2. Evolución de la ciencia y tecnología informática

2. Evolución de la ciencia y tecnología informática

2.1 Revolución científica

• La ciencia generalmente se describe como algo que se inventó en un punto particular de la historia.
• Algunos por simplicidad la refieren a Grecia, otros a China, a Mesopotamia, etc.
• Escritores como Thomas Kuhn (1957,1962) generaron la idea que la historia de la ciencia consiste en una serie de Revoluciones Científicas, donde estas consisten en un cambio de paradigma que resulta en una nueva percepción del mundo que es incompatible con la visión anterior.
• Algo muy común en la cultura Occidental es relacionarla con el periodo del Renacimiento asociado a nombres como Copérnico, Kepler, Galileo y Newton por mencionar algunos.

• Einstein se veía a sí mismo no como un revolucionario, sino como parte de una cadena en evolución.
• Su trabajo lo veía como una modificación de la teoría del espacio-tiempo.
• “No tenemos actos revolucionarios sino desarrollo natural en una línea que puede ser trazada siglos atrás”

Aplicando el crecimiento logístico a la evolución de la ciencia

El crecimiento logístico del conocimiento científico

• Pareciera que recientemente hay una explosión exponencial en la Revolución Científica que se remonta a más de 100 000 años atrás con los primeros rastreadores y recolectores.
• Existen varios momentos en la historia de la humanidad que podemos ver como revoluciones científicas
• A) Hace 2 millones de años, migración de homínidos por todo el planeta. Conocimiento empírico básico: rastreo simple y plantas alimenticias.
• B) El desarrollo de herramientas de piedra provocó un avance alrededor de 50000 años
• C) La persistencia en la caza usando técnicas de rastreo cada vez más sofisticadas. Esto derivó en un incremento del conocimiento empírico.
• D) Egipcios y Babilonios mostraron similitudes en las matemáticas lo cual implica que tenían interacción, la cual exportaron a Grecia.
• E) En la Grecia de 300 años A.C. hubo una explosión de ciencia y filosofía que duró 300 años.

• F) El sistema decimal evolucionó en la India y tardó un milenio en ser introducido a Europa. Mientras en Estambul en el siglo 16 había una explosión en la ciencia ligada al islamismo en Europa se vivía el Oscurantismo ligado al catolicismo.
• G) En la actualidad parece que vivimos en una explosión de ciencia del mundo occidental en los últimos 400 años.
• H) La explosión científica del siglo 21 hace ver muy primitiva a la Revolución científica del siglo 17.

Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA-NC

La ciencia y la técnica en la cultura griega

• En el mundo occidental moderno, siempre se ve a Grecia como un referente obligado de la ciencia.
• En Grecia algunos ven el nacimiento de la ciencia y la filosofía, los griegos le dan énfasis a la medicina y matemáticas.
• Siglos VI y V A.C. el paso del mito al logos (de historias a causas y razones).
• Cultura basada en la naturaleza (physis).
• Su problema fue técnico, pasar las ideas del filósofo al técnico especialista, fue un problema de clases sociales.
• Algunos desarrollos técnicos los adoptaron de los persas como el molino de viento.
• Cuando se habla de desarrollos tecnológicos griegos, es obligado hablar de Arquímedes y Herón.
• Los griegos fueron maestros en el arte de la construcción. Les debemos acueductos, canales, túneles, dispositivos de drenaje y de irrigación, puertos, escolleras, diques secos y el famoso faro de la isla de Faros.

La ciencia y la técnica en la cultura romana

• A lo largo de mil doscientos años Roma logró conquistar extensos territorios no sólo con sus armas, sino también con su cultura.
• El desarrollo territorial romano se asentó, en gran parte, en la Europa Occidental y Mediterránea.
• Sus aportaciones culturales, sobre todo su lengua, han llegado hasta nosotros mediante la evolución del latín original hasta llegar a lenguas actuales con raíces comunes, como el español, el francés, el italiano o el rumano por citar algunas.
• En el imperio romano la disciplina de la guerra era considerada una ciencia y un arte, el entrenamiento constante hacía del ejército romano uno de los más temibles y era el gran responsable de sus éxitos.
• Dieron otro sentido al urbanismo. Su obra pública:
• Ingeniería civil: Puentes, acueductos, calzadas
• Arquitectura: Casas de pisos, palacios, foros imperiales

Época medieval cristiana

• “Edad Media" término empleado por la civilización occidental para definir el periodo de 1000 años de historia europea entre el 500 y 1500 d. C., inicia con la caída del Imperio Romano.
• En Asia y Oriente Medio no aplica el concepto europeo de Edad Media, existe el concepto de desarrollo del mundo árabe.
• Sociedad Teocéntrica con un sistema feudal de grandes propiedades dependientes de residencia señorial (catedral, abadía, castillo).
• La Medicina ‘tuvo un freno’ ya que el Cuerpo se consideraba una envoltura efímera, intrascendente que solo cubría al alma, que era lo verdadero importante.
• Del siglo VI al X la medicina era reservada a Sacerdotes médicos.
• No había rigor científico en el estudio de las enfermedades, todo era divino.

• Sin embargo, no todo fue oscurantismo.
• Roger Bacon es un franciscano inglés del siglo XIII y es el padre del empirismo, que es la base de la ciencia moderna.
• Progresos en la producción agrícola con el desarrollo de la rotación trienal de cultivos, que se tradujo en la obtención de dos cosechas al año y un aumento de la producción, y la introducción del arado de reja y vertedera.
• Construcción de grandes catedrales góticas como Notre Dame de París o la de Burgos, que nacen esencialmente de desarrollos técnicos como la invención del crucero de ojiva y del arbotante.
• El surgimiento de las Escuelas médicas fue decisivo para la creación y consolidación de las Universidades Europeas: París, Oxford, Bolonia, Cambridge, Nápoles, Salamanca, Padua, La Sorbona, etc.
• Otros grandes avances son la expansión y adopción de la pólvora, el papel y el molino de agua; así como la invención del molino de viento, la yunta de los bueyes, el reloj mecánico, la brújula, las gafas y el botón.

Renacimiento

• Surgimiento de la Reforma Protestante que lleva a un clima multirreligioso en Europa que hace perder poder al Papado.
• Auge del poder civil, desde el punto de vista económico toma fuerza como clase dominante la burguesía
• Visión filosófica que sustituye el modelo escolástico por el humanismo y el afán de conocimiento.
• Se genera un caldo de cultivo perfecto para el desarrollo de las ciencias y las artes.
• El poder civil comenzó a ganar fuerza en contraposición de los poderes tradicionales como las instituciones religiosas, lo que permitió cierta autonomía a los investigadores
• Algunos de los grandes referentes de estos periodos son: Galileo, Copérnico, Leonardo Da Vinci, Maquiavelo o Kepler.

• Primera etapa, el Quattrocento, el Renacimiento temprano que se desarrolla en Italia, caracterizado por la búsqueda de los cánones de belleza de la antigüedad y de las bases científicas del arte.
• Segunda etapa, encuadrada en el siglo XVI, dará origen al Cinquecento, caracterizada por una hegemonía artística de Roma que contaba con un apoyo ferviente del Papado de la época.
• Tercera etapa, guerras en Italia, éxodo de artistas por el cual se difundió este nuevo período por toda Europa Occidental.

Algunos avances

• Invención de la imprenta, que permite la expansión rápida y masiva de la información.
• Divulgación de la numeración árabe, que permite facilidad y complejidad de las operaciones matemáticas.
• Separación entre fe y religión que supuso la laicidad de la ciencia, haciendo posible que dejara de estar subyugada a los dogmas católicos y, a consecuencia de esto, se introdujeran nuevos métodos de investigación.
• El humanismo como impulsor de esta ciencia, que provocaría que dicha investigación científica tuviera un interés social (el fin de la ciencia era mejorar la sociedad, divulgar los conocimientos de forma más universal y mejorar las condiciones de vida de las personas).
• La unión de ciencia y técnica, ya que los nuevos hallazgos exigían la creación de nuevos instrumentos técnicos que a su vez contribuían a las investigaciones (por ejemplo, el telescopio).

Inventos

• En 1455 Johannes Gutenberg presentó en Frankfurt el primer libro hecho en la imprenta, utilizando tipos movibles y tintas. Difusión de conocimiento, datos.
• Telescopio de Galileo: Galileo Galilei perfeccionó el primitivo telescopio de Copérnico haciéndolo 30 veces más poderoso, con esto, Galileo descubrió muchos planetas entre ellos Saturno.
• La brújula: es un invento chino del siglo IX, más adelante fue mejorada para reducir su tamaño y facilitar el uso, cambiándose la vasija de agua por un eje rotatorio, y añadiendo una «rosa de los vientos» que sirve de guía para calcular direcciones.
• Telescopio de Galileo: Galileo Galilei perfeccionó el primitivo telescopio de Copérnico haciéndolo 30 veces más poderoso, con esto, Galileo descubrió muchos planetas entre ellos Saturno.
• Armas: La Armas de fuego fueron utilizadas como nuevo recurso de guerra haciendo a los países con mucha exportación de pólvora muy poderosos en las guerras.
• Reloj: Se inventó el reloj que ayudó a aumentar el conocimiento del tiempo.

• Así como Einstein merece un capítulo aparte, en esta época Leonardo Da Vinci es un referente.
• Leonardo Da Vinci careció de una formación académica en el sentido actual, se le atribuyen la más larga lista de profesiones: pintor, escultor, arquitecto, ingeniero, físico, geómetra, biólogo, geólogo, astrónomo, botánico, anatomista, músico, lingüista, filósofo, etc.
• Destacan su inquietud, su capacidad observadora, su profundo análisis, su continua experimentación, su perfeccionismo.
• Describe de modo sistemático los conceptos que explican claramente el porqué (los principios físicos implicados) y proponen cómo (los procesos, los métodos) o con qué (los componentes tecnológicos) resolver de diversos modos el problema analizado.

Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY

Nicolás Copérnico:

• Cercana su muerte, se publicó su obra más importante: De revolutionibus. Falleció en 1543.
• Su aportación más importante en el campo de la astronomía fue cuestionar la teoría geocéntrica y proponer una teoría heliocéntrica que, si bien no era correcta completamente, si se asemejaba a la teoría actual.

Tycho Brahe:

• Dedicó gran parte de su vida a la observación de la galaxia y a la realización de cálculos que, tras su muerte, en 1601 legó a Kepler. Kepler los utilizó para deducir sus leyes del movimiento planetario.

Johannes Kepler: Primera ley: “La órbita que describe cada planeta es una elipse con el Sol en uno de sus focos”. De esta forma dejaba atrás la visión circular de las órbitas planetarias propuestas con anterioridad incluso por Copérnico. Segunda ley: “Cada planeta se mueve de tal manera que el radio vector (recta que une el centro del Sol con el planeta) barre áreas iguales en tiempos iguales”. Tercera ley: “El cuadrado de los períodos de revolución de dos planetas es proporcional a los cubos de sus distancias medias al Sol.” Galileo Galilei:

• Pudo observar el firmamento directamente a través de su telescopio, lo que le llevó a perfeccionar la teoría heliocentrista, así como a realizar otros descubrimientos.
• Entre sus descubrimientos, están por ejemplo que el Sol gira sobre sí mismo, que la luna no es una superficie lisa, sino que tiene un relieve abrupto o descubrir las cuatro lunas de Júpiter.

Ciencia y tecnología en la edad moderna

• Algunos avances:
• En el año 1800 Volta inventa la pila eléctrica. (Energía)
• En 1807 se inventa el barco a vapor. (Movilidad)
• En 1826 se crea la locomotora a vapor inventada por Stephenson. (Movilidad)
• En 1876 Alexander Graham Bell patenta el invento del teléfono. (Comunicación)
• En 1879 Thomas Edison inventa la bombilla eléctrica. (Energía)
• En 1885 Pasteur descubre la vacuna contra la rabia. Esto eleva el promedio de vida de la sociedad. (Medicina)
• En 1896 se descubre la radiactividad por el científico francés Bacquerel. (Ciencia pura)
• En 1900 comienzan las investigaciones de ADN y se descubren los primeros grupos sanguíneos. (Medicina)

• En 1903 el primer vuelo por los hermanos Wright.
• En 1928 Alexander Fleming descubre la penicilina. Esto permite elevar el promedio y la calidad de vida.
• En 1957 se lanza al espacio el primer satélite artificial llamado Sputnik I de la mano de científicos rusos.
• En 1964 se realiza la primera operación de trasplante del corazón por el equipo médico que lideraba el Dr. James Hardy.
• En 1969 Neil Armstrong se convierte en el primer hombre en pisar la luna en el Apolo 11, nave que llevaba a bordo sólo 3 tripulantes de nacionalidad norteamericana.
• En 1983 se inventa el compact disc (CD), esto revoluciona la manera del almacenamiento de datos e información.
• En 1997 se realiza la primera clonación a partir de una única célula madre. Nace así, la primera oveja clonada llamada Dolly.

2.2 Ciencia y mundo contemporáneo

• Según la Unesco entre 2014 y 1018 el gasto mundial en investigación aumentó casi un 20%
• El 93% del gasto mundial lo realizan los países del llamado G20
• México aporta solo el 0.4% de investigadores del total de investigadores procedentes de países del G20
• Al 2018 solo el 33% de investigadores son mujeres, sólo el 28% graduadas en alguna carrera de ingeniería.

Producción científica editorial 2018-2019

Algunos tópicos relevantes

Pandemia Covid

• Un evento que recientemente movió al mundo como hacía décadas que no sucedía fue la Pandemia del COVID provocada por el virus SARS-Cov2.
• La ciencia y la tecnología rápidamente adaptaron sus recursos en reconocer el genoma del virus y con ello diseñar una vacuna.
• Rápidamente dos plataformas de desarrollo basadas en ARN como las de BioNTech-Pfizer y Moderna-NIAID pudieron adaptarse a la creación de nuevas vacunas, Moderna tardó dos días en diseñar su nueva vacuna sobre el papel y 25 días en producir el primer lote.
• Esto nos habla de lo rápido que la ciencia ha avanzado en unas cuantas décadas. Antes la creación de una vacuna tardaba al menos cuatro años.

Calentamiento global

• En 2019 un estudio un estudio revelaba que el calentamiento de los océanos había alcanzado un nuevo máximo en 2019, ya lo superó en 2023.
• El 6 de febrero de 2019 se registró una temperatura récord de 18.4 °C en una estación meteorológica de la Antártida. Tres días después, otra base en el mismo continente midió 20.75 °C, siendo la primera vez que se superan los 20 grados en la Antártida.
• En julio de 2019 la Organización Meteorológica Mundial alertó de que antes de mediados de la nueva década podría superarse el calentamiento de 1.5 °C respecto a los niveles preindustriales establecido como límite según el Acuerdo de París.
• Muchos recursos e investigaciones están abordando desde hace décadas el cambio climático. Entre ellos la Ciencia de Datos juega un papel importante por ser un problema muy complejo, con gran generación de datos diversa y relaciones entre variables no triviales.

Superconductores

• La superconductividad o conducción de corriente eléctrica sin resistencia es la plataforma para muchos desarrollos tecnológicos.
• Líneas de transmisión eléctrica, trenes de levitación magnética, reactores de fusión nuclear, aceleradores de partículas, equipos médicos de imágenes, etc.
• Su principal limitación son las temperaturas en extremo bajas para su operación.
• En 2020 Investigadores de la Universidad de Rochester han logrado que, a una temperatura de 15°C, un compuesto de hidrógeno, carbono y azufre logre la superconductividad. El problema es la presión de operación que sería de 2.6 millones de atmósferas. Sin embargo, se espera que refinando el compuesto se logre bajar la presión.

Edición genómica para medicina

• Motivo de premio Nobel de Química en 2020 es la herramienta genómica llamada CRISPR.
• CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) es una familia de secuencias de ADN que se encuentran en el genoma de los organismos procariotas. Las secuencias contienen fragmentos de ADN de virus que han infectado a bacterias y arqueas en el pasado. Estos fragmentos de ADN son utilizados por la célula procariota para detectar y destruir el ADN de nuevos ataques de virus similares, y así poder defenderse eficazmente de ellos.
• Cas9 es una endonucleasa asociada a CRISPR (una enzima), conocida por actuar como “tijeras moleculares”, que corta y edita, o corrige, en una célula, el ADN asociado a una enfermedad.
• Un ARN guía dirige las tijeras moleculares Cas9 al lugar exacto de la mutación. Una vez que estas tijeras moleculares hacen un corte en el ADN, los mecanismos celulares adicionales y el ADN añadido de forma exógena utilizarán la maquinaria de la propia célula y otros elementos para “reparar” específicamente el ADN.
• El potencial terapéutico de CRISPR aún es una promesa, pero en 2020 se han dado nuevos pasos hacia su uso clínico. Un ensayo clínico en fase 1 ha mostrado que CRISPR es seguro para el tratamiento de linfocitos T en pacientes con cáncer.

Inteligencia Artificial

• El Bioquímico Christian Anfinsen al recibir el Premio Nobel de Química en 1972 afirmó que la estructura tridimensional de una proteína podría predecirse sólo de conocer la secuencia de aminoácidos.
• La estructura 3D para una proteína es crítica ya que de ella depende su función biológica. Por ejemplo, como el virus Sars-Cov2 engaña a las células y las invade.
• Determinar la estructura solo a partir de la secuencia es un problema complejo que con técnicas numéricas normales consumiría demasiado tiempo, sin embargo, con las nuevas herramientas de Inteligencia Artificial como el Deep Learning estos problemas pueden ser resueltos en semanas cuando antes podían tomar meses o años.
• El laboratorio de Inteligencia Artificial (IA) DeepMind de Google anunció que su programa AlphaFold básicamente ha conseguido resolver el problema de Anfinsen. El avance ha sido recibido como un salto gigantesco con inmensas aplicaciones en investigación, biotecnología y biomedicina.

Cómputo cuántico

• La computación cuántica es para numerosos expertos el próximo gran salto tecnológico desde el nacimiento de la electrónica.
• Es un campo multidisciplinario que aúna aspectos de ciencias de la computación, física y matemáticas y utiliza mecánicas cuánticas para resolver problemas complejos más rápido que las computadoras clásicas
• Y aunque por el momento es una realidad solo entre las paredes de los laboratorios y centros experimentales, progresivamente se van conquistando nuevos hitos.
• En 2019 Google anunció por primera vez la supremacía cuántica, la resolución de un problema inasequible para los supercomputadores convencionales. Sin embargo, la proclama fue cuestionada por IBM, alegando que el problema era en realidad fácilmente asequible para su supercomputador Summit.

2.3 Telecomunicaciones e Informática

• Algo de historia:
• 1830, Telégrafo, introduce conceptos de codificación.
• 1874, Telégrafo múltiple.
• 1875, Teléfono, transmisión de voz, no requiere codificación.
• 1910, Teletipo / Teleimpresor, transmite mensajes sin operador.
• 1950, Aparecen los primeros módems, inicia la transmisión de datos entre computadores.
• 1960, Desarrollo de lenguajes de programación, sistemas operativos, transmisiones de satélite.
• 1970, Aparecen las primeras redes de computadoras, protocolos de comunicación y arquitectura de redes.

• 1971, Arpanet con el protocolo TCP/IP.
• 1974, Primera arquitectura de redes por IBM llamada SNA luego DNA.
• 1975, El Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico normaliza el X.25 que es un estándar para la conmutación de paquetes.
• 1978, Aparecen las primeras redes de área local.
• 1980, Aparecen las primeras redes digitales con voz, video y datos.
• 1990, Boom de la era digital, Tecnologías de la Información, Sistemas Distribuidos, Procesamiento Distribuido.

• La telemática es una disciplina científica y tecnológica, originada por la convergencia entre las tecnologías de las Telecomunicaciones y de la Informática.
• La Telemática, cubre un campo científico y tecnológico de una considerable amplitud, englobando redes y servicios de comunicaciones, para el transporte, almacenamiento y procesado de cualquier tipo de información (datos, voz, vídeo, etc.).
• La Telemática abarca entre otros conceptos:
• El plano de usuario, donde se distribuye y procesa la información de los servicios y aplicaciones finales.
• El plano de señalización y control, donde se distribuye y procesa la información de control del propio sistema, y su interacción con los usuarios;
• El plano de gestión, donde se distribuye y procesa la información de operación y gestión del sistema y los servicios, y su interacción con los operadores de la red.

• Al conjunto de equipos, medios de comunicación y software utilizados para la realización de una determinada aplicación informática se le denomina sistema teleinformático.
• Un sistema teleinformático básico consta de un terminal remoto desde el cual se envían los datos a una computadora central o host, a través de una línea de telecomunicación para su proceso y posterior recepción de resultados.
• Al medio físico empleado para la transmisión de datos se le denomina red de telecomunicación. A través de ella se envía la información bien en forma de señal analógica o bien en forma de señal digital, dependiendo del tipo de medio y de la tecnología utilizada.
• En la actualidad la gran mayoría de datos son digitales, sin embargo, siguen existiendo componentes analógicos.
• Tan importante en el mundo de ciencia de datos es el procesamiento de los datos y la extracción del conocimiento, como lo es la recolección y transmisión de estos.

En resumen

La ciencia y tecnología existe y acompaña al ser humano desde sus orígenes. Nada es realmente nuevo, todo es parte de una evolución del conocimiento y la tecnología surge de las necesidades. El humano siempre ha observado la naturaleza, recabado información, analizarla y derivar en conocimiento, leyes, aplicaciones. En la actualidad, con los avances tecnológicos, la recolección, transmisión, almacenamiento, procesamiento de datos en la era digital ha provocado un avance en la ciencia y tecnología de forma exponencial.