podido experimentar con seres vivos en los

espacios de tiempo tan grandes que implica la evolución. Recientemente se ha podido

experimentar con microorganismos, que viven y mueren rápidamente y con ellos se

observan cambios evolutivos. Hemos visto como muchos microbios han evolucionado

hasta hacerse inmunes a los antibióticos. La Astronomía para experimentar, tendría que

manipular sistemas solares completos por lo menos, lo que hasta hoy es imposible. Las

técnicas de observación astronómica, se han perfeccionado al grado de proporcionar

resultados equivalentes a la experimentación.

Teoría y Predicción. Las teorías permiten predecir cosas, con mas amplitud que

las leyes naturales aisladas. Las leyes de la química permiten saber cómo se comportarán

los compuestos y preparaciones antes de hacerlos. La teoría química contemporánea

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permite diseñar sustancias por pedido. Gracias a las teorías actuales, podemos saber

como morirá el Sol, que le pasará al planeta Tierra al extinguirse el Sol. Estamos

empezando a manipular la genética para diseñar y crear nuevos organismos. Gracias a la

Teoría de Wegener que propone que los continentes “flotan” sobre la Litosfera de la

Tierra sabemos que los continentes se mueven, y una consecuencia de ello será que, en

unos 50 millones de años mas, la actual península de Baja California será una isla y que

se encontrará tan al norte como San Francisco, acarreando consigo ciudades - si es que

todavía existen - como La Paz, Tijuana, Ensenada, San Diego y Los Angeles. La Teoría

debe predecir hechos y la corrección de esas predicciones verifican a la teoría.

¿Cuando es buena una Teoría?

Las teorías de la ciencia contemporánea, son el resultado de siglos de trabajo, y

durante esa labor los científicos han desarrollado criterios, fruto de la experiencia y de

años de paciente investigación, que les dicen cuando las teoría son válidas, como son las

siguientes.

1. Si hay dos teorías rivales, la mejor entre ambas, resulta ser la mas simple en el

sentido que requiere de menos hipótesis o supuestos básicos. Regresemos á la historia.

Copérnico propuso que la Tierra giraba alrededor del Sol, en oposición a la que databa de

los Griegos que consideraba a la Tierra el centro del Universo. En principio una no es

mejor que la otra sino mas simple. La teoría de los Griegos podía predecir eclipses, la

entrada de las estaciones, las posiciones de las estrellas e inclusive la posición de Marte,

sólo que era muy complicada y cada siglo que pasaba se complicaba más y más. Kepler y

a Newton solucionaron el problema por completo, creando un esquema mucho mas

simple que el de Ptolomeo y que sabemos es el verdadero.

2. Las hipótesis de la teoría deben ser plausibles incluso cuando no estén sujetas

inmediatamente a ensayo.

Otra teoría fundamental para nuestra ciencia es la de la evolución. Sin embargo, si

leemos el libro original de Darwin, podemos darnos cuenta que se construyó sobre un

número muy pequeño de evidencias observables. No obstante, a lo largo de los años la

teoría se ha confirmado una y otra vez, y las nuevas capacidades tecnológicas del

hombre, han hecho posible observar la evolución por lo menos, en los seres más

pequeños que existen en nuestro mundo (microbios, bacterias y virus). La evolución se

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apoyó sobre hipótesis muy bien pensadas y elaboradas, que no estaban sujetas a

verificación total inmediata.

3. Una buena Teoría ha de ser lo suficientemente flexible para desarrollarse y

sufrir las modificaciones precisas, conforme los datos de nuevos estudios experimentales

que permiten refinar nuestras ideas acerca de la naturaleza

Todas las teorías con las que trabajan los científicos en la actualidad, han sido

refinadas, varias veces inclusive, sin cambiar los supuestos básicos. La teoría

contemporánea que mejor explica el origen del Universo, la de la gran explosión descrita

al inicio de este capítulo, es el resultado de modificaciones que se le han hecho desde que

se propuso originalmente, gracias a nuevos descubrimientos, y la solución de una

diversidad de problemas que han aparecido desde que se formuló inicialmente, allá por

1948. Nuevos descubrimientos han aportado nuevos hechos a la teoría de la gran

explosión, pero la teoría básica a podido acomodar los nuevos hechos descubiertos por el

hombre, perfeccionándose

Vida y Muerte de la Teorías. Una teoría no es indestructible, pero no es cierto

que un solo resultado experimental negativo destruye una teoría, se necesita más que eso.

Las teorías con las que trabajamos hoy día, son las que han sobrevivido a múltiples

procesos de validación. No es cierto que las teorías de Einstein y la mecánica cuántica

hayan acabado con las de Newton, solamente modificaron el ámbito de su validez. Es

decir, hay teorías que pueden restringirse pero no dejan de ser válidas dentro de cierto

ámbito de fenómenos. Ha habido teorías que al morir nos legaron, unidades, lenguaje y

métodos experimentales. La antigua teoría que suponía que el calor era un fluido,

fracasó, pero la unidad llamada caloría, las unidades de temperatura, aunque diferentes a

como se les enuncio y planteo originalmente, siguen siendo utilizados en la actualidad.

El Conocimiento Científico

Las leyes que descubrió Newton sirvieron para explicar los movimientos de los

planetas, cometas y asteroides que integran al sistema solar y para descubrir a los

planetas Neptuno y Plutón, pero no pudieron explicar por completo el movimiento de

Mercurio. En 1915 Albert Einstein propuso una alternativa que, entre otras cosas, explicó

a satisfacción los movimientos de Mercurio.

Cuando Charles Darwin presentó su teoría de la evolución, no se conocían las leyes

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de la herencia que serían descubiertas años después, por Mendel, y tampoco se conocía

la estructura del ADN que sería descubierto mas de un siglo después. Los

descubrimientos a lo largo de los años han cambiado muchos de los detalles de la teoría

de la evolución, y hoy estamos al borde de un cambio monumental en la historia del

desarrollo del hombre, el dirigir y modificar nuestra evolución. Esto nos muestra dos

características fundamentales del conocimiento científico, es perfectible y es una verdad

con limitaciones. Varios autores contemporáneos coinciden en señalar como

características distintivas del conocimiento científico a las siguientes:

1. El conocimiento científico es tentativo y nunca debe ser igualado con la verdad

absoluta, tiene un status temporal.

Todas las leyes y teorías científicas que aprendemos en las universidades, son a

menudo muy diferentes de la forma en que se les formuló inicialmente, y muchas de

ellas serán modificadas en el futuro, conforme aprendemos mas y mas acerca de la

naturaleza

2. La observación por si misma no puede dar lugar al conocimiento científico, de forma

inductiva simple. Nosotros observamos al mundo a través de “lentes teóricos” fruto

de nuestros conocimientos personales que modelan nuestra apreciación del mundo.

Lineo fue el Biólogo que diseño la manera de clasificar los seres vivientes, que

sustituyó a los esquemas de Aristóteles, y permitió crear esquemas de clasificación de

seres vivos para acomodar a la multitud de especies que se descubrieron conforme se

exploraba todo el mundo, y los nuevos instrumentos como los microscopios permitían

ver a los microbios. Los esquemas de Lineo permitían apreciar muchos hechos

fundamentales de la teoría de la evolución. Hoy algunos investigadores piensan que

Lineo no quiso ver a la evolución, porque era un hombre muy religioso, y aunque su

trabajo permitía deducir que muchas especies tenían antecesores comunes, el prefirió

atenerse a las ideas bíblicas. Hubo que esperar a Darwin para trascender ese

impedimento mental.

3. El conocimiento nuevo en ciencia es producido mediante actos creativos de la

imaginación humana, aliados con métodos de investigación científica.

Einstein relata que varias de las ideas que le permitieron descubrir la relatividad,

se le ocurrieron imaginándose como se vería un rayo de luz, si el viajase a la misma

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velocidad de la luz. De hecho muchos de los hechos experimentales y métodos

matemáticos que hoy empleamos para enseñar la relatividad, ya se habían descubierto e

inventado varios años antes de que Einstein encontrará la explicación correcta.

Simplemente faltaba un acto creativo el que efectuó Einstein para descubrir los hechos

que “vio” Einstein.

4. La adquisición del conocimiento es problemática y nunca es fácil. Abandonar

conocimientos estimados, cuya falsedad ha sido mostrada ocurre con reluctancia.

Una teoría fallida fue la de la generación espontánea. Los Biólogos en los siglos

XVII y XVIII, pensaban que gusanos como los que aparecían en organismos que se

dejaban descomponer, nacían espontáneamente. El italiano Francisco Redi (1626 –1697)

mostró que dicha afirmación era falsa, aislando carne en un frasco hermético al cual no

podían llegar las moscas, la carne se podría pero no aparecían los gusanos. Sin embargo

John Turberbille Needham (1713-1781) investigador que era católico devoto realizó un

experimento donde hirvió un caldo, supuso que al hervirse se morían los microbios, lo

encerró en un recipiente estéril y al analizarlo a los pocos días observó microbios y

argumentó que eso demostraba que existía la generación espontánea. En 1778 Lazzaro

Spallanzani (1727 – 1799) repitió el experimento de Turberbille solo que hirvió el caldo

durante mas de una hora y cuarto, lo que efectivamente mató a todos los microbios, y

estos ya no aparecieron. Sin embargo los proponentes de la generación espontánea

argumentaron que al hervir durante tanto tiempo el caldo, había matado el principio de

vida que decían existía en el aire. En 1860 Louis Pasteur realizó un experimento en el

cual después de hervir y esterilizar carne, la expuso “al aire” de una forma en al que el

polvo no podía depositarse en ella, y la carne no desarrolló organismos y demostró

finalmente que la generación espontánea no existe.

5. Los científicos estudian un mundo del que son parte, no al que no pertenecen, y esto

modela sus interpretaciones y apreciaciones.

Un caso célebre fue el de Lysenko, científico ruso que, fanatizado por las ideas

bolcheviques, proponía que la Genética era una ciencia “burguesa”, y convenció a Stalin

de que otra teoría era la correcta. Eso provocó un atraso enorme en la genética Rusa, que

se manifestó a su vez, en un retraso en el desarrollo de la Agricultura, y tubo como

consecuencia visible, que desde mediados de los años sesenta, Rusia tuviera que hacer

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compras enormes de trigo y maíz a los Estados Unidos que era su rival político y militar.

El caso de Lyusenko es un ejemplo extremo de cómo las apreciaciones personales de un

científico pueden ser inducidas por la sociedad en la que vive y se desarrolla, pues los

científicos son seres humanos, sujetos a la influencia del medio que lo rodea.

A menudo se considera al conocimiento científico como algo infalible, establecido

y eterno, sin embargo cuando se examina de cerca a los productos de la ciencia, se

aprecia de inmediato que están sujetos a restricciones, que a menudo son sólo una

interpretación temporal en espera de nuevos resultados, y las leyes que creemos

infalibles y universales, se aplican únicamente a un campo muy limitado de hechos

naturales.

Preguntas de repaso

1. ¿que instrumentos permitieron descubrir las galaxias y sus movimientos?

2. ¿que observación permitió deducir que hace muchos miles de millones de años la

materia del Universo estaba contenida en un volumen muy pequeño?

3. ¿que descubrimiento permitió explicar como funcionan las estrellas?

4. ¿que hechos se conjuntaron para crear la teoría que explica el origen del Universo?

5. ¿que es una teoría?

6. ¿como se relacionan la teoría y los experimentos?

7. ¿un experimento que “no sale” es suficiente para echar abajo una teoría? Explique

8. ¿que se hace con las teorías conforme se descubren nuevos hechos experimentales y

observacionales?

9. Un canción dice “tu estudiante de filosofía y yo estudiante de ingeniería no éramos

compatibles en teoría” ¿porqué seria mejor emplear el término hipótesis que el

término teoría?

10. No siempre se emplean experimentos para verificar teorías, sino observaciones

¿porqué?

11. ¿que tipo de predicciones permite hacer una teoría?

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12. si hay dos teoría rivales ¿cual se considera la mejor?

13. Las hipótesis sobre las que se edifica una teoría ¿necesitan estar ya totalmente

verificadas? Explique

14. ¿pueden las teorías ser modificadas sin “tirarlas a la basura”?

15. Derribaron por completo las teorías contemporáneas de la relatividad o la mecánica

cuántica a las de Newton?

16. Una teoría científica que muere ¿es completamente inútil o puede dejar un legado

útil?

17. ¿que conceptos legó la teoría del calórico después de morir?

18. Porque la figura que hicieron en base a cartón Watson y Criks se le llama modelo?

19. Defina modelo

20. ¿Cuales son los instrumentos fundamentales de la ciencia para crear modelos de la

realidad

21. ¿que distingue a los modelos usualmente usados por la Física y la Química de los

empleados por la Biología o las Ciencias Médicas?

22. ¿que problema acerca del movimiento de los planetas solo pudo resolverse hasta la

llegada de las teorías de Einstein?

23. ¿que descubrimientos posteriores a Darwin han permitido modificar la teoría de la

evolución?

24. ¿Es todo el conocimiento científico definitivo e incuestionable?

25. Lineo creo el esquema de clasificación de seres vivientes, y al hacerlo debió de haber

apreciado los hechos que permiten apreciar la evolución. Sin embargo era muy

religiosos y algunos creen que eso le impidió postular la evolución ¿tiene esto que

ver con alguna de las características del conocimiento científico? Explique

26. Revise las historias de la ciencia que se ha relatado en los capítulos anteriores a este,

y describa abajo un ejemplo de lo que se afirma en el sentido que. el conocimiento

nuevo en ciencia es producido mediante actos creativos de la imaginación humana


y describa abajo un ejemplo de lo que se afirma en el sentido que: “la adquisición del

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conocimiento es problemática y nunca es fácil”


y describa abajo un ejemplo de lo que se afirma en el sentido que: “Los científicos

estudian un mundo del que son parte, no al que no pertenecen, y esto modela sus

interpretaciones y apreciaciones”

Preguntas para razonar, pensar e investigar

29. Pregunte a maestros de Química o consulte algún libro y describa brevemente una

teoría de la química

30. Pregunte a maestros de Biología o consulte algún libro y describa brevemente una

teoría de la Biología

31. La palabra teoría es empleada a menudo en el lenguaje popular para referirse a cosas

que puede que ocurran o no ocurran ¿porque esto no es enteramente correcto?

32. La palabra predicción es empleada en otras actividades humanas, desde chifladuras

milenarias como la astrología hasta las religiones ¿en que se diferencian las

predicciones científicas de otros tipos de predicción?

33. Los seguidores fanáticos de algunas religiones afirman que las teorías científicas son

defectuosas porque continuamente se les está modificando ¿porqué este hecho es

realmente una gran cualidad de las teorías científicas?

34. Una sola ley que sea parte de una teoría ¿es también un modelo de la naturaleza?

explique

35. Un avión de plástico que reproduce totalmente las proporciones y detalles de un

avión real ¿es un modelo? Explique

36. Si leemos la historia de Galileo, vemos que por algún tiempo pensó que los cuerpos

pesados caen mas rápido que los ligeros hasta que llegó a la conclusión que en

ausencia de resistencia del aire todos los cuerpos caen con la misma aceleración. ¿se

relaciona esto con una o mas de las cinco características distintivas del conocimiento

científico? Explique

37. Muchos científicos se negaron a aceptar las ideas de Darwin buscando evidencias

experimentales y observacionales ¿como se distingue esta actitud de los que niegan a

Darwin en base a creencias religiosas? Explique

38. Pasaron mas de dos mil años para que los científicos abandonarán las ideas antiguas

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de los griegos que pensaban que los planetas giraban siguiendo círculos perfectos

alrededor de la Tierra. ¿tiene esto algo que ver con uno o mas de las cinco

características del conocimiento científico?

39. Hace unos años se presentó cierta evidencia de que pudiese haber habido vida en

Marte, gracias al análisis detallado de un aerolito. Aunque mucha gente común y

corriente aceptó dicha conclusión todavía hoy los científicas debaten si es que

realmente esas evidencia indica que hubo vida en Marte. Este debate ¿que tiene que

ver con las características del conocimiento científico?

40. Se afirma que “Los científicos estudian un mundo del que son parte, no al que no

pertenecen, y esto modela sus interpretaciones y apreciaciones”. Podría citar un

ejemplo de este hecho? explique

41. Lea su horóscopo del día de hoy. Anótelo y explique ¿porque este conocimiento no

es científico?

42. Recientemente se vendieron pulseras de siete metales arguyendo que ayudan a la

salud. ¿por qué esta afirmación no es científica? ¿como podría mostrar su falsedad?

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