¿CUÁL es pues la naturaleza de la investigación más profesional y esotérica que permite la aceptación por un grupo de un paradigma único? Si el paradigma representa un trabajo que ha sido realizado de una vez por todas, ¿qué otros problemas deja para que sean resueltos por el grupo unido? Estas preguntas parecerán todavía más apremiantes, si hacemos notar ahora un aspecto en el que los términos utilizados hasta aquí pueden conducir a errores. En su uso establecido, un paradigma es un modelo o patrón aceptado y este aspecto de su significado me ha permitido apropiarme la palabra ‘paradigma’, a falta de otro término mejor; pronto veremos claramente que el sentido de ‘modelo’ y ‘patrón’, que permiten la apropiación, no es enteramente el usual para definir ‘paradigma’. En la gramática, por ejemplo, ‘amo, amas, amat’ es un paradigma, debido a que muestra el patrón o modelo que debe utilizarse para conjugar gran número de otros verbos latinos, v.gr., para producir ‘laudo, laudas, laudat’. En esta aplicación común, el paradigma funciona, permitiendo la renovación de ejemplos cada uno de los cuales podría servir para reemplazarlo. Por otra parte, en una ciencia, un paradigma es raramente un objeto para renovación. En lugar de ello, tal y como una decisión judicial aceptada en el derecho común, es un objeto para una mayor articulación y especificación, en condiciones nuevas o más rigurosas.
Para comprender cómo puede suceder esto, debemos reconocer lo muy limitado que puede ser un paradigma en alcance y precisión en el momento de su primera aparición. Los paradigmas obtienen su status como tales, debido a que tienen más éxito que sus competidores para resolver unos cuantos problemas que el grupo de profesionales ha llegado a reconocer como agudos. Sin embargo, el tener más éxito no quiere decir que tenga un éxito completo en la resolución de un problema determinado o que dé resultados suficientemente satisfactorios con un número considerable de problemas. El éxito de un paradigma —ya sea el análisis del movimiento de Aristóteles, los cálculos hechos por Tolomeo de la posición planetaria, la aplicación hecha por Lavoisier de la balanza o la matematización del campo electromagnético por Maxwell— es al principio, en gran parte, una promesa de éxito discernible en ejemplos seleccionados y todavía incompletos. La ciencia normal consiste en la realización de esa promesa, una realización lograda mediante la ampliación del conocimiento de aquellos hechos que el paradigma muestra como particularmente reveladores, aumentando la extensión del acoplamiento entre esos hechos y las predicciones del paradigma y por medio de la articulación ulterior del paradigma mismo.
Pocas personas que no sean realmente practicantes de una ciencia madura llegan a comprender cuánto trabajo de limpieza de esta especie deja un paradigma para hacer, o cuán atrayente puede resultar la ejecución de dicho trabajo. Y es preciso comprender esos puntos. Las operaciones de limpieza son las que ocupan a la mayoría de los científicos durante todas sus carreras. Constituyen lo que llamo aquí ciencia normal. Examinada de cerca, tanto históricamente como en el laboratorio contemporáneo, esa empresa parece ser un intento de obligar a la naturaleza a que encaje dentro de los límites preestablecidos y relativamente inflexible que proporciona el paradigma. Ninguna parte del objetivo de la ciencia normal está encaminada a provocar nuevos tipos de fenómenos; en realidad, a los fenómenos que no encajarían dentro de los límites mencionados frecuentemente ni siquiera se los ve. Tampoco tienden normalmente los científicos a descubrir nuevas teorías y a menudo se muestran intolerantes con las formuladas por otros.[3-1]
Es posible que sean defectos. Por supuesto, las zonas investigadas por la ciencia normal son minúsculas; la empresa que está siendo discutida ha restringido drásticamente la visión. Pero esas restricciones, nacidas de la confianza en un paradigma, resultan esenciales para el desarrollo de una ciencia. Al enfocar la atención sobre un cuadro pequeño de problemas relativamente esotéricos, el paradigma obliga a los científicos a investigar alguna parte de la naturaleza de una manera tan detallada y profunda que sería inimaginable en otras condiciones. Y la ciencia normal posee un mecanismo interno que siempre que el paradigma del que proceden deja de funcionar de manera efectiva, asegura el relajamiento de las restricciones que atan a la investigación. En ese punto, los científicos comienzan a comportarse de manera diferente, al mismo tiempo que cambia la naturaleza de sus problemas de investigación. Sin embargo, mientras tanto, durante el periodo en que el paradigma se aplica con éxito, la profesión resolverá problemas que es raro que sus miembros hubieran podido imaginarse y que nunca hubieran emprendido sin él. En lugar de ello, la investigación científica normal va dirigida a la articulación de aquellos fenómenos y teorías que ya proporciona el paradigma.
Para mostrar de manera más clara lo que entendemos por investigación normal o basada en un paradigma, trataré ahora de clasificar e ilustrar los problemas en los que consiste principalmente la ciencia normal. Por conveniencia, pospongo la actividad teórica y comienzo con la reunión de datos o hechos, o sea, con los experimentos y las observaciones que se describen en los periódicos técnicos por medio de los que los científicos informan a sus colegas profesionales de los resultados del progreso de sus investigaciones. ¿Sobre qué aspectos de la naturaleza informan normalmente los científicos? ¿Qué determina su elección? Y, puesto que la mayoría de las observaciones científicas toman tiempo, equipo y dinero, ¿qué es lo que incita a los científicos a llevar esa elección hasta su conclusión?
Creo que hay sólo tres focos normales para la investigación científica fáctica y no son siempre ni permanentemente, distintos. Primeramente, encontramos la clase de hechos que el paradigma ha mostrado que son particularmente reveladores de la naturaleza de las cosas. Al emplearlos para resolver problemas, el paradigma ha hecho que valga la pena determinarlos con mayor precisión y en una mayor variedad de situaciones. En un momento u otro, esas determinaciones fácticas importantes han incluido: en astronomía, la posición y magnitud de las estrellas, los periodos de eclipses binarios de los planetas; en física, las gravedades y compresibilidades específicas de los materiales, las longitudes de onda y las intensidades espectrales, las conductividades eléctricas y los potenciales de contacto; y en química, la composición y la combinación de pesos, los puntos de ebullición y la acidez de las soluciones, las fórmulas estructurales y actividades ópticas.
Los esfuerzos por aumentar la exactitud y el alcance con que se conocen hechos como ésos, ocupan una fracción importante de la literatura de la ciencia de observación y experimentación. Repetidas veces se han diseñado aparatos especiales y complejos para esos fines, y el invento, la construcción y el despliegue de esos aparatos han exigido un talento de primera categoría, mucho tiempo y un respaldo financiero considerable. Los sincrotrones y los radiotelescopios son tan sólo los ejemplos más recientes de hasta dónde están dispuestos a ir los investigadores, cuando un paradigma les asegura que los hechos que buscan son importantes. Desde Tycho Brahe hasta E. O. Lawrence, algunos científicos han adquirido grandes reputaciones, no por la novedad de sus descubrimientos, sino por la precisión, la seguridad y el alcance de los métodos que desarrollaron para la redeterminación de algún tipo de hecho previamente conocido.
Una segunda clase habitual, aunque menor, de determinaciones fácticas se dirige hacia los hechos que, aunque no tengan a menudo mucho interés intrínseco, pueden compararse directamente con predicciones de la teoría del paradigma. Como veremos un poco más adelante, cuando pasemos de los problemas experimentales a los problemas teóricos de la ciencia normal, es raro que haya muchos campos en los que una teoría científica, sobre todo si es formulada en una forma predominantemente matemática, pueda compararse directamente con la naturaleza. No más de tres de tales campos son accesibles, hasta ahora, a la teoría general de la relatividad de Einstein.[3-2] Además, incluso en los campos en que es posible la aplicación, exige a menudo, aproximaciones teóricas e instrumentales que limitan severamente el acuerdo que pudiera esperarse. El mejoramiento de ese acuerdo o el descubrimiento de nuevos campos en los que el acuerdo pueda demostrarse, representan un desafío constante para la habilidad y la imaginación de los experimentadores y los observadores. Los telescopios especiales para demostrar la predicción de Copérnico sobre la paralaje anual; la máquina de Atwood, inventada casi un siglo después de los Principia, para proporcionar la primera demostración inequívoca de la segunda ley de Newton; el aparato de Foucault, para demostrar que la velocidad de la luz es mayor en el aire que en el agua; o el gigantesco contador de centelleo, diseñado para demostrar la existencia del neutrino —esos aparatos especiales y muchos otros como ellos— ilustran el esfuerzo y el ingenio inmensos que han sido necesarios para hacer que la naturaleza y la teoría lleguen a un acuerdo cada vez más estrecho.[3-3] Este intento de demostrar el acuerdo es un segundo tipo de trabajo experimental normal y depende de un paradigma de manera todavía más evidente que el anterior. La existencia del paradigma establece el problema que debe resolverse; con frecuencia, la teoría del paradigma se encuentra implicada directamente en el diseño del aparato capaz de resolver el problema. Por ejemplo, sin los Principia, las mediciones realizadas con la máquina de Atwood no hubieran podido significar nada en absoluto.
Una tercera clase de experimentos y observaciones agota, creo yo, las tareas de reunión de hechos de la ciencia normal. Consiste en el trabajo empírico emprendido para articular la teoría del paradigma, resolviendo algunas de sus ambigüedades residuales y permitiendo resolver problemas hacia los que anteriormente sólo se había llamado la atención. Esta clase resulta la más importante de todas y su descripción exige una subdivisión. En las ciencias de carácter más matemático, algunos de los experimentos cuya finalidad es la articulación, van encaminados hacia la determinación de constantes físicas. Por ejemplo: el trabajo de Newton indicó que la fuerza entre dos unidades de masa a la unidad de distancia sería la misma para todos los tipos de materia en todas las posiciones, en el Universo. Pero sus propios problemas podían resolverse sin calcular siquiera el tamaño de esa atracción, la constante gravitacional universal; y nadie diseñó un aparato capaz de determinarla durante todo el siglo que siguió a la aparición de los Principia. La famosa determinación de Cavendish, en 1790, tampoco fue la última. A causa de su posición central en la teoría física, los valores perfeccionados de la constante gravitacional han sido desde entonces objeto de esfuerzos repetidos por parte de experimentadores extraordinarios.[3-4] Otros ejemplos del mismo tipo de trabajo continuo incluirían la determinación de la unidad astronómica, el número de Avogadro, el coeficiente de Joule, la carga electrónica, etc. Pocos de esos esfuerzos complejos hubieran sido concebidos y ninguno se habría llevado a cabo sin una teoría de paradigma que definiera el problema y garantizara la existencia de una solución estable.
Los esfuerzos para articular un paradigma, sin embargo, no se limitan a la determinación de constantes universales. Por ejemplo, pueden tener también como meta leyes cuantitativas: la Ley de Boyle que relaciona la presión del gas con el volumen, la Ley de Coulomb sobre la atracción eléctrica y la fórmula de Joule que relaciona el calor generado con la resistencia eléctrica y con la corriente, se encuentran en esta categoría. Quizá no resulte evidente el hecho de que sea necesario un paradigma, como requisito previo para el descubrimiento de leyes como ésas. Con frecuencia se oye decir que son descubiertas examinando mediciones tomadas por su propia cuenta y sin compromiso teórico, pero la historia no ofrece ningún respaldo a un método tan excesivamente baconiano. Los experimentos de Boyle no eran concebibles (y si se hubieran concebido hubieran recibido otra interpretación o ninguna en absoluto) hasta que se reconoció que el aire era un fluido elástico al que podían aplicarse todos los conceptos complejos de la hidrostática.[3-5] El éxito de Coulomb dependió de que construyera un aparato especial para medir la fuerza entre dos cargas extremas. (Quienes habían medido previamente las fuerzas eléctricas, utilizando balanzas de platillo, etc., no descubrieron ninguna consistencia o regularidad simple.) Pero a su vez, ese diseño dependió del reconocimiento previo de que cada partícula del fluido eléctrico actúa sobre cada una de las otras a cierta distancia. Era la fuerza entre esas partículas —la única fuerza que con seguridad podía suponerse una función simple de la distancia— la que buscaba Coulomb.[3-6] También los experimentos de Joule pueden utilizarse para ilustrar cómo de la articulación de un paradigma, surgen leyes cuantitativas. En efecto, la relación existente entre el paradigma cualitativo y la ley cuantitativa es tan general y cercana que, desde Galileo, tales leyes han sido con frecuencia adivinadas correctamente, con ayuda de un paradigma, muchos años antes de que pudiera diseñarse un aparato para su determinación experimental.[3-7]
Finalmente, existe un tercer tipo de experimento encaminado hacia la articulación de un paradigma. Estos experimentos, más que otros, pueden asemejarse a la exploración y sobre todo prevalecen en los periodos y en las ciencias que se ocupan más de los aspectos cualitativos que de los cuantitativos relativos a la regularidad de la naturaleza. Con frecuencia un paradigma, desarrollado para un conjunto de fenómenos, resulta ambiguo al aplicarse a otro estrechamente relacionado. Entonces son necesarios experimentos para escoger entre los métodos alternativos, a efecto de aplicar el paradigma al nuevo campo de interés. Por ejemplo, las aplicaciones del paradigma de la teoría calórica, fueron el calentamiento y el enfriamiento por medio de mezclas y del cambio de estado. Pero el calor podía ser soltado o absorbido de muchas otras maneras —p. ej. por medio de combinaciones químicas, por fricción y por compresión o absorción de un gas— y la teoría podía aplicarse a cada uno de esos otros fenómenos de varias formas. Si por ejemplo, el vacío tuviera una capacidad térmica, el calentamiento por compresión podría explicarse como el resultado de la mezcla de gas con vacío. O podría deberse a un cambio en el calor específico de los gases con una presión variable. Además, había varias otras explicaciones posibles. Se emprendieron muchos experimentos para elaborar esas diversas posibilidades y para hacer una distinción entre ellas; todos esos experimentos procedían de la teoría calórica como paradigma y todos se aprovecharon de ella en el diseño de experimentos y en la interpretación de los resultados.[3-8] Una vez establecido el fenómeno del calentamiento por compresión, todos los experimentos ulteriores en ese campo fueron, en esa forma, dependientes del paradigma. Dado el fenómeno, ¿de qué otra forma hubiera podido seleccionarse un experimento para elucidarlo?
Veamos ahora los problemas teóricos de la ciencia normal, que caen muy aproximadamente dentro de las mismas clases que los experimentales o de observación. Una parte del trabajo teórico normal, aunque sólo una parte pequeña, consiste simplemente en el uso de la teoría existente para predecir información fáctica de valor intrínseco. El establecimiento de efemérides astronómicas, el cálculo de las características de las lentes y la producción de curvas de propagación de radio son ejemplos de problemas de ese tipo. Sin embargo, los científicos los consideran generalmente como trabajos de poca monta que deben dejarse a los ingenieros y a los técnicos. Muchos de ellos en ningún momento aparecen en periódicos científicos importantes. Pero esos mismos periódicos contienen numerosas discusiones teóricas de problemas que, a los no científicos, deben parecerles casi idénticos. Son las manipulaciones de teoría emprendidas no debido a que las predicciones que resultan sean intrínsecamente valiosas, sino porque pueden confrontarse directamente con experimentos. Su fin es mostrar una nueva aplicación del paradigma o aumentar la precisión de una aplicación que ya se haya hecho.
La necesidad de este tipo de trabajo nace de las enormes dificultades que frecuentemente se encuentran para desarrollar puntos de contacto entre una teoría y la naturaleza. Estas dificultades pueden ilustrarse brevemente por medio de un examen de la historia de la dinámica después de Newton. A principios del siglo XVIII, aquellos científicos que hallaron un paradigma en Principia dieron por sentada la generalidad de sus conclusiones y tenían todas las razones para hacerlo así. Ningún otro trabajo conocido en la historia de la ciencia ha permitido simultáneamente un aumento tan grande tanto en el alcance como en la precisión de la investigación. En cuanto al cielo, Newton había derivado las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario y había explicado, asimismo, algunos de los aspectos observados en los que la Luna no se conformaba a ellas. En cuanto a la Tierra, había derivado los resultados de ciertas observaciones dispersas sobre los péndulos, los planos inclinados y las mareas. Con la ayuda de suposiciones complementarias, pero ad hoc, había sido capaz también de derivar la Ley de Boyle y una fórmula importante para la velocidad del sonido en el aire. Dado el estado de las ciencias en esa época, el éxito de estas demostraciones fue extraordinariamente impresionante. Sin embargo, dada la generalidad presuntiva de las Leyes de Newton, el número de esas aplicaciones no era grande y Newton casi no desarrolló otras. Además, en comparación con lo que cualquier graduado de física puede lograr hoy en día con esas mismas leyes, las pocas aplicaciones de Newton no fueron ni siquiera desarrolladas con precisión.
Limitemos la atención por el momento, al problema de la precisión. Ya hemos ilustrado su aspecto empírico. Fue necesario un equipo especial —el aparato de Cavendish, la máquina de Atwood o los telescopios perfeccionados— para proporcionar los datos especiales que exigían las aplicaciones concretas del paradigma de Newton. Del lado de la teoría existían dificultades similares para obtener el acuerdo. Al aplicar sus leyes a los péndulos, por ejemplo, Newton se vio obligado a considerar el disco como un punto de masa, con el fin de proporcionar una definición única de la longitud del péndulo. La mayoría de sus teoremas, siendo las escasas excepciones hipotéticas y preliminares, pasaban también por alto el efecto de la resistencia del aire. Eran aproximaciones físicas que tenían solidez. Sin embargo, como aproximaciones restringían el acuerdo que podía esperarse entre las predicciones de Newton y los experimentos reales. Las mismas dificultades aparecieron, de manera todavía más clara, en la aplicación de la teoría de Newton al firmamento. Las simples observaciones telescópicas cuantitativas indican que los planetas no obedecen completamente a las Leyes de Kepler, y la teoría de Newton indica que no deberían hacerlo. Para derivar esas leyes, Newton se había visto obligado a desdeñar toda la atracción gravitacional, excepto la que existe entre los planetas individuales y el Sol. Puesto que los planetas se atraen también unos a otros, sólo podía esperarse un acuerdo aproximado entre la teoría aplicada y la observación telescópica.[3-9]
Como en el caso de los péndulos, la confirmación obtenida fue más que satisfactoria para quienes la obtuvieron. No existía ninguna otra teoría que se acercara tanto a la realidad. Ninguno de los que pusieron en tela de juicio la validez del trabajo de Newton, lo hizo a causa de su limitado acuerdo con el experimento y la observación. Sin embargo, esas limitaciones de concordancia dejaron muchos problemas teóricos fascinantes a los sucesores de Newton. Fueron necesarias técnicas teóricas para determinar, por ejemplo, la “longitud equivalente” de un péndulo masivo. Fueron necesarias asimismo técnicas, para ocuparse de los movimientos simultáneos de más de dos cuerpos que se atraen mutuamente. Esos problemas y muchos otros similares ocuparon a muchos de los mejores matemáticos de Europa durante el siglo XVIII y los primeros años del XIX. Los Bernoulli, Euler, Lagrange, Laplace y Gauss, realizaron todos ellos parte de sus trabajos más brillantes en problemas destinados a mejorar la concordancia entre el paradigma de Newton y la naturaleza. Muchas de esas mismas figuras trabajaron simultáneamente en el desarrollo de las matemáticas necesarias para aplicaciones que Newton ni siquiera había intentado produciendo, por ejemplo, una inmensa literatura y varias técnicas matemáticas muy poderosas para la hidrodinámica y para el problema de las cuerdas vibratorias. Esos problemas de aplicación representan, probablemente, el trabajo científico más brillante y complejo del siglo XVIII. Podrían descubrirse otros ejemplos por medio de un examen del periodo posterior al paradigma, en el desarrollo de la termodinámica, la teoría ondulatoria de la luz, la teoría electromagnética o cualquier otra rama científica cuyas leyes fundamentales sean totalmente cuantitativas. Al menos en las ciencias de un mayor carácter matemático, la mayoría del trabajo teórico es de ese tipo.
Pero no todo es así. Incluso en las ciencias matemáticas hay también problemas teóricos de articulación de paradigmas y durante los periodos en que el desarrollo científico fue predominantemente cualitativo, dominaron estos problemas. Algunos de los problemas, tanto en las ciencias más cuantitativas como en las más cualitativas, tienden simplemente a la aclaración por medio de la reformulación. Por ejemplo, los Principia no siempre resultaron un trabajo sencillo de aplicación, en parte debido a que conservaban algo de la tosquedad inevitable en un primer intento y en parte debido a que una fracción considerable de su significado sólo se encontraba implícito en sus aplicaciones. Por consiguiente, de los Bernoulli, d’Alembert y Lagrange, en el siglo XVIII, a los Hamilton, Jacobi y Hertz, en el XIX, muchos de los físicos matemáticos más brillantes de Europa se dieron repetidamente a la tarea de reformular la teoría de Newton en una forma equivalente, pero más satisfactoria lógica y estéticamente. O sea, deseaban mostrar las lecciones implícitas y explícitas de los Principia en una versión más coherente, desde el punto de vista de la lógica, y que fuera menos equívoca en sus aplicaciones a los problemas recién planteados por la mecánica.[3-10] En todas las ciencias han tenido lugar, repetidamente, reformulaciones similares de un paradigma; pero la mayoría de ellas han producido cambios más substanciales del paradigma que las reformulaciones de los Principia que hemos citado. Tales cambios son el resultado del trabajo empírico previamente descrito como encaminado a la articulación de un paradigma. En realidad, la clasificación de ese tipo de trabajo como empírico fue arbitraria. Más que cualquier otro tipo de investigación normal, los problemas de la articulación de paradigmas son a la vez teóricos y experimentales; los ejemplos dados antes servirán igualmente bien en este caso. Antes de que pudiera construir su equipo y realizar mediciones con él, Coulomb tuvo que emplear teoría eléctrica para determinar cómo debía construir dicho equipo. La consecuencia de sus mediciones fue un refinamiento de esa teoría. O también, los hombres que idearon los experimentos que debían establecer la distinción entre las diversas teorías del calentamiento por compresión fueron generalmente los mismos que habían formulado las versiones que iban a ser comparadas. Trabajaban tanto con hechos como con teorías y su trabajo no produjo simplemente una nueva información sino un paradigma más preciso, obtenido mediante la eliminación de ambigüedades que había retenido el original a partir del que trabajaban. En casi todas las ciencias, la mayor parte del trabajo normal es de este tipo.
Estas tres clases de problemas —la determinación del hecho significativo, el acoplamiento de los hechos con la teoría y la articulación de la teoría— agotan, creo yo, la literatura de la ciencia normal, tanto empírica como teórica. Por supuesto, no agotan completamente toda la literatura de la ciencia. Hay también problemas extraordinarios y su resolución puede ser la que hace que la empresa científica como un todo resulte tan particularmente valiosa. Pero los problemas extraordinarios no pueden tenerse a petición; surgen sólo en ocasiones especiales, ocasionados por el progreso de la investigación normal. Por consiguiente, es inevitable que una mayoría abrumadora de los problemas de que se ocupan incluso los mejores científicos, caigan habitualmente dentro de una de las tres categorías que hemos mencionado. El trabajo bajo el paradigma no puede llevarse a cabo en ninguna otra forma y la deserción del paradigma significa dejar de practicar la ciencia que se define. Pronto descubriremos que esas deserciones tienen lugar. Son los puntos de apoyo sobre los que giran las revoluciones científicas. Pero antes de comenzar el estudio de esas revoluciones, necesitamos una visión más panorámica de las empresas científicas normales que preparan el camino.