Top models

Máquina expendedora de pizzas. ¿Pueden deducir cómo está hecha por dentro observando sólo su funcionamiento externo?

Presentamos lo último en tecnología: la máquina expendedora de pizzas. Uno selecciona las características de la pizza que quiere y pone dinero en la máquina. Al cabo de unos minutos, la máquina saca la pizza deseada. ¿Cómo funciona esta maravilla? He aquí una explicación: dentro de la máquina hay unos enanitos cocineros con todos los ingredientes y un horno; cuando ponemos dinero en la máquina, los enanos preparan la pizza y la sacan por la ranura expendedora.

Esta explicación del funcionamiento interno de la máquina es lo que los científicos llaman un modelo: una representación de una realidad más o menos inaccesible, como el interior de la máquina de pizzas. Esta representación debe explicar el comportamiento de lo que se modela; por ejemplo, el modelo de los enanos cocineros explica bastante bien lo que hemos visto hasta ahora del funcionamiento de este aparato, pero un buen modelo no sólo explica; también debe permitir predecir lo que hará la máquina en distintas circunstancias. Si sus predicciones se cumplen, entonces damos por bueno el modelo hasta que ocurra cualquiera de estas dos cosas:

1. Una predicción del modelo no se cumple, o
2. La máquina hace algo que el modelo no puede explicar

Por ejemplo, el modelo de los enanos predice que de vez en cuando veremos salir de la máquina un enanito que va al baño, o a comer (quizá está harto de tanta pizza). Si observamos la máquina durante muchos días y no se producen estos acontecimientos, tal vez perdamos confianza en nuestro modelo. O bien podríamos modificarlo; irlo adaptando a las nuevas observaciones: quizá la máquina cuenta con sanitarios para enanos y éstos sólo comen pizza; en ese caso no tendrían que salir nunca y el modelo seguiría funcionando, hasta nuevo aviso.

He aquí otro modelo que también explica lo que hace la máquina de pizzas: en el interior hay un mecanismo automático que aplana la masa, aplica los ingredientes, hornea la pizza y la saca por una ranura. Podríamos ser más precisos, pero de momento esto basta como modelo alternativo. Un mecanismo no se cansa, ni come ni va al baño, lo que explicaría que no veamos salir a nadie de la máquina de pizzas. Quizá este modelo es mejor que el de los enanos. ¿Cómo decidirlo?

Modelos del universo

Durante mucho tiempo el universo fue para nosotros como la máquina de pizzas (y quizá lo sigue siendo): vemos puntos en el cielo y estos puntos se mueven de diversas maneras (ver en estas páginas La bóveda celeste): llamamos estrellas a los puntos que giran todos juntos como si estuvieran pintados en una pelota de cristal.

Movimiento de la bóveda celeste. Las estrellas se mueven todas juntas, como si estuvieran engarzadas en una esfera, y dan una vuelta completa en 24 horas. Hoy sabemos que este movimiento aparente se debe al movimiento de rotación de la Tierra. Los destellos rápidos que se ven en este video hecho con exposición cuadro por cuadro son aviones.

Los planetas, además del movimiento del conjunto, se desplazan entre las estrellas fijas a lo largo de los días.

http://youtu.be/cSU5VwIQTNI

He aquí el modelo que perfeccionó Claudio Tolomeo, astrónomo griego que vivió en el siglo II d.C.:

http://www.youtube.com/watch?v=FHSWVLwbbNw&feature=related

La Tierra se encuentra fija en el centro del universo. Alrededor de ella giran todos los astros en este orden: luna, Mercurio, Venus, sol, Marte, Júpiter, Saturno y las estrellas fijas. La luna y el sol giran en una órbita simple, mientras que Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno están pegados a unas ruedas que van girando al tiempo que orbitan la Tierra. La combinación de esos dos movimientos produce los rizos que vemos que hacen los planetas en el cielo.

El modelo de Tolomeo explicaba bastante bien los movimientos de los planetas. Permitía predecir aproximadamente en qué parte del cielo se iban a encontrar en una fecha determinada, así como predecir eclipses lunares y solares con bastante precisión. Cuando los astrónomos inventaron instrumentos más precisos, se dieron cuenta de que las predicciones del modelo de Tolomeo eran insuficientes. Poco a poco, y con mucho trabajo, idearon otro modelo que se ajustaba mejor a las nuevas observaciones. Ese modelo está basado en el trabajo de Nicolás Copérnico. En el modelo copernicano es el sol el que se encuentra en el centro y todo lo demás gira a su alrededor. Las estrellas fijas no giran; las vemos girar por el movimiento de rotación de la Tierra. El modelo copernicano explicaba los movimientos del cielo igual de bien que el de Tolomeo, pero en el modelo de Copérnico la esfera de las estrellas no tiene que girar, lo que lo hace un poco más creíble. Con el tiempo, el modelo de Copérnico se impuso y a lo largo de los siglos se ha ido modificando para adaptarse a los nuevos conocimientos que hemos ido adquiriendo.

Manipular la realidad

Usamos modelos cuando no tenemos acceso directo al fenómeno que queremos entender. Los astrónomos antiguos sólo tenían, para guiarse, los movimientos de la bóveda celeste. Sobre esos movimientos elaboraban sus hipótesis.

Un globo terráqueo representa la superficie curva de la Tierra. He aquí un modelo de los contornos de los continentes elaborado por Gerardus Mercator en el siglo XVI.

Un globo más moderno. Hoy en día tenemos información más precisa acerca de los contornos de los continentes (además de mejores instrumentos y técnicas de medición, hoy tenemos también fotos tomadas desde el espacio). Los modelos pueden adaptarse a los conocimientos nuevos.

Los modelos nos sirven no sólo para entender, sino para manipular la realidad. Hoy en día los modelos también pueden convertirse en simulaciones por computadora. Los videos de los movimientos planetarios que vimos más arriba son ejemplos de simulaciones basadas en el sistema de Tolomeo y en el sistema de Copérnico. Con estas manipulaciones podemos explorar las predicciones del modelo e idear maneras de probar si se cumplen.

Observen que un modelo puede funcionar bien sin ser “verdadero”. En el modelo planetario de Tolomeo los planetas se movían montados sobre esferas de cristal y ruedas que se asemejaban al mecanismo de un reloj mecánico. Hoy sabemos que esas ruedas no existen, pero el modelo tolemaico dio resultados pasablemente buenos durante muchos siglos (hasta que la precisión de los instrumentos reveló sus limitaciones). Asimismo, el modelo de los enanos cocineros explica bien por lo menos algunos aspectos del comportamiento de la máquina de pizzas. En las ciencias un modelo se usa hasta que los nuevos conocimientos revelan un comportamiento incompatible con la explicación que da el modelo. Las naves espaciales que hemos enviado a otros planetas no atravesaron esferas de cristal. Otra razón para cambiar de modelo puede ser la simplicidad: entre dos modelos que explican igual de bien un fenómeno conviene elegir el más sencillo.

Los modelos son como barandales a los que nos aferramos, o bien como el entramado de alambres por el que trepa la enredadera del conocimiento científico.