Atomismo versus energetismo : controversia científica a finales del siglo XIX

411 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3), 411–428 ATOMISMO versus ENERGETISMO: Controversia científi ca a fi nales del siglo xix Moreno González, Antonio Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universidad Complutense de Madrid [email protected] HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA DE LAS CIENCIAS Resumen. Los aprendizajes sobre la naturaleza atómica de la materia, en los niveles primarios, secundarios y también universitarios, son equívocos, porque están centrados sólo en la evolución de los modelos atómicos a lo largo de la historia, como si desde el origen de los tiempos nadie hubiera puesto en entredicho esa naturaleza corpuscular. Sin embargo, la propia historia fue muy distinta: hasta el primer tercio del siglo xx la comunidad científi ca no asumió la concepción atómica de la materia, incluso hubo rechazos tan signifi cativos y triunfantes, durante algún tiempo, como el protagonizado por los energetistas. Estas defi ciencias son patentes en los libros de texto, en los libros de divulgación científi ca y en los procesos de enseñanza-aprendizaje desarrollados por el profesorado, en general. A despejar este equívoco pretende contribuir el presente trabajo, en parte expuesto en la conferencia de clausura del VII Congreso Internacional sobre Investigación en la Didáctica de las Ciencias - Educación científi ca para la ciudadanía - celebrado en Granada (7-10/9/2005). La conferencia fue desarrollada mediante comentarios apoyados en sinopsis, gráfi cas e ilustraciones que no es posible reproducir aquí en su totalidad; de entre lo esencial, he seleccionado aquello que admitía una mejor y fácil reproducción, espero no haber cercenado excesivamente el contenido de la conferencia originaria. Palabras clave. Átomo, energía, fuerza, continuo, discontinuo, calor, newtonianismo, termodinámica, mecanicismo, caso-estudio, controversia, monismo. Atomism versus energetism. Scientifi c controversy at the end of the 19th century Summary. Learning on the atomic nature of matter is often equivocal in primary, secondary and universities too, due to the fact that they are focused on the evolution of the diverse atomic models throughout history, as if no one had ever questioned the corpuscular nature at stake. However, history itself developed along rather different paths: the scientifi c community did not acknowledge the atomic nature of matter until as late as the fi rst third of the 20th century, and, for a while, there were such signifi cant and triumphant rejections as the one led by the energeticists. These shortcomings are conspicuous in textbooks, popular science books and, generally, in the teacher-learning processes developed by teachers. The current paper, partially discussed in the closing lecture at the 7th International Conference of Research on Science Teaching – Science education for citizenship – held in Granada (7-10/09/2005) is intended to illuminate this misunderstanding. The conference was developed with printed and visual support which has not totally been reproduced here; among the essential data, I have selected that which allowed for a better reproduction, hoping not to have cut out excessively the original contents. Keywords. Atom, energy, force, continuous, discontinuous, heat, newtonianism, thermodynamics, mechanicism, case-studies, controversy, monism. HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 412 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) Si se considera la historia como algo más que un depósito de anécdotas y cronología, puede producir una transformación decisiva en la imagen que tenemos actualmente de la ciencia. Thomas S. Kuhn, La estructura de las revoluciones científi cas (Fondo de Cultura Económica, Madrid, 1975, p. 20) Un recurso para afrontar la mejora del interés por la ciencia, de despertar el espíritu crítico ante los hechos en que la ciencia está involucrada y de manifestar que es una forma más de la cultura es recurrir a la historia, fi losofía y sociología de la ciencia (HPS) como un elemento del currículo docente, tanto en los niveles primario y secundario como en la formación del profesorado, conscientes de que, como se dice en El sueño de una teoría fi nal. La búsqueda de las leyes fundamentales de la naturaleza, «nada en la historia de la ciencia es siempre sencillo» (Weinberg, 2003). A lo que podríamos añadir «ni en la enseñanza de las ciencias». Hay que esforzarse en buscar formas de incorporación de HPS a los procesos de formación del profesorado (Moreno, 2000a), porque la historia de la ciencia puede ser una vía para superar las difi cultades que se presentan al tratar de darles un contenido cultural a las enseñanzas científi cas, que a su vez aportan contenidos provechosos para atender los requerimientos cada vez más acuciantes e irreversibles de la multiculturalidad social y la transdisciplinariedad académica (Brush, 1969; Carson, 1997). Así viene intentándose con desigual fortuna desde hace tiempo (Duschl, 1994, 2000) y en esta dirección pretendo, también desde hace tiempo, desarrollar mi trabajo docente e investigador. Por citar logros recientes y dignos de mención, cabe recordar que, en algunas universidades italianas, está mejorando la formación del profesorado de secundaria en cuanto a la formación histórica porque han conseguido, no sin bastantes intentos frustrados, añadir dos cursos obligatorios de formación para el profesorado donde se incluyen, conjuntamente, aspectos históricos y didácticos. Un aspecto que no se puede pasar por alto al referirse a la historia de la ciencia es la aportación que desde ella se hace a la contextualización de saberes, métodos, infl uencias sociales e ideologías de todo tipo (científi cas, políticas, religiosas, económicas…) (Abd-El-Khalick, 2001; Elkana, 2000). La experiencia personal más próxima de la que puedo hablar, y gratifi cante, es la investigación hecha en torno a la determinación de G, la constante de la gravitación universal (Moreno, 2000b, 2001), a la que anacrónicamente se le atribuye una datación que no se corresponde con los hechos y, por tanto, acarrea otros errores que es conveniente deshacer para acercarse lo más posible al proceso real de la construcción del conocimiento. Asimismo, esta investigación puso de relieve la trascendencia social de una teoría científi ca, la gravitacional de Newton, a lo largo del tiempo, contribuyendo a satisfacer necesidades relacionadas con la navegación y el comercio (determinación de meridianos y paralelos), a la mejora de los instrumentos de medida para aportar soluciones a las controvertidas ideas sobre la fl uidez o no del interior de la Tierra, entre otras. La investigación histórica, sobre todo la que tiene como fi n último proporcionar recursos docentes para la enseñanza de las ciencias, necesita estar soportada en una estructura, una «trama» epistemológica, metodológica y contextual que le dé sentido al proceso histórico y facilite una visión didáctica y global de dicho proceso (Kragh, 1992). Ésta es la «trama» en la que trato de engarzar la investigación histórica desarrollada hasta ahora, que si bien merece algunos comentarios he de prescindir de ellos y presentarla como mera información y aval de los fundamentos del trabajo realizado, y por realizar, que pretende no ser ocasional, disperso, ni casual (véase esquema de la página siguiente). El profesorado de ciencias, como el de cualquier otra disciplina, además de estar preparado en la disciplina misma y en la didáctica correspondiente, ha de ser una persona culta, capaz de integrar, relacionar y distinguir saberes, épocas y comportamientos. La formación histórica le proporciona perspectivas para su actividad docente e investigadora (Marín, 1997), que le permite estimular la actividad del alumnado desde la consideración de la ciencia como un proceso en cambio, socialmente relevante, que pretende desentrañar los mecanismos del universo en su conjunto, del que forman parte seres, objetos y cosas –reales o hipotéticos– en permanente interacción (Lewis, 1972; Jung, 1994). A la vista de la «trama» propuesta y como apunte del carácter cambiante y global de la ciencia, baste referir someramente la evolución habida en las ciencias físicas en los últimos cuatro siglos, en que se ha consolidado como una forma racional de interpretar la naturaleza apoyada en la matematización y la experimentación (Mason, 1988): En los siglos xvii y xviii se producen hechos que se asocian con la revolución científi ca por antonomasia: 1. Cuantifi cación de las ciencias clásicas 2. Cuantifi cación de las ciencias baconianas En el siglo xix, una nueva revolución, fundamentada en las sucesivas teorías electromagnéticas, conduce a la institucionalización de la física teórica como cuerpo específi co de conocimiento y como disciplina académica, continuada a comienzos del siglo xx con las revoluciones cuántica y relativista. A fi nales del siglo xx y principios del xxi se está produciendo una cuantifi cación o digitalización del conocimiento. ¿Puede hablarse de una nueva revolución? Posiblemente sí. Además, las cada vez más potentes tecnociencias, con las que se pierde la ancestral «pureza» de las ciencias exactas, físicas y naturales, polarizarán la investigación (ya lo están haciendo) y las enseñanzas por derroteros más interdisciplinares, en los que están llamados a desempeñar un papel esencial los aspectos éticos y la formación responsable de la ciudadanía, para lo que habremos de estar preparados los profesores. 1. CONSIDERACIONES SOBRE LA HISTORIA DE LA CIENCIA EN RELACIÓN CON LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 413 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) 2. «CASE-STUDIES» (O «CASOS ESTUDIO», PREFERIBLE A «ESTUDIOS DE CASO») La búsqueda de nuevos materiales históricos es en sí misma una tarea de gran complejidad. George Sarton, The Study of the History of Science (Dover Publications, Nueva York, 1957, p. 33) En el proyecto Manhattan (1942) coincidieron Vannevar Bush y James B. Conant que, tras el desenlace frustrante para ellos y otros muchos de aquel proyecto letal, mantuvieron una provechosa relación que contribuyó a una nueva orientación de las enseñanzas científi cas desde dos perspectivas diferentes: 1. La historia de la ciencia. Los «case-studies» de Conant. 2. La informatización de las enseñanzas. El hipertexto de Bush. Dos iniciativas que están determinando, con creciente infl uencia, los derroteros por donde se pueden encaminar las enseñanzas de las ciencias. En relación con la historia de la ciencia, en particular, hay que destacar el papel desempeñado por algunos discípulos de Conant, especialmente: Gerald Holton, promotor del Harvard Project Physics, partidario de la historia de la ciencia en la enseñanza, dentro de un programa de educación liberal que aspira a dotar a la ciudadanía de formación científi ca y cultural más allá de la cultura de «letras». Aspiraba a erradicar la tópica y perniciosa dualidad de culturas que tan acertadamente analiza C.P. Snow en su famoso libro The Two Cultures (1959). Thomas Kuhn, autor del célebre y celebrado libro Estructura de las revoluciones científi cas (1962), surgido de su colaboración con Conant, a quien dedica el libro con un defi nitorio «A James B. Conant, que puso esto en marcha». Aunque Kuhn (Fuller, 2000) tiene menos claro que Holton cómo ha de ser utilizada la historia en la enseñanza de las ciencias, insta a que se busquen formas de enseñanza de la historia, centrándose sobre todo en la detección e infl uencias de los paradigmas, sobre los que él mismo con el tiempo tuvo sus propias dudas. Entre los apoyos institucionales a las enseñanzas científi - cas con orientación histórica, la creación de la NSF (Nacional Science Foundation) después de la Segunda Guerra Mundial supuso un punto de partida crucial, dando amplia cobertura a las iniciativas de Conant en el desarrollo del proyecto sobre los «case-studies» que culmina con la publicación de dos volúmenes con el estudio de varios casos y sobre todo con la difusión de este modelo de estudio y enseñanza a través del Harvard Project Physics. Física antigua (subsidiaría de la metafísica) Física de transición (mundana y racional) Física moderna (más allá de lo visible) Física contemporánea (ciencia de la complejidad) Grecia Renacimiento Siglo xvii Siglo xx Física clásica (ciencia autónoma) Siglo xxi Estructura y propiedades de la MATERIA del mundo perceptible el mundo probable y al mundo virtual a Estructura y propiedades del UNIVERSO de la explicación causa la descripción matemática y al diseño metafórico a Sobre las cosas, los seres y cómo son (clasifi cación) cómo se comparten (propiedades) cómo parecen (indeterminación) teorías sobre la VIDA (sistema complejo adaptativo) cómo los concebimos (modelos) caos y superunifi cación Teorías ATÓMICAS De la física de partículas Teorías COSMOLÓGICAS De los universos reguales aleatorios y ocultos FUNDAMENTOS HISTÓRICO FILOSÓFICO DE LAS CIENCIAS DE LA NATURALEZA HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 414 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) Conant en On Understanding Science, publicación que precedió a su famoso Harvard Case Histories in Experimental Science, escribe: Este libro está interesado principalmente en un problema pedagógico simple, pero difícil. Me propongo examinar la siguiente cuestión: cómo poder dar en nuestros centros un buen conocimiento de la ciencia a los graduados que en el futuro serán abogados, escritores, profesores, políticos, administradores públicos y ofi cinistas. En este primer acercamiento a la historia, Conant desarrolla sus dos primeros casos: «Touching the Spring of the Air» y «Electricity and Combustión». Casos que amplía en los Harvard Case Histories, junto con otros nuevos como «The Atomic-Molecular Theory», «The Development of the concept of Electric Charge», etc. Una reciente revisión de la aportación que desde los «case-studies» puede obtenerse en la enseñanza-aprendizaje de las ciencias es la hecha por un grupo de profesores de la Facultad de Educación de la Universidad de Manitoba (Winnipeg, Canadá) encabezados por Arthur Stinner. Parte de sus experiencias y conclusiones han sido publicadas en Science & Education (Stinner et al., 2003). Los autores comentan las diferentes formas desde las que viene afrontándose la incorporación curricular de la historia de las ciencias a la enseñanza, refi riéndose a las siguientes: Viñetas (Wandersee, 1990, 1992; Roah y Wandersee, 1993), Casos Estudio (Conant, 1947, 1957; Perry y Perry, 1969), Confrontaciones, Narraciones temáticas, Diálogos y Dramatizaciones. En los últimos años, Stinner, su equipo (Williams y Stinner, 1993), y algunos profesores e investigadores europeos como Jurgen Teichmann, del Deutsches Museum de Munich, están ocupándose en el diseño de dramatizaciones. Entre las ya conocidas cabe destacar las dedicadas al caso Galileo, al debate público entre ciencia y religión en Inglaterra o al debate sobre la edad de la Tierra, situado en 1872, con protagonistas como Kelvin (Smith y Wise, 1999), Huxley, Lyell y Helmholtz (Cahan, 1993). El contexto educativo en el que aplican estas propuestas didácticas va desde las escuelas infantiles hasta la universidad con resultados, poco extendidos todavía, pero muy halagüeños. Como conclusión, que asumo plenamente, escriben: Creemos que lo más necesario es un esfuerzo internacional conducido por historiadores, científi cos, pedagogos y profesores que respondan al reto expuesto por Heilbron (conferencia IHPST, 1999, en Como) para preparar materiales y encontrar vías pedagógicamente válidas para incorporar la historia y la fi losofía de la ciencia a la enseñanza de las ciencias. Es el momento para que las ideas de James Conant sobre los casos estudio sean actualizadas y revisadas sirviendo a las necesidades de los estudiantes y las sociedades del siglo xxi. Tras este movimiento innovador, han seguido las huellas otros profesores e investigadores de países diversos (McComas, 2000). En particular me referiré a lo que mejor conozco. Desde el Interdivisional Group of History of Science de la European Physical Society y especialmente desde el grupo de Pavía liderado por Fabio Bevilacqua, director del Pavía Proyect Physics, inspirado en el «Harvard» de Holton, se pusieron en marcha acciones sobre el fomento de la historia en la enseñanza. Paralelamente, el International History, Philosophy and Science Teaching Group, en el congreso celebrado en Tallahasse, decide fomentar reuniones internacionales para intercambio de comunicaciones y experiencias en el mismo sentido. Finalmente en Como, con motivo del bicentenario de la invención de la pila de Volta, en 1999, se hace la primera reunión conjunta de ambas sociedades, después en Winnipeg (2003) y la siguiente se realiza en Leeds, en 2005. En este proceso se fusionan las iniciativas europea, americana y australiana en un proyecto común en torno a la historia de la ciencia y la enseñanza de las ciencias. Como medio dinamizador de este proceso hay que destacar la iniciativa de Michael Matthews con la revista Science & Education. Contributions from History, Philosophy and Sociology of Science and Education, fundada en 1992, donde formo parte del comité editorial desde su fundación, y el Pendulum Project iniciado en 2002 en Sydney (Matthews, 2000). En España, cabe mencionar las iniciativas de algunos profesores que, si bien no tienen repercusión más allá de su ámbito de trabajo, son encomiables. Como lo es el interés mostrado por revistas como Enseñanza de las Ciencias, Alambique, y otras publicaciones más internas de los departamentos universitarios, por la incorporación de HPS a la enseñanza de las ciencias. No obstante, la repercusión en las aulas es exigua, mal que afecta a buena parte de la investigación didáctica que nos está obligando a repensar los mecanismos y las valoraciones que vienen diferenciando investigación e innovación educativas. Para concluir esta introducción y como apunte de aportaciones de los conocimientos históricos a la formación científi ca y a la enseñanza de las ciencias he aquí algunas referencias: 1• Transitoriedad de lo «perfecto»: movimiento circular uniforme, movimiento rectilíneo 1• Implicaciones sociales 1• Visiones del mundo 1• Métodos de acercamiento a la naturaleza 1• Ideologías imperantes 1• Modifi caciones del sentido de la realidad a lo largo del tiempo 1• Incorporación de elementos externos a la ciencia para el tratamiento de los fenómenos naturales 1• Utilidad de lo desechado en otros tiempos 1• Variaciones de las apariencias 1• Reciprocidad ciencia-técnica 1• Valor formativo de las controversias científi cas 1• Actitud de los estudiantes ante la ciencia 1• Dialéctica entre observación y teoría 1• Tardanza en la incorporación de las novedades científi cas a los libros de texto 1• Detección de errores, a veces, seculares en textos y otras publicaciones científi cas 1• Anacronismos que tergiversan el sentido de la realidad científi ca HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 415 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) A éstas y otras aportaciones de la historia hay que incorporar las tendencias actuales, también desde HPS, a: Desoccidentalizar el conocimiento Desmasculinizar la ciencia Desresponsabilizar la ciencia (establecer corresponsabilidades) Descentralizar la actividad científi ca (nuevos grupos, nuevos países) Desacralizar la ciencia (eliminar la creencia en un «olimpo» científi co) Se intenta producir una nueva tendencia a la democratización de los saberes como en el Renacimiento sucediera y en la Ilustración; secularizándolos entonces y difundiéndolos por vías diferentes ahora. A aquel primer intento de rebajamiento de la distancia entre ciencia y pueblo, le sucede ahora el propósito de un acercamiento a niveles sociales más domésticos, sobre todo ante la necesidad de concienciación ciudadana para el logro y mantenimiento de un nivel de calidad de vida en condiciones ambientales que no rompan el equilibrio ecológico. Se trata por tanto de eliminar etiquetas adquiridas a lo largo de la historia que colocaron a la ciencia y a los científi cos en un plano de marginalidad privilegiada frente a otros carentes de desarrollo científi co y tecnológico, que comprenden la inmensa bolsa de países pobres del mundo. 3. CONTROVERSIAS CIENTÍFICAS: UNA FORMA DE CAMBIO CONCEPTUAL La muerte de las teorías e hipótesis científi cas nos revela muchas cosas acerca de la naturaleza de la ciencia. Examinando la historia de las teorías muertas se ve que la adquisición de conocimiento científi co es un constante refi nar de nuestros instrumentos de observación y de los conceptos con que organizamos los resultados de las observaciones. La ciencia es un edifi cio en perpetua construcción, es cierto, pero además se construye sobre cimientos cambiantes. Sergio de Régules, Las orejas de Saturno y otras crónicas de la Ciencia (Paidós, México, 2003, p. 112) La sociología de las ciencias es una especialidad procedente de la sociología del conocimiento y, en particular, de la Wissesoziologie (sociología del conocimiento) de Max Scheler y Karl Mannheim. Creada a fi nales de los años treinta por Robert K. Merton (discípulo en Harvard del eminente y pionero historiador de la ciencia George Sarton), se mantuvo mucho tiempo bajo el impulso de su creador. Aunque su trabajo inicial (Merton, 1938, 1985) estaba relacionado con el desarrollo científi co de la Inglaterra del siglo xvii, después se extendió a otros muchos aspectos de la actividad científi ca. Una de las peculiaridades más sobresalientes de los estudios mertonianos es prestar atención tanto a los principios de organización científi ca como a los efectos perversos que puedan resultar de su puesta en marcha. La sociología de Merton está más orientada a los factores sociales que infl uyen en la producción de los conocimientos que a estudios de los conocimientos mismos. Cuestiones como dónde, cómo, por qué, cuándo se produce y difunde la ciencia y quiénes la apoyan desde una posición externa a la misma ocupan el centro de su infl uyente artículo en Isis (1973), «The Sociology of Knowledge». El análisis del conocimiento científi co en sí mismo quedaba para la epistemología y la historia de la ciencia. Desde los trabajos de Stephen Toulmin, Russell Hanson, Paul Feyerabend, Thomas Khun y otros, muchos de ellos infl uidos por Ludwig Wittgenstein, las investigaciones sobre historia y sociología de la ciencia han conducido a reconocer que tanto los factores históricos como los personales, culturales y sociales, en sus más amplias acepciones, forman parte de esa cosa llamada ciencia, en palabras de Alan Chalmers. Este abanico de infl uencias y condicionantes se focaliza sobre nuevos problemas a considerar que necesariamente obliga a retocar lo que en otros tiempos era tenido como historia de la ciencia: teorías del cambio, inconmensurabilidad, progreso científi co, construcción social de los hechos, necesidad de persuadir, etc., son algunos de los nuevos factores a tener en cuenta. En particular, la publicación de La estructura (1962) de Kuhn y el redescubrimiento de algunos textos como los de Duhem (1914), Fleck (1935) y Polanyi (1958) dieron un giro a la sociología mertoniana fundamentada en las posibles y recíprocas infl uencias entre ciencia y sociedad hacia una visión de los conocimientos científi cos considerados en sí mismos objeto de estudio sociológico. Desde esta nueva orientación, que trata de reencontrarse con los sociólogos premertonianos (Durkheim, Mannheim…), se presta particular interés a la construcción social del conocimiento científi co, y ésta es la razón por la que las controversias han pasado a ser objetivo preferente de la renovada sociología de la ciencia (Silverman, 1992), (Engelhardt y Caplan, 1987), (Narasimahn, 2001), (Raynaud, 2003). Dominique Raynaud acota así el signifi cado de las controversias: Desde el punto de vista sociológico, una controversia científi ca se caracteriza por la división persistente y pública de muchos miembros de una comunidad científi ca, unidos o no, que sostienen argumentos contradictorios en la interpretación de un determinado fenómeno. Esta revisión metodológica de la historia ha obligado a reconocer, como era de esperar, que la construcción del conocimiento científi co es un problema en sí mismo, no solventable con la simple enumeración de hechos y personajes, y mucho menos con la orientación anecdótica y hagiográfi ca que durante tanto tiempo ha viciado la historia de la ciencia. En defi nitiva, sucede que la ciencia es una manifestación más de la cultura de los pueblos, con sus peculiaridades como cualquier hecho cultural, sujeta, entre otras cosas, a las controversias propias de toda actividad intelectiva. El análisis de las controversias científi cas, vistas con la óptica de los tiempos en que se produjeron, es una fuente de conocimiento sobre la elaboración de la HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 416 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) ciencia (Pourprix, 2003) y su papel en cada momento, sobre las convicciones, incertidumbres y temores que los científi cos han de afrontar. En buena medida las controversias pueden responder a lo que Nancy Nersessian califi ca como «historia cognitiva de la ciencia», refi riéndose a la historia de la ciencia como un medio que proporciona nuevas revelaciones sobre la ciencia en tanto empresa humana que es. La historia vista desde esta perspectiva trata de examinar las raíces cognitivas que los científi cos emplean y los artifi cios a que recurren para poner en práctica el pensamiento teórico y práctico que caracteriza la actividad científi ca (Nersessian, 1995). Entre las controversias más relevantes, pueden citarse: Batalla por el electrón (Millikan vs Ehrenhaft); circulación sanguínea (Harvey vs Descartes); generación espontánea (Pasteur vs Pouchet); escalas cosmológicas (Saudage vs Vancoulers), organización de las especies (Cuvier vs Geoffroy Saint-Hilaire); evolucionismo vs creacionismo (varios); determinismo vs indeterminismo (Einstein vs Bohr); fluidos eléctricos (Franklin vs Du Fay); naturaleza de la luz (Newton vs Huygens); nucleares sí-nucleares no; eutanasia sí-eutanasia no; big-bang vs universo estacionario (varios); Planck vs Mach sobre el carácter del pensamiento occidental… En mayor o menor medida, las controversias, además de inducir cambios conceptuales en la concepción de los procesos científi cos en liza, suelen poner de manifi esto, como señalan Engelhard y Caplan, aspectos éticos, políticos e ideológicos que siempre han marcado el desarrollo científi co y tecnológico, por mucho que algunos se empeñen en defender la neutralidad de la ciencia. La investigación sobre controversias, por tanto, vista desde la didáctica de las ciencias experimentales se enmarca en el modelo de aprendizaje como cambio conceptual y metodológico, o si se prefi ere en el aprendizaje como investigación, dentro del amplio abanico de la interrelación ciencia, técnica y sociedad. La visión epistemológica que aportan los cambios generados en el desarrollo y resolución de las controversias es una valiosa contribución a la reestructuración de conceptos a lo largo del tiempo y una valiosa aportación a lo que pueda entenderse por «naturaleza de la ciencia». A su vez, el análisis social de los confl ictos generados por las controversias pone de manifi esto implicaciones diversas entre la producción científi ca y el entramado social (económico, fi losófi co, religioso, político, ético…) que la soporta. Además, y dicho sea en pocas palabras, las controversias son testimonios de lo que salió bien y de lo que salió mal, que es una buena lección de humildad para quienes han defendido la ciencia como hecho prepotente frente a otros más cuestionables, y sobre todo para que los estudiantes asuman que los científi cos no son una casta especial de profesionales privilegiados e infalibles; en todo caso el privilegio está en mantener ese «hambre del alma» que Albert Einstein consideraba imprescindible para estar siempre dispuesto a pensar, aprender, rectifi car: a saber más y mejor. 4. LA CONTROVERSIA ATOMISMO–ENERGETISMO: OSTWALD VERSUS BOLTZMANN Lo que oímos se origina gracias al trabajo ejercido sobre el tímpano y el oído medio por las vibraciones del aire. Lo que vemos es sólo energía radiante que realiza una operación química sobre la retina, lo que se percibe como luz […] Desde este punto de vista, la totalidad de la naturaleza aparece como una serie de energías espacial y temporalmente cambiantes de la que tenemos conocimiento en la medida en que inciden sobre el cuerpo, especialmente sobre los órganos de los sentidos, organizados por la recepción de las energías propias. Wilhelm Ostwald, citado por Stephen Mason en Historia de las ciencias (1988, vol. 4, p. 143) De entre las controversias habidas a lo largo de la historia nos ocupamos, en esta ocasión, de una especialmente relevante: la planteada en el último tercio del siglo xix entre atomistas y energetistas. El interés de esta controversia (Clark, 1976; Deltete, 1983; Helm, 2000; Hiebert, 1975), además del hecho en sí mismo, es la signifi cación que tiene respecto al debilitamiento de la ciencia newtoniana desde mediados del siglo xix que culmina con las teorías cuántica y relativista. No obstante, es una controversia poco conocida, y desde luego ignorada en los planes de estudio aplicados tanto en los niveles obligatorios, como en el bachillerato, en los relativos a la formación de maestros y profesores, e incluso en los de las facultades de ciencias. A veces, sucede que existen elementos ocultos en el desarrollo histórico de la ciencia que ni la historia de la misma, hecha pública, los contempla, porque se centra más en los grandes momentos del acontecer científi co. Esta circunstancia obliga a ser cautos con las historias a nuestro alcance y selectivos con los autores de las mismas, porque los errores o las omisiones históricas pueden ser de funestas consecuencias para el conocimiento mismo del devenir de la ciencia y, sobre todo, para la enseñanza de las ciencias, que es nuestro cometido. Una consecuencia inmediata es que la historia contada, cuando carece de rigor, fl aquea en el aspecto nuclear del desarrollo conceptual y metodológico: la epistemología de la ciencia. Desconocer, en este caso, cómo la naturaleza atómica de la materia fue asunto dudoso y controvertido hasta hace «cuatro días», y que tuvo entre sus oponentes a prestigiosos científi cos, impide tener una visión real de lo que hubo tras la asunción del atomismo, por el hecho en sí mismo, y también por las enseñanzas que se extraen, cuando se conoce este episodio, respecto a cómo se construye el conocimiento científi co, por quiénes y por qué sucedió en aquel momento y aquellas circunstancias. Reparé en esta controversia, a fi nales de los años ochenta, durante la preparación de la biografía de José Rodríguez Carracido (Moreno, 1991), pionero en la introducción de la bioquímica en España, que en un principio fue antiatomista recalcitrante hasta que, como sucedió con el resto de los alineados en esa postura, hubo de sucumbir a la evidencia de la estructura atómica de la materia. Dicho sea esto para apoyar también la defensa de las biografías científi cas (Gillispie, 1975) como una forma de contextualización de la ciencia y de ilustrar la evolución del pensamiento científi co. Sobre las ventajas de las biografías, HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 417 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) así como de las precauciones a tomar respecto de ellas, es un clásico entre los historiadores el análisis hecho por Stephen Brush en sus estudios sobre el papel de la historia de la ciencia en la enseñanza (Brush, 1969). José Rodríguez Carracido (1856-1928) La controversia atomismo-energetismo, planteable también como mecanicismo-energetismo, es una nueva forma de manifestación de la secular controversia entre las concepciones continua y discontinua de la naturaleza. En este caso, la discrepancia más manifi esta es en torno a la descripción newtoniana de los fenómenos naturales, basada en el concepto de fuerza como agente físico (Nay, 2003) y en la concepción corpuscular de la materia, presumiblemente compuesta por átomos, para algunos. La vuelta al atomismo en el siglo xvii, desde las primeras y olvidadas propuestas griegas sobre el mismo, fue un intento de sacudirse las visiones teológicas de los fenómenos naturales que bajo el paraguas aristotélico, usado como convino y no siempre ajustándose al pensamiento del estagirita, trataba de identifi car los fenómenos naturales con la acción todopoderosa de un dios providente y creador del mundo. El atomismo era una más de las líneas de pensamiento tendentes a encontrar una teoría unifi cadora de la naturaleza (Mieli, 1947), que los químicos afrontaron con leyes ponderales y cuantifi cadoras de las reacciones químicas, y los físicos como un modelo estructural de la materia. La controversia atomismo-energetismo fue planteada entre los químicos como atomismo-equivalentismo. Un destacado antiatomista fue Marcelin Berthelot quien, siendo ministro de Educación, llegó al extremo de impedir la enseñanza de la teoría atómica en los centros educativos franceses. Las primeras manifestaciones decididamente energetistas fueron hechas por el matemático y físico alemán Georg Helm que propone en su Theory of Energy (1887) una «energética general» basada en un «principio de la energía», más amplio que el principio de conservación de la energía. En 1890 publica un ensayo donde trata de reducir la mecánica a la energética por medio de dicho principio, y en otro publicado en 1892 intenta reducir, también a la energética, la electricidad y el magnetismo (Smith, 1998). El líder del energetismo que con más apasionamiento defendió aquella «nueva ciencia» fue el profesor de química física Wilhelm Ostwald, afín a las teorías del físico y fi lósofo Ernst Mach. Ambos consideraban innecesaria la, según ellos, «fi cción» de los átomos, al tiempo que rechazaban el concepto newtoniano de fuerza como recurso para explicar las interacciones materiales, por considerar que era un concepto artifi cioso, casi metafísico, carente de realidad y de dudoso signifi cado, sin el rango de magnitud observable. La fi losofía monista de Mach, basada únicamente en las sensaciones y las relaciones, y su entendimiento de la ciencia desde un principio de economía conceptual y metodológica, marcaron las pautas del energetismo. Mach opinaba que los físicos encontraban más atractivo el programa de investigación mecánico y molecular porque, a pesar de los errores (misconceptions, escribe Mach) inherentes a los planteamientos de los procesos mecánicos, eran preferibles a los planteamientos no mecánicos, y achaca a los atomistas y mecanicistas el hecho de confundir inteligibilidad con familiaridad. Mach considera que los principios básicos de cualquier ciencia siempre son conceptualmente opacos por las preconcepciones metafísicas que subyacen en ellos. No obstante esta fi losofía del conocimiento, Mach admite la utilidad heurística y didáctica del atomismo, aun estando radicalmente en contra de los átomos como concepto estructural de la materia. Prefi ere recurrir al concepto de energía y su correspondiente ley de conservación para dar cuenta de cualquier efecto, estático o dinámico, que se produzca en la naturaleza, apoyando su negativa del atomismo en la imposibilidad de «visualizar» los átomos, en que no se puede medir lo que pasa entre ellos, salvo las manifestaciones energéticas. 1853 Nace en Riga (Letonia) 1881-1887 Profesor de química en Riga y en Leipzig 1905-1906 Imparte un curso de química en la Universidad de Harvard. Primer profesor alemán visitante en una universidad norteamericana 1906 Se retira de la enseñanza 1909 Premio Nobel de Química por sus trabajos sobre catálisis 1932 Muere en Leipzig Está considerado como uno de los fundadores de la física química por la que se interesa a partir de la lectura de la tesis de Svante Arrhenius (1859-1927). En 1887, Ostwald y Jacobus H. Van’t Hoff (1852-1911) fundaron la primera revista dedicada exclusivamente a la física química. A tal extremo llegó en su defensa del energetismo que, entre otras muestras extremas, en 1901 bautizó como Landhause Energie una fi nca que compró en Grossbotten (Leipzig). Wilhelm Ostwald HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 418 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) Mach dio muchas muestras de oposición al mecanicismo, sin dejar de reconocer la validez histórica y epistemológica que tuvo en otros tiempos. En The Science of Mechanics. A Critical and Historical Account of its Development (1974, 1ª ed. 1883) desarrolla las propuestas fundamentales en apoyo a sus ideas: La opinión que hace de la mecánica la base fundamental de todas las demás ramas de la física, y según la cual todos los fenómenos físicos deben recibir una explicación mecánica, es según nosotros un prejuicio. El conocimiento más antiguo desde el punto de vista histórico no debe permanecer necesariamente en la base de la comprensión de hechos descubiertos más tarde. En la medida en que gran número de fenómenos son conocidos y categorizados, pueden surgir e instaurarse concepciones directrices enteramente nuevas [...] Nosotros tenemos simplemente que descubrir las dependencias reales de los movimientos de masas, de las variaciones de temperatura, las variaciones del valor de la función potencial, las variaciones químicas, sin imaginarnos nada bajo estos elementos mas que las características físicas directa o indirectamente obtenidas por la observación. Mach, en cambio, no se manifestó como energetista en la forma beligerante y tozuda que lo hizo Ostwald. Éste, como líder de la «escuela energetista», llevó la «ciencia de la energía» a las posiciones más radicales, incluso a los fenómenos sociales, según comentaré más adelante. Los comienzos de la llamada «ciencia de la energía» fueron el resultado del trabajo realizado principalmente en Escocia a mediados del xix por quienes tuvieron la doble condición de ingenieros y presbiterianos, entre los que destaca William J.M. Rankine. Ostwald se califi có a sí mismo de «monista» en el sentido del «monismo natural» de Haeckel, pero mientras éste considera como la realidad «la sustancia material», para aquél es la energía, como constante ontológica que se transforma en múltiples apariencias: mecánica, química, psíquica, térmica, eléctrica y magnética. Formas que «sumadas» constituyen la energía total que existe y se conserva en el Universo. El enfrentamiento conceptual entre atomistas y energetistas puede resumirse en estas dos tendencias: energía como sustancia ➝ energetismo energía como propiedad ➝ atomismo La polémica se desencadenó en torno a la interpretación del calor, concebido como movimiento en el marco mecanicista y como sustancia en el de la termodinámica, donde primaban las magnitudes observables contrariamente a la hipotética consideración de átomos en movimiento. Obras básicas del energetismo 1855 Compendio de la ciencia de la energética William J.M. Rankine (1820-1872) (Edimburgo - Glasgow) 1895 Más allá del materialismo (Primer título: El fracaso del atomismo contemporáneo) Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932) (Riga - Leipzig) 1911 Tratado de energética o termodinámica general Pierre Duhem (1861-1916) (París - Cabrespine) En esta controversia que los energetistas, considerados a sí mismos triunfadores durante un tiempo, y que veían cómo la derrota del mecanicismo que desde la publicación, en 1687, de los Principia de Newton dominó el mundo, subyacía la duda ante la elección de la masa o la energía como magnitud fundamental. En realidad se trataba de decidir cuál de las dos disciplinas –mecánica o termodinámica– habría de dominar en un momento en que algunos consideraban la física prácticamente una ciencia «acabada», por lo que todas estas formas de plantear la controversia no son más que el refl ejo del debate surgido a fi nales del siglo xix en torno al propio ser de la física, que puede resumirse en estos términos: 1. ¿Cuál es el objetivo real de la física? 2. ¿Cuál es la relevancia y los límites de los modelos físicos? Recordemos que por entonces los pilares de la llamada «física clásica» eran la mecánica, la termodinámica y la teoría electromagnética, en tanto que pasado el siglo los Casa «La Energía» de Ostwald en Grossbotten (Alemania). HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 419 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) pilares de la «física moderna» se confi guraron en torno a la relatividad y la mecánica cuántica, siendo, básicamente, los momentos críticos para la física newtoniana a fi nales del xix: – El energetismo, fi nalmente desbancado por las teorías atómicas. – El electromagnetismo de las cargas en movimiento, resuelto con la teoría especial de la relatividad. Pues bien, en este tránsito, la controversia que nos ocupa tuvo mucho que ver. Los comienzos de la mecánica cuántica hay que situarlos en 1900 cuando Planck propone la cuantización de la energía. Llega a esta solución estudiando la radiación electromagnética de un cuerpo negro, recurso que utilizó para refutar las objeciones que los energetistas ponían a la formulación que Boltzmann, abanderado del atomismo (Blackmore, 1995), hizo del segundo principio de la termodinámica. Planck en su Autobiografía cuenta cómo vivió la controversia entre atomistas y energetistas, muy difícil en sus comienzos para los primeros porque, «frente a la autoridad de hombres como Ostwald, Helm o Mach, no había manera de prevalecer» (Planck, 2000). El caso de Planck es paradigmático en lo que puede suponer para un científi co asumir los cambios conceptuales, e incluso de concepción de la naturaleza, que a veces sobrevienen en el devenir de la actividad científi ca. Aparte de las propias declaraciones de Planck, su discípulo Max von Laue, en la loa fúnebre pronunciada a la muerte de su maestro, recordaba cómo Planck se adentró en la física por una vía que se consideraba con poco futuro, que «para fundamentarla teóricamente hubo de acometer sin duda una transformación interior, pues recurrió a los métodos de la teoría atómica, que hasta entonces siempre había visto con reparos». El propio Planck mantuvo una interesante controversia entre 1908 y 1913 (Freire, 2003), analizada por Fuller en su libro sobre Kuhn, en torno a las diferentes actitudes ante la ciencia (Fuller, 2000). Controversia que ha sido tratada didácticamente por varios autores recurriendo a las «Storytelling» que, como las dramatizaciones antes citadas, forman parte de los recursos didácticos para incorporar la historia de la ciencia a la enseñanza de las ciencias. Ludwig Boltzmann y James Clerk Maxwell formularon la teoría cinético-molecular de los gases que fi nalmente se impuso al modelo material del calor, dando un sólido apoyo conceptual, experimental y metodológico, a las teorías atómicas de la materia (Boltzmann, 1986). Boltzmann fue el atomista que hubo de vérselas con Ostwald en la polémica conferencia celebrada en Lübeck en 1895. Arnold Sommerfeld (1868-1951), que iniciaba su carrera como físico matemático, asistente a aquella conferencia y partidario de Boltzmann, relata así tan agria polémica: El 17 de septiembre, entre las 9 y las 12 de la mañana, Helm comenzó a hablar sobre el energetismo. Wilhelm Ostwald, de pie detrás de él, y detrás de ambos la fi losofía natural de Ernst Mach que no estaba presente. El oponente era Boltzmannn, secundado por Félix Klein. La discusión entre Boltzmann y Ostwald parecía, tanto externa como internamente, una pelea entre un toro y un hábil espadachín. Pero el toro venció al matador a pesar de toda la destreza con la espada del último (refi riéndose a Boltzmann). Hacia 1880 la ciencia de la energía había perdido el control por parte de sus promotores británicos: Rankine y Maxwell habían desaparecido de la escena y Thomson y Tait, los físicos más representativos, eran vistos como científi cos conservadores, supervivientes de la pasada fi losofía natural. Una nueva generación de físicos –los llamados «maxwellianos»– habían retomado las doctrinas energéticas para sus propias investigaciones. Entre ellos destacaron G.F. FitzGerald (1851-1901), Oliver Heaviside (1850-1925) y Oliver Lodge (1851-1940) que reinterpretaron el ya famoso Treatise de Maxwell desde una orientación energética. Marcando las diferencias con el pasado inmediato, algunos consideraron al propio Maxwell «maxwelliano a medias». El descubrimiento del electrón (1897) por J.J. Thomson acabó con el cuestionamiento del atomismo, quedando los planteamientos mecánicos y termodinámicos en la forma que han llegado a nuestros días, tras las revoluciones cuántica y relativista que ya se estaban gestando por aquellas fechas fi niseculares (Thomson, 1909). Poco más tarde, en 1905, la publicación de Einstein sobre el movimiento browniano sentó las bases experimentales y defi nitivas para la aceptación de la estructura atómica de la materia. 1844 Nace en Viena 1869-1873 Profesor de matemáticas en Viena y Graz 1876 Profesor de física experimental en Graz 1890-1900 Profesor de física teórica en Munich, Viena y Leipzig 1902 Profesor de «Naturphilosophie» 1906 Se suicida en Duino, cerca deTrieste Los trabajos de Boltzmann sobre la teoría cinética de los gases los hizo independientemente de los realizados por James Clerk Maxwell (1831-1879). «Me doy cuenta de que sólo soy una persona aislada luchando débilmente contra la corriente del tiempo» (Boltzmann, 1898). Ludwig Boltzmann HISTORIA Y EPISTEMOLOGÍA 426 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2006, 24(3) Como síntesis y colofón a la controversia en estudio, sirvan las palabras del físico español Blas Cabrera (18781945), traductor de la crucial obra de J.J. Thomson Electricidad y Materia, durante una conferencia radiofónica emitida el 21/1/1936: También en la historia del conocimiento han sido frecuentes nuevas orientaciones que rompen con el orden tradicional y alteran de modo insospechado el panorama que ofrece el saber. A los físicos de mi generación (Cabrera nació en 1878), les ha tocado en suerte vivir uno de estos momentos, sin duda el más dramático desde los días de Newton […] El atomismo y la continuidad pudieron pensarse como imágenes equivalentes, entre las cuales escogía cada mente, bajo los dictados de la propia simpatía fi losófi ca o por la comodidad del razonamiento. Así, aún en nuestra época escolar, utilizábamos normalmente en la explicación de los fenómenos químicos la supuesta realidad atómica que impone la proporcionalidad entre las masas de los cuerpos simples que intervienen en una reacción, mientras en las teorías físicas regía la noción de continuidad más conforme a la naturaleza del análisis matemático utilizado como instrumento suyo. La curiosidad intelectual de la juventud de aquellos días pudo conocer los ingeniosos esfuerzos de Ostwald y Duhem para interpretar el atomismo incuestionable de aquellas leyes químicas como forma aparente de una materia continua. Sólo por entonces, cuando agonizaba el siglo xix y nacía el xx, logró demostrarse la existencia de los átomos […]. La concepción atomista afectaba profundamente a la valoración de la ciencia pues para alcanzar el conocimiento objetivo a que aspira la ciencia fue menester acudir a los métodos estadísticos […]. Ninguna generación se ha visto en esta situación obligada a profesar una ciencia que aparece más remota de la que aprendió en las aulas universitarias, que la que separaba el saber de nuestros profesores de lo que enseñaban los fi lósofos griegos. Con ello mi generación ha ganado que se le reconozca una fl exibilidad intelectual que acaso no aprecien bastante quienes no se han visto nunca precisados a realizar este difícil ejercicio de acrobacia mental. NOTA Ponencia presentada en el VII Congreso Internacional sobre Investigación en la Didáctica de las Ciencias (Granada, 7 al 10 de septiembre de 2005). REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABD-EL-KHALICK, F. (2001). History of Science, Science Education, and Nature of Science: Conceptual Change, Discourse, Collaboration, and Other Oversights! History of Science Newsletter, 30(1). BALL, P. y RUBEN, M. (2004). Color Theory in Science and Art: Ostwald and the Bauhaus. Angew. Chem. Int. Ed., 43, pp. 4.842-4.846. BEN-DOV, Y. (1999). 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