Ciencia

Características de la ciencia moderna
El gran éxito de la ciencia consistió en dividir los problemas complicados en partes sencillas, más fáciles de estudiar. Así, por ejemplo, Gregor Mendel, fundador de la Genética (1863), no se dedica a hacer consideraciones generales sobre los parecidos entre padres e hijos, sino que, cultivando guisantes en el jardín de su monasterio, se fija en caracteres muy concretos: el color de las semillas, o el color de las flores, y estudia como se hereda esa única característica. 
La segunda gran aportación de la ciencia moderna es describir los fenómenos con un lenguaje matemático. Mendel cuenta el número de guisantes verdes y el número de los amarillos y saca sus conclusiones con el dato de las probabilidades de cada color. 
De esta forma se consigue conocer la realidad con una gran eficacia y se han podido desarrollar las tecnologías que tan profundamente influyen en nuestra forma de vivir.
Qué es la Ciencia
La palabra Ciencia (del latín scientia) significa conocer o discernir. Indica lo que se conoce a través de la observación, el estudio y la experimentación. Francis Bacon, uno de los fundadores de la ciencia moderna, al meditar sobre lo que era el conocimiento y como adquirirlo propuso la siguiente regla: observa, mide , explica y luego verifica. 
 Se usa el término "ciencia" con dos significados algo distintos que conviene distinguir. Por un lado para designar el conjunto de conocimientos adquiridos a través de la observación, el estudio y la experimentación; y, por otro, para llamar al método por el cual obtenemos estos conocimientos.
El conocimiento científico
Las proposiciones que hace la ciencia deben tener una serie de características. Deben poseer precisión y objetividad; usar un lenguaje abstracto especializado; y ser el resultado de un análisis disciplinado y concienzudo de la experiencia.
Hasta épocas recientes la ciencia se ha interesado, especialmente, en buscar explicaciones de los fenómenos naturales, haciendo preguntas del tipo de cómo se originan las mareas o los eclipses o el arco iris. Pero a partir del siglo XIX se inició el estudio de fenómenos que eran producidos por el mismo científico, como la electricidad o el electromagnetismo. El dominio de estos fenómenos artificiales llevó a las aplicaciones técnicas e industriales de la ciencia. Hoy en día las actividades industriales, y muchas que no lo son, dependen de unos conocimientos tecnológicos aportados por la ciencia, lo que ha convertido a esta en un importante poder dentro de nuestra sociedad.
Planteamiento de hipótesis y trabajo científico
El comienzo de una investigación científica es un trabajo muy creativo que suele partir de una suposición, un presentimiento o una idea de como pueden ser las cosas. El científico convierte esta idea previa en una hipótesis, es decir, un problema que se pueda investigar con los medios de que dispone. En muchas ocasiones el éxito de su investigación dependerá de que sea capaz de inventar aparatos de medida o técnicas de trabajo nuevas que le permitan enfrentarse con el problema. Como dice Peter Medawar, ganador del premio Nobel: "Los buenos científicos estudian los problemas que creen poder resolver".
El científico no sólo está condicionado por las limitaciones de los equipos de experimentación y los instrumentos; por ejemplo, por el aumento de los microscopios. Los condicionamientos sociales son también muy importantes. Las opiniones de los colegas y, sobre todo, el pensamiento dominante de la sociedad en ese momento, marcan de forma muy importante el tipo de preguntas que el científico se plantea y las respuestas que encuentra. 
Una vez que el científico comienza a trabajar en un problema la inspiración debe estar acompañada de un trabajo sistemático y cuidadoso. Para lograr resultados buenos hace falta una combinación compleja de razonamientos y experiencia.
Validación y difusión de un hallazgo científico
Los conocimientos científicos se tienen que poder comprobar y verificar. Por eso tienen que ser observaciones o experimentos que otros científicos puedan repetir para confirmar la exactitud de lo observado o medido. 
Todo hallazgo o trabajo científico debe ser publicado para que sea analizado y contrastado por otros investigadores. 
La publicación se hace en revistas científicas. Antes de que un trabajo sea aceptado en estas publicaciones lo suelen revisar otros científicos independientes para aprobar o no su edición o devolverlo para correcciones. Hay más de 30 000 revistas científicas en el mundo y se llegan a publicar miles de páginas de cada ciencia. Por ejemplo, al año se publican más de 15 000 páginas de química. 
La mayor parte de los artículos publicados no tendrán ninguna relevancia. Porque no aportan nada nuevo, o es demasiado nuevo y nadie lo entiende; o porque rápidamente es superado por otros descubrimientos mejores en el mismo campo, o porque es citado y tenido en cuenta durante un cierto tiempo pero pronto se descubre que lo que aporta o sugiere no es totalmente cierto o no sirve para lo que se propone por lo que, muy pronto, es olvidado. Sólo unos pocos hallazgos científicos pasan a la categoría de permanentes y constituyen el conocimiento científico más valioso.
Es importante resaltar que el aprecio o desprecio de un resultado comunicado por un científico debe ser hecho exclusivamente teniendo en cuenta su calidad, sin que importe nada la personalidad, raza, religión o ideología política del autor. Aunque esta ética científica es imprescindible para la ciencia, no siempre es fácil de vivir, sobre todo ante presiones políticas o económicas o ante la división de los científicos en escuelas que se aferran en el mantenimiento de determinadas posturas por motivos ideológicos, de orgullo o por intereses personales.
Ciencia y técnica
La ciencia y la técnica están estrechamente relacionadas entre sí, pero son dos cosas distintas. 
La ciencia se dedica primordialmente al saber, mientras que la técnica es el arte del hacer. Las dos se asemejan en que ni el conocimiento científico ni el hacer técnico son espontáneos, sino que los dos son resultado de un aprendizaje logrado a base de reflexionar sobre la realidad siguiendo un sistema concreto, muy parecido en las dos.
Ciencia y técnica están tan relacionadas entre sí que se pueden considerar inseparables. La ciencia necesita de instrumentos y manipulaciones técnicas. Por ejemplo, se puede estudiar científicamente el problema del ozono estratosférico gracias a que existen dispositivos técnicos que nos permiten medir sus concentraciones y porque disponemos de un sistema de satélites con los que podemos hacer esas mediciones con facilidad y eficiencia. La técnica, por su parte, se aprovecha del avance científico para sus innovaciones.
Cada vez más los avances técnicos condicionan el progreso de la ciencia y la forma de vida de nuestras sociedades. Es claro, por ejemplo, que el desarrollo de ordenadores cada vez más potentes ha hecho posibles investigaciones científicas y trabajos matemáticos imposibles hasta hace unos años.
Aspectos sociales y políticos de la ciencia y la técnica
La decisión sobre qué temas se van a investigar y que tecnologías nuevas se van a desarrollar no es algo que esté en manos de los científicos solamente. En la actualidad los programas de investigación exigen inversiones tan fuertes que sólo con la colaboración de los poderes públicos y de las grandes empresas se pueden llevar a cabo. Esto significa que, en nuestra época, las decisiones políticas y los intereses sociales condicionan la ciencia y la tecnología de forma casi total.
Por otra parte el efecto que producen la ciencia y la tecnología en la sociedad es tan importante que influyen dramáticamente en lo que será el futuro de la humanidad. Hay que procurar que la ciencia que se haga sirva para progresar, no para retroceder o destruir. Por esto es muy importante que todos los ciudadanos conozcan los fundamentos de la ciencia y la técnica moderna y sus repercusiones, para que puedan juzgar con acierto e intervenir en la selección de los campos de investigación que deben ser potenciados. 
En ocasiones una novedad con efectos muy positivos tiene efectos secundarios no deseables. A veces se puede determinar que los efectos negativos son suficientemente reducidos como para admitirlos. Esto es muy frecuente en el caso de algunos contaminantes. Por ejemplo, si no quisiéramos que hubiera óxidos de azufre o de nitrógeno de origen artificial en la atmósfera, tendríamos que renunciar a todos los automóviles y a la energía que se obtiene por procesos de combustión. Obviamente eso sería una exageración desproporcionada. Lo que hacemos es procurar que sea mínima la contaminación pero haciéndola compatible con seguir disfrutando de la energía de los carburantes.
En otras ocasiones usamos productos que presentan grandes ventajas pero que, con el paso del tiempo, se descubre que producen efectos secundarios tan indeseables que llevan a dejar de usarlos. Ha sido el caso, por ejemplo, de los CFC, productos formidables por muchas de sus propiedades, pero de los que se descubrió al cabo del tiempo que causaban la destrucción de la capa de ozono. Su fabricación se ha paralizado y se han buscado otras alternativas para sus aplicaciones.
Aspectos éticos de la ciencia y la técnica 
Conforme la ciencia y la técnica van aumentando su poder es más importante que se usen con buen fin, porque empleadas sin principios éticos pueden ser muy dañinas. Campos como el desarrollo de nuevas armas o la ingeniería genética nos enseñan el poder que está adquiriendo el hombre con la ciencia moderna

El lenguaje de la ciencia

El extraño lenguaje de la ciencia Para ser precisos en las descripciones de los fenómenos no sirve, en muchas ocasiones, el lenguaje de cada día y las diversas ciencias han desarrollado vocabularios especiales para cubrir sus necesidades.
Vamos a usar el fenómeno de la caída de los cuerpos, uno de los primeros estudiados científicamente, para ejemplificar la diferencia entre una descripción popular y otra científica..
La caída de los cuerpos interesó de forma especial a Galileo, una de las mentes que mas importancia han tenido en el nacimiento de la ciencia moderna. Galileo, que vivió de 1564 a 1642, realizó cuidadosos experimentos sobre la caída de los cuerpos por un plano inclinado, fabricando ingeniosos dispositivos para medir los tiempos de caída y repitiendo sus experiencias para asegurarse de que sus mediciones y observaciones eran correctas. No es cierto, aunque se suele decir con frecuencia, que hiciera sus experiencias dejando caer dos pesos desde la Torre de Pisa.
Cuando Galileo empezó sus experimentos había una confusión casi total en conceptos como fuerza, movimiento, velocidad y aceleración. Galileo ayudó a clarificar estos conceptos y a Newton le quedó la tarea de producir sus definiciones matemáticas.
Una afirmación sobre la caída de los cuerpos que se podría hacer, a partir de experiencias y suposiciones comunes, por una persona que no tiene un entrenamiento científico especial, podría ser:
"A juzgar por el impacto final, los objetos que caen desde una mayor altura emplean un tiempo mayor y alcanzan una mayor velocidad que los que lo hacen desde una altura menor."
Después de los experimentos de Galileo y Newton el fenómeno se describiría en un lenguaje científico así:
"Para un cuerpo que cae sin resistencia, con aceleración constante g, v = gt, en donde v es la velocidad instantánea cuando ha transcurrido un tiempo t desde el comienzo de la caída

Conclusiones Diseño de experimentos: trombosis y televisores Que para sacar conclusiones correctas es imprescindible planear los experimentos cuidadosamente nos lo demuestra la sorpresa que se llevaron al investigar, en Inglaterra, el rápido incremento de las muertes por trombosis coronaria en los últimos decenios. Se hizo un estudio de correlaciones con un grupo de factores diversos y se comprobó que con el que mejor correlación había era con las licencias de televisores expedidas.
A primera vista se podría deducir que poseer un televisor o simplemente una licencia para poder tenerlo era un factor de riesgo para sufrir una trombosis, pero es claro que resulta muy difícil considerar que esta correlación es útil para explicar nada interesante en relación a esta enfermedad.

 Reglas de un pensamiento crítico
Reúne toda la información

• Profundiza
• Aprende lo más posible antes de tomar una decisión

Entiende todos los conceptos

• Define y explica con claridad los términos que uses
• Estate seguro de que entiendes los términos y conceptos que otros usan

Pregúntate de donde vienen las informaciones

• ¿Proceden de investigaciones científicas?
• ¿Estaban esos estudios bien planeados y hechos?
• ¿Han usado un grupo suficientemente numeroso?
• ¿Han trabajado con un grupo de control?
• ¿Ha sido repetido el estudio con garantías?
• Desconfía de la información anecdótica

Analiza la fuente

• ¿Están interesados en algún resultado concreto?
• ¿Están predispuestos?
• ¿Tienen prejuicios?

Pon en duda las conclusiones

• ¿Están apoyadas las conclusiones en los hechos?
• Que haya correlación no significa necesariamente que haya correlación

Acostúmbrate a la incertidumbre

• No siempre es posible tener respuestas buenas rápidamente
• Acostúmbrate a convivir cómodamente con el desconocimiento

Examina todo el conjunto

• Estudia el sistema en su totalidad
• Analiza causas y efectos que puedan estar ocultos
• Evita pensamientos simplistas
• Evita planteamientos radicales

 LA CIENCIA PARA BIEN O PARA MAL?
 Síntesis de Haber para producción de amoniaco
La síntesis del amoniaco descubierta y puesta a punto por Haber es un buen ejemplo de la ambivalencia de los avances científicos. En relación con este tema se propone la siguiente lectura que se ha preparado adaptando un texto de "Ciencia y Sociedad" (The Open University Unidades 33 y 34. Ed Mcgraw-hill 1974 pp 66 a 74) junto a un cuadro de la vida de Haber adaptado de un artículo de Investigación y Ciencia (septiembre de 1997): "El problema de los fertilizantes químicos".
Los descubrimientos científicos: ¿un bien o un mal?. 
El título de este estudio es engañoso. Parece frío y poco interesante. Sin embargo tiene que ver con uno de los avances más fascinantes de la química del siglo XIX, que cambió el curso de la historia. 
Los compuestos que contienen nitrógeno, tales como las proteínas y ácidos nucleicos constituyen componentes esenciales de todos los organismos vivos. Todos estos compuestos de nitrógeno llegan a los organismos a partir de los nitratos del suelo. 
Fertilizantes
Los materiales compuestos de nitrógeno, especialmente la orina y el estiércol, han venido siendo usados durante siglos como fertilizantes en la agricultura, desde mucho antes de que se conociera la razón de sus beneficiosos efectos.
Durante la primera parte del siglo XIX algunos científicos demostraron que el crecimiento de las plantas dependía del nitrógeno. Cuando se supo esto se produjo una mayor demanda, de compuestos de nitrógeno para suplementar la provisión natural del suelo y obtener mejores resultados en la agricultura. Se encontró que fertilizantes nitrogenados como el nitrato de potasio ('nitro', de la India) o el guano podían duplicar e inclusive triplicar la producción de las cosechas de cereales.
Además del nitro y el guano se usaron otras fuentes de nitrógeno. Una de ellas fueron los grandes depósitos de nitrato de sodio encontrados en Chile - nitrato de Chile o "caliche". La exportación de dicho material a Europa se inició a mediados del siglo XIX. Otra fuente procedía de la nueva industria del gas de hulla. Cuando se calienta hulla en ausencia de aire, se descompone para dar un gas (gas de hulla), dos líquidos, un alquitrán de carbón y otro formado principalmente por agua que contiene amoníaco disuelto (licor amoniacal), y un residuo sólido llamado coque. Con el desarrollo del alumbrado con gas de hulla en el siglo XIX y con la demanda de coque en la industria siderúrgica, hubo disponibilidad de gran cantidad de licor amoniacal que se utilizaba para producir fertilizantes nitrogenados como el sulfato amoníaco.
Explosivos
La agricultura no fue la única industria que demandó nitrógeno en gran cantidad en la primera mitad del siglo XIX.
Desde 1242 hasta la década de 1860, el único explosivo disponible era la pólvora (una mezcla de nitrato de potasio, azufre y carbón). Sin embargo, Sobrero, un químico italiano, hizo por primera vez un explosivo muy poderoso, la nitroglicerina y así llegó a ser uno de los fundadores de una nueva gran industria. La nitroglicerina explota con gran violencia, y aunque se usa para barrenar, tiene que manejarse con gran cuidado debido a que con cualquier golpe puede explosionar.
Cuando se empapa de nitroglicerina un material poroso, se forma el explosivo denominado dinamita que es mucho menos sensible y más fácil de manipular. Este invento hizo la fortuna del sueco Alfred Nobel, y le permitió establecer los premios Nobel para las ciencias y la paz. El pensaba que con estos explosivos las armas serían tan terribles que llevarían al fin de la guerra. En esta época también se desarrollaron otros explosivos poderosos como el algodón-pólvora y se emplearon en grandes cantidades en la construcción de ferrocarriles y en la minería.
Colorantes
De forma similar, hasta mediados del siglo XIX, virtualmente los únicos colorantes que había eran aquellos derivados de las plantas, como añil y rubia. Pero en 1856 el químico inglés W. H. Perkin elaboró el primer colorante sintético, la mauveina (anilina púrpura), un derivado nitrogenado del alquitrán de hulla. En comparación con los colorantes naturales, los sintéticos eran baratos y se podían hacer de una mayor variedad de colores. Resultó que los colorantes naturales fueron eliminados del mercado. Otra consecuencia social de dicho cambio de colorantes naturales a sintéticos fue que las ropas de color poco a poco se encontraran al alcance de todos y no siguieran reducidas al uso de los más acomodados.
El descubrimiento de los colorantes sintéticos llevó al crecimiento de una amplia industria química dominada, no por Inglaterra donde se hizo el descubrimiento inicial de la mauveina, sino por Alemania. Lo cual es un interesante ejemplo de la importancia de tener una base industrial firme, como la tenía Alemania en aquel tiempo, para la explotación de los descubrimientos de los laboratorios. 
Toda esto hizo que la demanda de nitrógeno en la última mitad del siglo XIX fuese mayor que la que se podía satisfacer con el nitrato de Chile y el licor amoniacal. Sir William Crookes, en un discurso a la British Association en 1898, planteó el que, debido a las limitaciones en el suministro de nitrógeno y al crecimiento de la población, a partir de 1931 no habría pan suficiente para hacer frente a las necesidades mundiales. Además, en la tensa situación política que se desarrolló en Europa a principios del siglo, era claro que la nación que se quedara sin suministro de nitrato de Chile no podría mantener una provisión suficiente de munición.
La solución era fabricar los compuestos de nitrógeno a partir del nitrógeno presente en el aire - un suministro prácticamente ilimitado y a nuestra disposición-. Crookes sugirió que el problema de fijar el nitrógeno atmosférico era de principal importancia y "llevaría al desarrollo de una poderosa industria destinada a resolver un gran problema alimenticio". Sin embargo, fue más fácil reconocer el problema que resolverlo, ya que una de las principales características del nitrógeno gaseoso elemental, que es el que está en el aire, es su relativa inactividad lo que hace difícil convertirlo en compuestos nitrogenados. 
 El proceso Haber-Bosch
A pesar de las dificultades, se desarrollaron varios procesos exitosos durante el período 1904-1908. El más ventajoso, el proceso Haber-Bosch, se desarrolló en Alemania. Permitía fabricar amoniaco a partir del nitrógeno del aire y a partir del amoniaco se pueden sintetizar los demás compuestos de nitrógeno.
Una planta piloto con el proceso Haber funcionó por primera vez en 1910, y una planta completa con capacidad de 30.000 toneladas de sulfato amónico anuales empezó su producción en 1913. Igual que con otros avances científicos y tecnológicos la guerra, en este caso la de 1914, fue un estímulo para su extensión. Gran Bretaña y sus aliados controlaban las rutas marítimas por las cuales llegaban el nitrato de Chile y el guano peruano. Alemania y las potencias centrales quedaron aisladas de esta fuente de nitrógeno para la agricultura y los explosivos y se vieron obligados a innovar o perecer.
Alemania construyó importantes plantas industriales y amplió la capacidad de producción a 120.000 toneladas de amoníaco sintético anuales. Hay pocas dudas acerca de que el proceso Haber fue de importancia decisiva en la primera guerra mundial. Proporcionó a Alemania y sus aliados el nitrógeno que necesitaban para la producción de municiones y alimentos. Algunos autores piensan que una de las principales razones por las cuales Alemania perdió la guerra no fue la escasez de explosivos sino que el ejército usó tal cantidad de compuestos nitrogenados que no quedaron suficientes para los agricultores. En 1917 y 1918 las cosechas fueron desastrosas. Irónicamente, en el país donde se había encontrado la solución al problema del nitrógeno, escaseaba el trigo y la gente tenía hambre.
El curioso destino de Fritz Haber
Fritz Haber recibió el Premio Nobel de Química después de haber sido considerado un criminal de guerra.
 Aunque fue galardonado con el Premio Nobel en 1919 por la síntesis de¡ amoníaco, la vida de Fritz Haber fue esencialmente trágica. Como director que era del Instituto Kaiser Wilhelm de Química Física durante la primera Guerra Mundial, desarrolló el uso de gas de cloro por encargo de las autoridades alemanas, visitando además el frente para supervisar su uso y mejorar los dispositivos con los cuales se lanzaba.. Haber creía que esta arma terrible ayudaría a conseguir una victoria rápida y así evitaría sufrimientos mayores. No faltaron quienes desaprobaron sus investigaciones. En vísperas de la primera utilización del gas contra las tropas aliadas en 1915, su esposa se suicidó, atormentada por la horrorosa contribución de su marido a la guerra. Después del armisticio los aliados le consideraron un criminal de guerra. Aunque estaba desmoralizado, Haber continuó investigando.
Pero, irónicamente, Haber, cuyo servicio a la causa alemana era indiscutible, era judío. Con la llegada de los nazis en 1930 fue desplazado de la universidad y se refugió en Inglaterra. Murió poco tiempo después, en 1934, desilusionado y en la miseria, en Basilea, Suiza.
Consecuencias sociales
 ¿Cuáles fueron las consecuencias del éxito de Haber en el desarrollo de su proceso para obtener amoníaco sintético?
Una consecuencia triste fue la prolongación de la primera guerra mundial uno o dos años, período en el cual murieron cerca de un millón de personas que de otra manera hubieran vivido. 
Pero, por otra parte el proceso contribuyó a resolver uno de los mayores problemas humanos, el de la desnutrición. Y, además, se han podido producir otros muchos materiales sintéticos que contienen nitrógeno y que son importantes en la vida diaria. Así, por ejemplo, fibras sintéticas como el nylon, casi todos los colorantes, la mayoría de las medicinas, plásticos de urea-formaldehido, melanina y la mayoría de los explosivos.
Eutrofización
 Algunos problemas, como el aumento de la crueldad de la guerra con el desarrollo de explosivos más potentes, pueden ser previsibles. Pero los nuevos avances científicos traen otros problemas imprevisibles.
Inesperadamente se presentó un nuevo problema con el aumento del uso de los fertilizantes. Cuando se iban usando cantidades crecientes de compuestos de nitrógeno, muchos de ellos acababan siendo arrastrados por las aguas y se acumulaban en lagos y ríos. Los fertilizantes nitrogenados estimulan el crecimiento de las plantas en el agua de la misma manera que ocurre sobre la tierra, proceso que se conoce con el nombre de eutrofización . Las algas se multiplican hasta tal punto que la luz del sol sólo puede penetrar unos pocos centímetros dentro del agua. Las algas más profundas se mueren y descomponen. El oxígeno disuelto en el agua es totalmente absorbido y los peces y demás animales se mueren. 
No podemos subsistir sin fertilizantes pero es imprescindible controlar su uso para que nuestras aguas no queden contaminadas e inutilizadas por un proceso inesperado, pero de gran trascendencia, derivado del uso de los compuestos de nitrógeno.

 El ambiente es un sistema complejo
 En los últimos decenios la ciencia que estudia el ambiente insiste en su complejidad. Las mismas imágenes del planeta visto desde el espacio, tan populares desde el comienzo de la era espacial, nos han ayudado a ver la Tierra como una gigantesca nave espacial en la que bosques, océanos, atmósfera, seres vivos están todos enlazados por innumerables dependencias en un todo común. Todos dependiendo unos de otros.
Reduccionismo y complejidad
La ciencia clásica estudia la realidad compleja dividiéndola en partes sencillas más fáciles de entender. Esta forma de trabajar ha sido muy eficaz y ha permitido grandes avances en la física, química, biología, medicina, etc.
El riesgo de esta forma de hacer ciencia es caer en el reduccionismo de pensar que una realidad compleja no es más que la suma de sus componentes más sencillos. Y esto no es verdad.
No es verdad, por ejemplo, que para conocer lo que es una célula sea suficiente estudiar muy bien las moléculas que la forman; o que pensemos que conocemos un ecosistema porque se han estudiado sus distintos componentes.
Realidades, como una célula, un organismo vivo o un ecosistema, son lo que llamamos sistemas complejos y en ellos el conjunto es mayor que la suma de las partes.
Un sistema complejo es más que la suma de sus partes porque las relaciones entre sus componentes son muchas y muy variadas y son estas relaciones las que más influyen en el comportamiento y la forma de ser del sistema. Así, por ejemplo, un organismo humano es más que la suma de un hígado, unos riñones, un corazón, etc., porque el funcionamiento de cada uno de ellos va a estar influido por los demás de una forma muy compleja. 
Definición de sistema complejo
"Un sistema complejo es un conjunto de elementos en interacción". Cuando en un sistema alguno de sus elementos es modificado todos los demás se ven afectados y por tanto, todo el conjunto cambia.
Las características principales comunes a todo sistema son cuatro:

1. Todo sistema tiene una finalidad, es decir, cumple una función concreta.
2. Todo sistema recibe influencias del ambiente en el que se encuentra.
3. El sistema influye en el ambiente que le rodea. Decimos que genera productos.
4. Los productos que el sistema envía al ambiente provocan una respuesta (retroalimentación) del ambiente sobre el sistema. De esta forma el sistema es "informado" de la repercusión que han tenido los productos que ha generado.

El sistema tiene esas características porque así se mantiene en el tiempo y se asegura su permanencia. No permanece siempre igual sino que está cambiando. Está sometido a perturbaciones al azar y se encuentra en lo que llamamos un "equilibrio dinámico" en el que está en transformación continua, pero manteniendo un tipo de organización que les permite cumplir su función.
Cuando alejamos a un sistema vivo de su situación de equilibrio, normalmente muestra una gran capacidad de adaptarse para responder a estos cambios. Pero cuando el cambio es muy fuerte, llega un momento en el que ya no es capaz de adaptarse y entonces pueden suceder dos cosas: o se impone el desorden y el sistema se destruye o, por mecanismos autoorganizativos, el sistema se renueva y alcanza un nuevo estado estable, diferente del anterior. En este último caso se ha producido una evolución positiva.
Todo sistema puede ser parte de otro sistema mayor que él, al que se le suele llamar supersistema. También se suele decir que un sistema está formado por subsistemas cuando sus componentes son otros sistemas más reducidos.
Una charca es un ejemplo de sistema complejo en que los diferentes componentes que la forman (seres vivos y elementos abióticos) interaccionan entre sí.
Entropía
Entropía es una palabra muy usada en los sistemas químicos, al estudiar lo que se llama su termodinámica. Sin entrar en precisiones demasiado técnicas podemos decir que es una medida del grado de desorden de un sistema.
Un sistema tiende a aumentar su entropía, es decir su grado de desorden, a no ser que esté recibiendo energía desde fuera que le permita mantener el orden.
Cualquier conjunto de objetos, en un simple armario o una habitación, puede servir de ejemplo para entender este concepto. Con el simple paso del tiempo tiende a desordenarse, a no ser que se emplee energía en mantener las cosas en su sitio. En realidad, que suceda esto es muy lógico, porque las cosas están ordenadas cuando ocupan una sola de las muchas posiciones en las que pudieran situarse y, por simple probabilidad, en cuanto se muevan será mucho más frecuente que queden en un sitio que signifique desorden que no en el único en el que están ordenadas.
Los organismos vivos y los ecosistemas son sistemas que se mantienen ordenados con el paso del tiempo porque están constantemente recibiendo energía. Esto se hace a costa de aumentar el desorden general del Universo que es el que aporta la energía. (Segunda Ley de la Termodinámica).
Los problemas ambientales en la teoría de sistemas
Los problemas ambientales son los problemas de todo un ecosistema, en su conjunto. Cualquier ecosistema, y especialmente la biosfera como ecosistema que los reúne a todos, es un sistema complejo y es muy importante entender que todos los problemas ambientales son problemas de un sistema complejo.
Desde hace unos años, muchos de los estudiosos de la problemática ambiental insisten en que el estudio que hay que hacer de estas cuestiones debe ser sistémico, que quiere decir que debemos ser conscientes de estar analizando un sistema complejo. Los puntos de vista reduccionistas son imprescindibles para conocer bien cada uno de los componentes del ambiente, pero si nos quedamos parados ahí, el entendimiento del medio será tan limitado y parcial que será totalmente insuficiente para enfrentarse con la compleja problemática ambiental.
Vivir peligrosamente
Como hemos visto, la tensión y la ruptura del equilibrio, pueden suponer en cualquier sistema natural, social o humano o una oportunidad para la innovación y el logro de un nuevo equilibrio enriquecedor o su destrucción. El que suceda una cosa o la otra depende de factores tan complejos que no es fácil saber de antemano el camino que seguirá un sistema cuando es sometido a fuertes tensiones.
Todo el planeta, desde sus remotos orígenes hace unos 4600 millones de años ha ido sufriendo modificaciones continuas, evolucionando unas veces con más velocidad, otras más pausadamente. De la sociedad humana podemos decir lo mismo. Pero cambios relativamente pequeños pueden tener repercusiones mucho mayores de las que en principio cabría esperar y es importante tenerlo en cuenta al considerar la problemática ambiental para no provocar situaciones de alto riesgo.

Cuando los científicos se divierten

Los científicos no sólo dedican su tiempo a elaborar interesantes e importantes teorías, sino que también, de vez en cuando, hacen bromas con la ciencia. Así, por ejemplo, nos ayudan a entender el concepto de complejidad en la naturaleza, los comentarios en broma de algunos grandes científicos del siglo XIX. (Adaptado de Mundo Científico n 182, sept 1997: Los científicos se divierten Joandoménec Ros)
En "El origen de las especies", Charles Darwin explica que como el trébol depende de los abejorros para su polinización y, por otra parte, los ratones de campo destruyen los nidos de los abejorros; se puede deducir que la actividad de los ratones es perjudicial también para el trébol. Para apoyar este ejemplo de relaciones "amistosas" y "enemistosas" entre especies cita la observación de un naturalista inglés que comenta que donde hay más gatos hay menos ratones y, por lo tanto, más abejorros y más tréboles. 
Ernst Haeckel, gran naturalista alemán añadía que, por un lado, el trébol es un alimento básico del ganado vacuno y, por otro, que alrededor de las ciudades suelen abundar los gatos, con lo que pasaba a responsabilizar a los gatos de que gracias a ellos hubiera menos ratones, más abejorros, abundara el trébol y se pudiera alimentar más ganado para los habitantes de la ciudad.
Otro gran defensor de Darwin, T. H. Huxley, cogía el ejemplo y lo llevaba todavía más lejos. Comentaba que la carne de buey en conserva (cecina) era el alimento básico de los soldados del Imperio Británico. Las guerras y las enfermedades causaban una gran mortalidad en los jóvenes británicos que formaban el ejército que mantenía el Imperio y quedaban en las ciudades muchas solteras y jóvenes viudas que, dado el carácter abnegado de la mujer británica, comentaba Huxley, no se volvían a casar, sino que canalizaban sus sentimientos al cuidado de animales como los gatos de las ciudades. De esta forma, decía él, los gatos que comen los ratones, que si no destruirían los nidos de los abejorros, etc., son la explicación última del mantenimiento del Imperio Colonial británico y, a la vez, los mismos gatos han encontrado la manera de proteger a su propia especie provocando un número elevado de viudas y solteras en Inglaterra que se dedican a cuidarles.

 Modelos para entender lo complejo
 ¿Cómo se puede estudiar y entender algo tan formidablemente complejo como es la biosfera o una selva tropical o el clima?. Necesariamente tenemos que usar simplificaciones que tengan en cuenta sólo las propiedades más importantes y básicas. Estas versiones simplificadas de la realidad se llaman modelos.
Definición de modelo
Un modelo es una simplificación que imita los fenómenos del mundo real, de modo que se puedan comprender las situaciones complejas y podamos hacer predicciones.
Tipos de modelos
Un modelo puede ser tan sencillo como una simple explicación con palabras de lo fundamental de una realidad. A este tipo se le suele llamar modelo verbal.
En otros modelos usamos diagramas en los que se dibujan de una forma simplificada los componentes del sistema señalando con flechas las acciones de unos sobre otros. Son modelos gráficos. Algunos pueden ser muy esquemáticos, pero cuando en cada flecha se indica el tipo de acción que tiene lugar y se señalan diferentes compartimentos y tipos de interacción, pueden llegar a ser muy complicados.
En los modelos numéricos se usan magnitudes y ecuaciones matemáticas para describir con exactitud los distintos componentes del sistema y las relaciones entre ellos.
El desarrollo de los ordenadores ha hecho posible manejar una gran cantidad de datos y por eso ahora se usan, cada vez más, modelos computacionales, en los que con programas de ordenador se imita el funcionamiento de sistemas complejos. Este tipo de modelos son los más perfeccionados y han permitido simular relativamente bien, procesos muy complicados como el funcionamiento de la atmósfera o las fluctuaciones de las poblaciones de peces, entre otros muchos. Gracias a ellos se han logrado grandes avances como, por ejemplo, predicciones fiables del clima.
Componentes de un modelo

Un ejemplo sencillo, como el de la figura, sirve para ver las distintas partes que suelen tener los modelos en ecología y las interacciones entre los componentes.

"Modelo gráfico (explicación en el texto)" (Según Odum 1985, modificado)

E son las fuentes de energía o las fuerzas que impulsan el sistema. F representan los caminos por los que discurren la energía o los materiales de unos componentes a otros. P y C representan los distintos componentes. I son puntos de interacción en los que se producen modificaciones, aumentos o disminuciones de los flujos. R son retroalimentaciones que indican que un componente posterior del sistema está influyendo sobre componentes previos.
Un modelo como este puede representar diferentes realidades. Por ejemplo podría representar una charca en la que E₁ es la energía procedente del sol que, por una parte calienta el agua y la evapora (C₁ y C₂) , saliendo esta energía del sistema por E₃. Por otra parte la energía E₁ sirve para que proliferen las plantas (fitoplancton) P₁ que es comido por el zooplancton P₂. Zooplancton y fitoplancton serían comidos por los organismos más grandes P₃, cuya energía se disipa en E₂. R podía significar en este caso que el crecimiento de plancton se ve favorecido por los desechos de los organismos superiores que devuelven nutrientes al sistema.
Con el mismo modelo podríamos representar una pradera, en la que P₁ son los herbívoros, P₂ los carnívoros y P₃ los omnívoros; o la formación de smog fotoquímico (ver ) en una ciudad en la que las P son los distintos contaminantes.
Utilidad y limitaciones de los modelos
Un buen modelo permite predecir situaciones futuras porque como imita la realidad da la posibilidad de adelantarse al presente y situarse en lo que vendrá.
Otra ventaja de los modelos es que permiten hacer "experimentos" que nunca serían posibles en la realidad. Por ejemplo, si se dispone de un buen modelo del funcionamiento de la atmósfera se podrá predecir que pasaría si se aumenta la concentración de un gas, por ejemplo del CO₂, y ver como variará la temperatura. 
La limitación obvia es que un modelo imita, pero no es, la realidad. Por muy bueno que sea siempre está lejos de la complejidad del proceso natural. Así se ha comprobado que la complejidad y la aleatoriedad de los procesos climáticos es tan grande que, a pesar de haberse empleado los mayores superordenadores y los más sofisticados modelos computacionales, no se ha logrado predecir el tiempo con fiabilidad para periodos mayores de 24 horas




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