martes, 28 de febrero de 2012

Bioquímicas hipotéticas sustitutos del Carbono


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Fuente Wikipedia.


Las bioquímicas hipotéticas son especulaciones sobre los distintos tipos de bioquímicas que podría revestir una vida extraterrestre exótica en formas que difieren radicalmente de las conocidas sobre la Tierra, con distintos grados de plausibilidad. En estas bioquímicas hipotéticas comúnmente se emplean elementos distintos del carbono para construir las estructuras moleculares primarias y/o se produce en solventes distintos del agua. Las presentaciones de la vida extraterrestre basadas en estas bioquímicas alternativas son comunes en la ciencia ficción.

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Quiralidad
Quizá el tipo de bioquímica “menos exótico” sería uno con una quiralidad alterna a la de las biomoléculas terrestres. En la bioquímica conocida, los aminoácidos son casi universalmente de tipo L “izquierdo” y los azúcares son de tipo D “derecho”. Las moléculas de quiralidad opuesta tendrían las mismas propiedades químicas que sus formas reflejadas. Así, una bioquímica que incorporara aminoácidos D y/o azúcares L, podría ser posible.
Bioquímicas sin carbono
Los científicos han especulado sobre la posibilidad de que otro átomo en lugar del carbono formara estructuras moleculares en otro tipo de bioquímica, pero nadie ha propuesto aún una teoría global coherente que utilice tales átomos para formar todos los compuestos moleculares necesarios para la vida.
Hay que tener en cuenta que toda la bioquímica terrestre está basada en el carbono y algunas consideraciones hacen pensar que solamente el carbono podría cumplir este papel, y que una hipotética vida extraterrestre, que estaría presente fuera del medio ambiente de la Tierra, no podría también sino basarse en el carbono. Aunque recientemente se ha descubierto a la GFAJ-1, una bacteria del tipo extremofilo que al ser privada del fósforo reemplaza a este con arsénico en su ADN para continuar creciendo y desarrollandose, esta solo reemplaza uno de los componentes auxiliares de las bases nitrogenadas, donde el carbono sigue siendo la cadena troncal.
Esta tesis que surge, que hace solamente al carbono “apto” para construir “la estructura molecular” de la bioquímica, con exclusión de la posibilidad de los demás elementos, es la tesis llamada chovinismo del carbono.
Bioquímica del silicio
El elemento químico básico que ha sido propuesto para un sistema bioquímico alternativo es el átomo de silicio, puesto que el silicio tiene muchas propiedades químicas similares al carbono, tiene los mismos cuatro enlaces, y está en el mismo grupo del cuadro periódico, el grupo 14.
La ciencia ficción ya había sido pionera en la utilización parcial de compuestos de silicio en un ser vivo. Como se describe en la autopsia del primer vector del monstruo en Alien: el 8º pasajero, de Ridley Scott, su sangre, formada por "ácido molecular", podía circular por el interior de su cuerpo sin destruir los tejidos gracias a las estructuras polisiliconadas de sus conducciones. También el empleo de estas siliconas en el recubrimiento externo le permitía sobrevivir en una amplia variedad de ambientes... incluyendo el vacío espacial.
Una ventaja que podría acarrear el silicio son sus zeolitas, compuestos que bien utilizados podrían se capaces de filtrar y catabolizar sustancias, del modo de las enzimas de carbono terrestres: las tareas básicas de la vida en nuestro planeta son posibles gracias a los enzimas, una serie de catalizadores con sus correspondientes soportes (las proteínas). La naturaleza ha desarrollado toda una colección de ellos, cada uno especializado en una función, como por ejemplo la hemoglobina, encargada del intercambio del oxígeno, o las ferridoxinas, cuya misión es la transferencia electrónica. La idea original consiste en sustituir estas enzimas por moléculas basadas en el silicio.
Estos materiales son una especie de arcillas que tienen una estructura molecular en forma de red en tres dimensiones, formada por tetraedros de SiO4 y AlO4 unidos entre sí. Este entramado tiene poros y cavidades de tamaño molecular, por lo que solo pueden ser atravesado por aquellas moléculas con un tamaño suficientemente pequeño. Por eso también se les llama tamizadores moleculares. Las zeolitas tienen un gran número de similitudes estructurales con las proteínas naturales. Utilizando estas similitudes pueden formase diferentes catalizadores que combinan las características de robustez y estabilidad química de las zeolitas con la gran selectividad y actividad molecular de los enzimas. En el Departamento Central de Investigación y Desarrollo de la empresa Du Pont se han conseguido zeolitas capaces de simular el comportamiento de la hemoglobina, el citocromo P450 y la proteína hierro-azufre.
Pero el silicio tiene una serie de desventajas como alternativa al carbono; los átomos de silicio son aproximadamente 50% mayores, y más de 2 veces más masivos que los del carbono. Tienen dificultad para formar dobles o triples enlaces covalentes, que son importantes para un sistema bioquímico. Los silanos, compuestos químicos de hidrógeno y silicio que son similares a los alcanos, son muy reactivos con el agua, y en largas cadenas se dividen espontáneamente a temperatura ambiente. Las moléculas que incorporan polímeros con cadenas que alternan los átomos de silicio y oxígeno, conocidos colectivamente como siliconas, son mucho más estables. Se sugirió que los productos químicos basados en las siliconas sean más estables que los hidrocarburos equivalentes en un medio ambiente rico en ácido sulfúrico, como eso se encuentra en una serie de mundos extraterrestres.
Además, la química del silicio está dominada por el enlace Si-O (los silicatos son los óxidos más abundantes en la corteza terrestre) frente a la estabilidad del enlace de carbono C-C que permite la formación de largas y complejas cadenas, de forma contraria a sus contrapartes de sílice, las cuales generalmente se van haciendo cada vez más inestables mientras más complejas y largas se vuelven.
Otro obstáculo es que el compuesto principal de las arenas, el dióxido de silicio, el análogo del dióxido de carbono, es un sólido no soluble a la temperatura donde habitualmente el agua es líquida, dificultando la entrada del silicio en el metabolismo de los sistemas bioquímicos a base agua, aunque la gama necesaria de las moléculas bioquímicas podría construirse fuera de ellos. El problema suplementario con el sílice es que sería el producto de una respiración aerobia. Si una forma de vida basada en el silicio “respirara” utilizando el oxígeno, como lo hecho en la vida sobre la Tierra, produciría probablemente el sílice como subproducto (los residuos) de ésta, como el dióxido de carbono para la respiración terrestre.
Como el sílice es un sólido, y no un gas, los órganos excretorios serían completamente diferentes de los pulmones de los animales terrestres, así como de los estomas vegetales. Aunque los órganos absorbentes de oxígeno podrían ser más o menos comparables, la excreción del sílice sólido no podría hacerse por la misma vía sino solo para la absorción de oxígeno, como es el caso para los compuestos del carbono de la vida terrestre.
Bioquímica del boro
También el boro es un elemento que tiende a formar cadenas relativamente largas, junto con hidrógeno, llamadas boranos; junto con carbono, llamadas carboranos; y borazinas, si forma enlaces con el nitrógeno, teniendo ellas un gran número de reacciones, como el diborano, el cual es extremadamente versátil en la síntesis de organoboranos, a su vez productos intermedios muy útiles en síntesis orgánicas, además de ser reductivo. Esta bioquímica es lo suficientemente conocida como para tener grandes prospectos como sustratos para moléculas de interés bioquímico. Todavía algunos carboranos, como la borofenilalanina, están siendo estudiados para un mejor desarrollo radioterapéutico.
Bioquímica de nitrógeno y fósforo
El nitrógeno y el fósforo ofrecen también posibilidades como base para moléculas bioquímicas. Como el carbono, el fósforo puede formar largas cadenas de moléculas, que le permitirían formar macromoléculas si su naturaleza no fuese tan reactiva. Sin embargo, combinado con el nitrógeno, que es casi inerte, puede formar conexiones covalentes P-N mucho más estables y crear un abanico de moléculas, incluidos ciclos.
La atmósfera terrestre se compone de aproximadamente un 78% de nitrógeno, pero no sería directamente utilizable probablemente para una forma de vida basada en “fósforo-nitrógeno” (P-N) puesto que el nitrógeno molecular (N2) es casi inerte y difícil enérgicamente de fijar, debido a su vínculo triple. Sin embargo, algunas plantas terrestres como leguminosas pueden fijar el nitrógeno, utilizando las bacterias anaerobias simbióticas contenidas en los nódulos de sus raíces. El nitrógeno se fijaría por enzimas a base de molibdeno, y se oxidaría mediante la xantina. Una atmósfera de dióxido de nitrógeno (NO2) o de amoníaco (NH3) sería más fácilmente utilizable. El nitrógeno forma también una serie de óxidos, como el monóxido de nitrógeno, el óxido diazotizado y el peróxido de nitrógeno, y todos estos óxidos estarían presentes en una atmósfera rica en óxidos nitrosos.
  • En una atmósfera de dióxido de nitrógeno, una especie de seres fósforo-nitrógeno análogos a las plantas absorben el dióxido de nitrógeno del aire y extraen el fósforo de la tierra. El dióxido de nitrógeno sería reducido, produciendo análogos a los azúcares (P-N) en el proceso, y el oxígeno se rechazaría en la atmósfera. Los animales de tipo (P-N) consumirían las plantas, absorberían el oxígeno atmosférico para metabolizar los análogos de azúcar, exhalando el dióxido de nitrógeno y excretando el fósforo, o una sustancia rica en fósforo, como residuos sólidos.
  • En una atmósfera de amoniaco, las plantas de tipo (PN) absorben el amoniaco del aire y el fósforo de la tierra; luego oxidan el amoníaco para producir azúcares (P-N) y para liberar hidrógeno. Los animales de tipo (P-N) son ahora los reductores, respirando el hidrógeno y convirtiendo los azúcares (P-N) en amoniaco y fósforo. Es el modelo opuesto de la oxidación y la reducción de un mundo de dióxido de nitrógeno, y también del ciclo de la bioquímica terrestre. Sería similar a un ciclo del carbono con el carbono atmosférico que se presenta en forma de metano en vez del dióxido de carbono.
El debate no ha continuado, ya que varios aspectos de un ciclo biológico de tipo (P-N) serían defectuosos enérgicamente. Además, el nitrógeno y el fósforo son poco susceptibles de estar presentes en la cantidad requerida a una escala planetaria, en el Universo. Dado que se formó la mayor parte del carbono durante la fusión nuclear, es más abundante y se concentra preferencialmente cerca de la superficie de un planeta.
Por otra parte, si bien una atmósfera con amoniaco sería posible y estable a la primera vista (en un medio ambiente reductor), es dudoso que una atmósfera rica en óxidos nitrosos pudiera existir. Puesto que los óxidos nitrosos son sobre todo muy energéticos frente al nitrógeno y el oxígeno moleculares, tenderían a recombinarse separadamente; sobre todo teniendo en cuenta que son muy oxidantes, y serían divididos por la radiación estelar y por catálisis sobre rocas de la superficie cuando se producen, produciendo así nitrógeno y oxígeno moleculares o de los óxidos.
Otros elementos de bioquímicas exóticos
  • El arsénico, que es químicamente similar al fósforo, aunque veneno para la mayoría de los organismos terrestres, se incorpora con todo a la bioquímica de algunos organismos.
    Algunas algas marinas incorporan el arsénico a las moléculas orgánicas complejas como los azúcares arseniados y las arsenobetaínas. Setas y bacterias pueden producir compuestos arseniados metilados volátiles. Se observaron la reducción de arseniato y la oxidación de arsenito por los microbios. Del mismo modo, algunos procariotas pueden emplear el arseniato como aceptante terminal de electrón (oxidante) durante el crecimiento anaerobio y algunos pueden utilizar el arsenito como donante de electrones (reductor) para producir la energía.
    Se especuló que las formas de vida primitivas aparecidas sobre la Tierra habrían podido incorporar el arsénico en vez del fósforo en los nucleótidos.
  • El cloro a veces se propone como alternativa biológica al oxígeno, tanto para bioquímicas basados en carbono como para bioquímicas hipotéticas no basados en el carbono.
    Pero el cloro es muy reactivo frente a los compuestos hidrogenados; es difícil decir que una bioquímica pueda producirse con compuestos organoclorados que tenderían mucho hacia conexiones estables del tipo de las de los clorofluorocarbonos.
    Además, el cloro es mucho menos abundante que el oxígeno en el Universo, y así los planetas con una atmósfera rica en cloro son susceptibles de ser muy raros, o incluso de no existir en absoluto. Ya que el cloro (gaseoso) es muy reactivo cualquiera que sea la temperatura, contrariamente al oxígeno que es relativamente poco reactivo a las “temperaturas ambiente”, en un medio ambiente planetario, dividiría todos los compuestos hidrogenados produciendo cloruro de hidrógeno; incluso el agua no podría ser estable en tal medio ambiente, ya que el cloro se disolvería formando una clase de agua de lejía, y terminaría por dividirlo liberando el oxígeno. El cloro terminaría probablemente vinculado en forma de sales y otros compuestos inertes en las rocas.
    Esto es aún más radical para el flúor o asociaciones cloro-flúor, puesto que éste es el elemento más reactivo de la tabla.
  • El azufre puede también formar moléculas de larga cadena, pero posee los mismos problemas de reactividad que el fósforo y los silanos. La utilización biológica del azufre como alternativa al carbono es puramente teórica, y podría no ser más que caprichosa (imposible, en realidad).
    Sin embargo, la utilización biológica del azufre como alternativa al oxígeno está extendida: se descubrieron algunas bacterias reductoras del azufre en lugares exóticos sobre la Tierra, y también en lugares más comunes, como los circuitos de enfriamiento desgastados. Estas bacterias pueden utilizar el azufre nativo (mineral) en vez del oxígeno, reduciéndolo en sulfuro de hidrógeno. Los ejemplos de este tipo de metabolismo son las bacterias sulfurosas verdes y las bacterias sulfurosas púrpuras. Ejemplos de los microorganismos que metabolizan el azufre mineral pueden encontrarse hasta hace 3.500 millones de años sobre la Tierra.
Bioquímicas sin agua
Además de los compuestos del carbono, toda la vida terrestre actualmente conocida exige también el agua como solvente. Y como para el carbono, se supone a veces que el agua es el único producto químico conveniente para cumplir este papel.
Las distintas propiedades del agua que son importantes para procesos de la vida incluyen una amplia gama de temperaturas sobre la cual es líquida, una elevada capacidad térmica favoreciendo el reglamento de la temperatura, de un gran calor de vaporización, y de la capacidad de disolver una amplia variedad de compuestos. El agua es también anfótero, lo que significa que puede dar o aceptar un protón, permitiéndole actuar como ácido o base. Esta propiedad es crucial en muchas reacciones orgánicas y bioquímicas, donde el agua sirve de solvente, reactivo, o producto. Hay otras sustancias químicas, con las propiedades similares que a veces se propusieron como alternativas al agua (el óxido de hidrógeno).
Amoníaco
El amoníaco (el nitruro de hidrógeno) es la alternativa ciertamente al agua, la más generalmente posible propuesta como solvente bioquímico.
Numerosas reacciones químicas son posibles en solución en el amoníaco, y el amoníaco líquido tiene algunas semejanzas químicas con el agua. El amoníaco puede disolver la mayoría de las moléculas orgánicas al menos así como el agua, y por otro lado es capaz de disolver muchos metales elementales. A partir de este conjunto de propiedades químicas, se teorizó que las formas de vida basada en el amoníaco podrían ser posibles.
Sin embargo, el amoníaco tiene algunos problemas como solvente bioquímico básico:
Las conexiones hidrógeno entre las moléculas de amoníaco son más escasas que en el agua, lo que supone que el calor de vaporización del amoníaco es la mitad del del agua. Su tensión superficial es 3 veces más pequeña, y su capacidad reductora de concentrar las moléculas no polares por un efecto hidrófobo. Por estas razones, se puede cuestionar sobre la capacidad que tendría el amoníaco de hacer tener las moléculas prebióticas conjunto con el fin de permitir la aparición de un sistema autoreproductor.
El amoníaco es también combustible y oxidable y no podría existir de manera perenne en un medio ambiente que lo oxidaría. Sin embargo, sería estable en un medio ambiente reductor con una elevada concentración en hidrógeno, por ejemplo. El agua es estable en una más extensa gama de condiciones oxido-reductoras.
Una biosfera basada en amoníaco existiría probablemente a temperaturas o a presiones atmosféricas que son extremadamente poco comunes para la vida terrestre.
La vida terrestre existe habitualmente entre las temperaturas del punto de fusión y el punto de ebullición del agua a la presión normal, entre 0°C (273 K) y 100°C (373 K); a la presión normal, el amoníaco tiene sus puntos de fusión y ebullición entre −78°C (195 K) y −33°C (240 K); solamente 45°C de gama de temperatura en el estado líquido. Tales temperaturas extremadamente frías crean problemas, ya que retrasan enormemente las reacciones bioquímicas y pueden causar la precipitación de los compuestos bioquímicos fuera de la solución. El amoníaco puede sin embargo ser un líquido a las temperaturas “normales”, pero a presiones mucho más elevadas; por ejemplo, a 60 atmósferas, el amoníaco se funde a −77°C (196 K) y final a 98°C (371 K); ¡lo que hace esta vez una gama de temperatura de 175°C en el estado líquido!
Esta “alta” presión podría ser consistente con una presencia de amoníaco en gran cantidad a una escala planetaria, ya que una atmósfera gruesa se conserva sobre todo en torno a los planetas masivos que están más en condiciones de conservar una parte de su hidrógeno, y en consecuencia las condiciones reductoras favorables a la conservación del amoníaco. Además una atmósfera gruesa protege mejor el amoníaco contra la fotólisis, siendo esta molécula más frágil que la del agua.
El amoníaco y las mezclas con amoníaco siguen siendo líquidas a las temperaturas por debajo del punto de congelación del agua pura; así tales tipos de bioquímicas podrían adaptarse a los planetas y a las lunas que están en órbita fuera de la zona habitable ácuea. Tales condiciones pueden existir, por ejemplo, bajo la superficie de Titán, la más grande luna de Saturno.
El fluoruro de hidrógeno
El fluoruro de hidrógeno (HF), como el agua, es una molécula polar, y es gracias a su polaridad que puede disolver muchos compuestos iónicos. Su punto de fusión es de -84°C y su punto de ebullición es de 19,54°C (a presión atmosférica); la diferencia entre los dos es algo más de 100°C. El fluoruro de hidrógeno puede formar también puentes de hidrógeno con sus moléculas vecinas como el agua y el amoníaco. Todas estas propiedades incitarían a hacer del fluoruro de hidrógeno un candidato para acoger la vida sobre otros planetas.
Se hicieron pocas investigaciones sobre la capacidad que tiene el fluoruro de hidrógeno líquido de disolver y reaccionar con las moléculas no polares. Es posible que un biotopo en un océano de fluoruro de hidrógeno pudiera emplear el flúor como aceptor de electrones (oxidante) para una actividad fotosintética.
El fluoruro de hidrógeno es muy peligroso para los sistemas moleculares de la vida terrestre, pero las parafinas son estables con él. En todo caso, no se conoce cómo las parafinas podrían formar una bioquímica.
Pero la presencia de grandes cantidades de fluoruro de hidrógeno a una escala planetaria, como el agua sobre la Tierra, es dudosa, incluso casi imposible: ciertamente el agua estaría presente, formando una solución de ácido fluorhídrico que cambiaría todas sus propiedades. El hipotético planeta contendría también seguramente silicatos (y otros compuestos minerales) en su corteza, que reaccionarían con el fluoruro de hidrógeno formando compuestos inertes como fluoruros de silicio, en cuanto el fluoruro de hidrógeno estuviera presente, lo que impediría su concentración en gran cantidad en un medio ambiente planetario hipotético.
La abundancia cósmica del flúor es bastante baja, y se fija rápidamente en los compuestos inertes, en las partículas de las nebulosas interestelares, exactamente después de ser expulsado fuera de las estrellas que se mueren, ya que es el elemento más reactivo.
Otros disolventes
A veces se proponen otros disolventes, como la formamida, el metanol, el sulfuro de hidrógeno y el cloruro de hidrógeno. El cloruro de hidrógeno sufre de la baja abundancia cósmica del cloro, mientras que el sulfuro de hidrógeno sufre de su elevada reactividad. Y los dos primeros (la formamida y el metanol) no podrían estar presentes en extensas cantidades a una escala planetaria; solamente habrían podido formar parte de la fisiología interna de los organismos.
Una mezcla de hidrocarburos, como los lagos de metano/etano detectados sobre Titán por la sonda Cassini, podría actuar como disolvente sobre determinado abanico de temperaturas, pero carecería de polaridad.
Isaac Asimov, bioquímico y autor de ciencia ficción, sugirió que los polilípidos pudieran ser un sustituto a las proteínas en un solvente no polar, como el metano o el hidrógeno líquidos. Pero en el estado actual de conocimientos, esta sustitución es muy altamente especulativa, sobre todo teniendo en cuenta que ni siquiera se conoce bien el mecanismo de la aparición de la vida sobre la Tierra.
Se piensa que deben existir en la Galaxia (y el Universo) mundos con mares u océanos de metano o hidrógeno líquidos; se sabe que hay grandes lagos de una mezcla de metano/etano sobre Titán. Las condiciones son las de un frío profundo: hasta -183°C y -259°C para el metano y el hidrógeno respectivamente, lo que conllevaría problemas de enlentecimiento o de bloqueo de las reacciones bioquímicas y de precipitación de los compuestos bioquímicos, incluso más importantes que en el caso del amoníaco líquido a presión atmosférica. Tanto más teniendo en cuenta la baja masa volumétrica de estos líquidos: menos de la mitad de la del agua para el metano líquido, y menor de un 10% de la del agua para el hidrógeno líquido.
Más aún, si bien los mundos cubiertos por hidrocarburos líquidos pueden tener una síntesis de lípidos por la radiación estelar (como quizá sobre Titán), los mundos con hidrógeno líquido no podrían tener tal síntesis, puesto que a las temperaturas del hidrógeno líquido (entre -240 y -259°C) todos los elementos distintos del neón, el helio y el propio hidrógeno son sólidos. Los otros compuestos serían precipitados en forma de polvo, por un ciclo del hidrógeno en un medio ambiente planetario, y se incorporarían en el suelo y el sótano en una ganga de hielos (distintas) dura e inerte.
Se propuso que si hubiera vida sobre Marte, podría emplear una mezcla de agua y peróxido de hidrógeno como su disolvente. Una mezcla del 61,2% (en masa) de agua y peróxido de hidrógeno tiene un punto de congelación de -56,5°C, y tiende también a la sobrefusión antes que a cristalizarse. Es también higroscópico, una ventaja en un ambiente seco.
Véase también
Enlaces externos
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lunes, 27 de febrero de 2012

Materia alienígena en el sistema solar: una incongruencia galáctica

10 de febrero de 2012: Esto acaba de llegar: El sistema solar es diferente del espacio que se encuentra justo fuera de él.
Los investigadores anunciaron el hallazgo en una conferencia de prensa que tuvo lugar el 31 de enero de 2012. El anuncio se basa en datos proporcionados por la nave espacial IBEX (Interstellar Boundary Explorer o Explorador de la Frontera Interestelar, en idioma español), de la NASA, la cual es capaz de tomar muestras del material que fluye hacia el sistema solar desde el espacio interestelar.
"Hemos detectado materia alienígena que ingresó en nuestro sistema solar desde otras partes de la galaxia y, químicamente hablando, no es exactamente igual que lo que encontramos aquí en casa", dice David McComas, quien es el investigador principal del proyecto IBEX, en el Instituto de Investigaciones del Suroeste, ubicado en San Antonio, Texas.
Alien Matter (splash)
Haga clic aquí para ver un video de ScienceCast sobre las mediciones que realizó la nave espacial IBEX de "materia alienígena" en el sistema solar.
Nuestro sistema solar está rodeado por la heliosfera, una burbuja magnética que nos separa del resto de la Vía Láctea. Fuera de la heliosfera se encuentra el reino de las estrellas o "el espacio interestelar". En el interior, está el Sol y todos los planetas. El Sol sopla esta extensa burbuja magnética usando al viento solar para inflar el propio campo magnético del Sol. Eso es algo bueno: la heliosfera ayuda a protegernos de los rayos cósmicos que de lo contrario penetrarían en el sistema solar.
Lanzada en el año 2008, la nave espacial IBEX gira en la órbita terrestre explorando todo el cielo. El truco especial de IBEX es la detección de átomos neutros que se deslizan a través de las defensas magnéticas de la heliosfera. Sin llegar a salir del sistema solar, la nave espacial IBEX puede tomar muestras del exterior de la galaxia.
Los dos primeros años que la nave ha pasado contando estos átomos alienígenas han dado lugar a algunas conclusiones interesantes:
Alien Matter (signup)
"Hemos medido directamente cuatro tipos diferentes de átomos que provienen del espacio interestelar y la composición simplemente no coincide con la que vemos en el sistema solar", dice Eric Christian, quien es un científico de la misión IBEX, en el Centro Goddard para Vuelos Espaciales, en Greenbelt, Maryland.
Entre los cuatro tipos de átomos detectados (H, He, O y Ne), el último, o sea el neón, sirve como una referencia particularmente útil. "El neón es un gas noble, por lo que no reacciona con nada. Y es relativamente abundante, de modo que podemos medirlo con buenas estadísticas", explica McComas.
Utilizando los datos proporcionados por la nave espacial IBEX, el equipo de investigadores comparó la proporción de neón y oxígeno en el interior de la heliosfera con la del exterior de la misma. En una serie de seis artículos científicos que aparecen en la revista Astrophysical Journal, ellos informaron que por cada 20 átomos de neón que hay en el viento galáctico existen 74 átomos de oxígeno. En nuestro propio sistema solar, sin embargo, por cada 20 átomos de neón, hay 111 átomos de oxígeno.
Eso se traduce en una mayor cantidad de oxígeno en cualquier porción determinada del sistema solar que en el espacio interestelar local.
Alien Matter (Voyager, 200px)
Concepto artístico de la sonda Voyager acercándose al borde del sistema solar. [Más información]
¿De dónde viene el oxígeno extra?
"Hay por lo menos dos posibilidades", dice McComas. "O bien el sistema solar evolucionó en una parte separada de la galaxia, más rica en oxígeno que el sitio donde actualmente vivimos, o una gran cantidad crítica de oxígeno que proporciona vida se encuentra atrapada en granos de polvo o en hielos interestelares, los cuales son incapaces de moverse libremente a través del espacio (y, por lo tanto, no pueden ser detectados por la nave espacial IBEX)".
De cualquier manera, esto afecta a los modelos científicos que hablan sobre cómo se formaron nuestro sistema solar y la vida.
"Es un verdadero rompecabezas", afirma el investigador.
Mientras la nave espacial IBEX toma muestras de átomos alienígenas de la órbita de la Tierra, las naves Voyager, de la NASA, han estado viajando hacia el borde de la heliosfera durante casi 40 años y pronto podrían encontrarse en el exterior, mirando hacia adentro. Los investigadores esperan que la nave Voyager 1 salga del sistema solar en los próximos años. Los datos nuevos aportados por IBEX sugieren que las naves Voyager, de hecho, se dirigen hacia una nueva frontera.
Créditos y Contactos
Autor: Dr. Tony Phillips
Funcionaria Responsable de NASA: Ruth Netting
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Traducción al Español: Aurora Hernández Gómez
Editora en Español: Angela Atadía de Borghetti
Formato: Aurora Hernández Gómez
Más información
Cordón gigante descubierto en el borde del sistema solar —Science@NASA
Cordón gigante en los confines del sistema solar: ¿Misterio resuelto? —Ciencia@NASA
Una gran sorpresa desde los límites del sistema solar —Ciencia@NASA
Portal de IBEX —(NASA)
Portal de la misión IBEX —(South West Research Institute o SWRI, por su sigla en idioma inglés, o Instituto de Investigaciones del Suroeste, en idioma español)
IBEX es la más reciente de las series de misiones del Programa de Pequeños Exploradores de la NASA, desarrollados en un corto plazo y con bajo presupuesto. El Instituto de Investigaciones del Suroeste, ubicado en San Antonio, Texas, dirige y desarrolló la misión con un equipo de colaboradores nacionales e internacionales. El Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA, que se encuentra en Greenbelt, Maryland, dirige el Programa Explorers (Exploradores, en idioma español) para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA, ubicado en Washington

Top 10: Weirdest cosmology theories

Could space-time actually be a "superfluid" substance, scattered with whirling vortices? (Image: Forex/Rex Features)
Could space-time actually be a "superfluid" substance, scattered with whirling vortices? (Image: Forex/Rex Features)

Cosmology is one of the most creative and bizarre areas of science. Explore some of the strangest ideas in this exclusive feature

1. Clashing branes

Could our universe be a membrane floating in higher dimensional space, repeatedly smashing into a neighbouring universe? According to an offshoot of string theory called braneworld, there are large extra dimensions of space, and while gravity can reach out into them, we are confined to our own "brane" universe with only three dimensions. Neil Turok of Cambridge University in the UK and Paul Steinhardt of Princeton University in New Jersey, US, have worked out how the big bang could have been sparked when our universe clashed violently with another. These clashes repeat, producing a new big bang every now and then - so if the cyclic universe model is right, the cosmos could be immortal.

2. Evolving universes

When matter is compressed to extreme densities at the centre of a black hole, it might bounce back and create a new baby universe. The laws of physics in the offspring might differ slightly, and at random, from the parent - so universes might evolve, suggests Lee Smolin of the Perimeter Institute in Waterloo, Canada. Universes that make a lot of black holes have a lot of children, so eventually they come to dominate the population of the multiverse. If we live in a typical universe, then it ought to have physical laws and constants that optimise the production of black holes. It is not yet known whether our universe fits the bill.

3. Superfluid space-time

One of the most outlandish new theories of cosmology is that space-time is actually a superfluid substance, flowing with zero friction. Then if the universe is rotating, superfluid spacetime would be scattered with vortices, according to physicists Pawel Mazur of the University of South Carolina and George Chapline at Lawrence Livermore lab in California - and those vortices might have seeded structures such as galaxies. Mazur suggests that our universe might have been born in a collapsing star, where the combination of stellar matter and superfluid space could spawn dark energy, the repulsive force that is accelerating the expansion of the universe.

4. Goldilocks universe

Why does the universe have properties that are "just right" to permit the emergence of life? Tinker with a few physical constants and we would end up with no stars, or no matter, or a universe that lasts only for the blink of an eye. One answer is the anthropic principle: the universe we see has to be hospitable, or we would not be here to observe it. Recently the idea has gained some strength, because the theory of inflation suggests that there may be an infinity of universes out there, and string theory hints that they might have an almost infinite range of different properties and physical laws. But many cosmologists dismiss the anthropic principle as being non-science, because it makes no testable predictions.

5. Gravity reaches out

Dark matter might not really be "stuff" - it could just be a misleading name for the odd behaviour of gravity. The theory called MOND (modified Newtonian dynamics), suggests that gravity does not fade away as quickly as current theories predict. This stronger gravity can fill the role of dark matter, holding together galaxies and clusters that would otherwise fly apart. A new formulation of MOND, consistent with relativity, has rekindled interest in the idea, although it may not fit the pattern of spots in the cosmic microwave background.

6. Cosmic ghost

Three mysteries of modern cosmology could be wrapped up in one ghostly presence. After making an adjustment to Einstein's general theory of relativity, a team of physicists found a strange substance popping out of their new theory, the "ghost condensate". It can produce repulsive gravity to drive cosmic inflation in the big bang, while later on it could generate the more sedate acceleration that is ascribed to dark energy. Moreover, if this slippery substance clumps together, it could form dark matter.

7. It's a small universe

The pattern of spots in the cosmic microwave background has a suspicious deficiency: there are surprisingly few big spots. One possible explanation is that the universe is small - so small that, back when the microwave background was being produced, it just could not hold those big blobs. If so, space would have to wrap around on itself somehow. Possibly the oddest suggestion is that the universe is funnel-shaped, with one narrow end and one flared end like the bell of a trumpet. The bent-back curvature of space in this model would also stretch out any smaller microwave spots from round blobs into the little ellipses that are indeed observed.

8. Fast light

Why do opposite sides of the universe look the same? It's a puzzle because the extremes of today's visible universe should never have been in touch. Even back in the early moments of the big bang, when these areas were much closer together, there wasn't enough time for light - or anything else - to travel from one to another. There was no time for temperature and density to get evened out; and yet they are even. One solution: light used to move much faster. But to make that work could mean a radical overhaul of Einstein's theory of relativity.

9. Sterile neutrinos

Dark matter might be made of the most elusive particles ever imagined - sterile neutrinos. They are hypothetical heavier cousins of ordinary neutrinos and would interact with other matter only through the force of gravity - making them essentially impossible to detect. But they might have the right properties to be "warm" dark matter, buzzing about at speeds of a few kilometres per second, forming the largish dark matter clumps mapped by recent observations. Sterile neutrinos could also help stars and black holes to form in the early universe, and give the kicks that send neutron stars speeding around our galaxy.

10. In the Matrix

Maybe our universe isn't real. Philosopher Nick Bostrom has claimed that we are probably living inside a computer simulation. Assuming it ever becomes possible to simulate consciousness, then presumably future civilisations would try it, probably many times over. Most perceived universes would be simulated ones - so chances are we are in one of them. In that case, perhaps all those cosmological oddities such as dark matter and dark energy are simply patches, stuck on to cover up early inconsistencies in our simulation.

sábado, 25 de febrero de 2012

What is a worldview?


  
Clément Vidal. Center Leo Apostel
Free University of Brussels
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http://clement.vidal.philosophons.com



Abstract:
The first part of this paper proposes a precise definition of what a worldview is,
and why there is a necessity to have one.
The second part suggests how to construct integrated scientific worldviews. For this attempts, three general scientific approaches are proposed: the general systems theory as the endeavor for a universal language for science, a general problem-solving approach and the idea of evolution, broadly construed. We close with some remarks about limitations of scientific worldview.

After all, what could be more important or influential than the way an individual,
a family, a community, a nation, or an entire culture conceptualizes reality? Is
there anything more profound or powerful than the shape and content of human
consciousness and its primary interpretation of the nature of things? When it
comes to the deepest questions about human life and existence, does anything
surpass the final implications of the answers supplied by one's essential
Weltanschauung?  (1)  
……………………………………….
(1)  D. K. Naugle, Worldview: The History of a Concept ( Wm. B. Eerdmans Publishing, 2002), 345.



Introduction
The term worldview (Weltanschauung in German) has a long and fascinating history going back to Kant (2). It has been and is used not only in philosophy, but also among others in theology, anthropology, or in education. David K. Naugle wrote a history of this concept and the above quotation shows its central importance. The term is unfortunately often used without any precise definition behind it.

What is more precisely a worldview? How can we define it? Even inside philosophy, many different definitions have been provided (e.g. by Kant, Hegel, Kierkegaard, Dilthey, Husserl, Jaspers, Heidegger, etc.).

Conducting a systematic historical comparison of the different worldview
definitions is outside the scope of this paper (3) . Instead, we restrict our analysis to a clear and
fruitful definition proposed by Leo Apostel and Jan van der Veken that we will detail in our first section.

The second part of our analysis starts from the fact that many of our profound age-old philosophical questions can nowadays be tackled by scientific means. However, in trying to build a comprehensive worldview, a problem arises, namely that different scientific disciplines use different languages. This gap is especially important when we consider the difference between exact and human sciences. What are the most suitable features of an integrative scientific worldview? How could these features help to fill this gap?

Three general scientific approaches are proposed for this endeavour: systems theory as a universal language for science, a problem-solving approach and the general idea of evolution, broadly construed. We close with some remarks about the limitations of a purely scientific worldview.

The worldview agenda

Leo Apostel
Great philosophers are so because of their ambition to build systems of thought answering a maximum of our deepest philosophical questions. One of the last great attempts was made by Rudolf Carnap. Nowadays, Carnap is almost always quoted in order to be bitterly criticised -and on very strong grounds. However, one of his students, Leo Apostel (1925-1995) kept the same ambition, the same grandeur, without the naive and reductionistic presuppositions of the Vienna Circle. This led him among others to create an interdisciplinary research group, The Worldviews group, and to write a short book together with Jan Van der Veken (4), which can be compared with the manifesto of the Wiener Kreis (5)  .


The difference between the two is that the latter had a recognition it did not deserve, and the former deserves a recognition that it did not have.

What is a worldview?
The two concepts “philosophy” and “worldview” are closely related. Talking about "a philosophy" in its broadest sense refers in fact to a worldview. It is the case for example when we speak about the philosophy of the Inuit or the Maya. Wolters (6) summarized the relationships between worldview and philosophy.

With the definition which will follow, our position tends towards what he calls "worldview crowns philosophy", that is, constructing a worldview is the highest manifestation of philosophy.

The term “worldview” is often used to emphasize a personal and historical point of view. In this sense, the term can have a negative connotation for the philosopher, because philosophy generally claims universal validity, as it has a clear association with rational thought. It is however possible to define the class of philosophical worldviews, as rooted in rationality and thus also aiming at a kind of universal validity. The next subsection will expose six questions which constitute our precise definition of what a worldview is.
Those general philosophical questions are of paramount importance, constituting an enduring philosophical agenda (7).

The agenda defines the range of problems and issues that are addressed by a philosophy. With Rescher (8), we can distinguish between the “procedural agenda”, which is what we call here the worldview questions; and the “substantive agenda”,which consists of the proposed answers to the questions, and are the worldview components.

The components articulated together form a worldview, that we define as a coherent collection of concepts allowing us “to construct a global image of the world, and in this way to understand as many elements of our experience as possible." (9)   

Back to the fundamental questions
In this section we present the six worldview questions. These questions corresponds to the “big”, “eternal”, or “age-old” philosophical questions. . The choice of the questions is motivated in more details in the book by Apostel and Van der Veken (10)  ; also reformulated by Heylighen (11).

We build on those two references for what follows. The traditional philosophical disciplines can be seen as answering these questions, presented in the table 1
below.

Question Philosophical Discipline

Question
Philosophical Discipline
1. What is?
Ontology (model of reality as a whole)

2. Where does it all come from?
Explanation (model of the past)

3. Where are we going?
Prediction (model of the future)

4. What is good and what is evil?
Axiology (theory of values)

5. How should we act?
Praxeology (theory of actions)

6. What is true and what is false?
Epistemology (theory of knowledge)

Table 1: Summary of the worldview questions, with their corresponding traditional philosophical discipline.

1. -The first question is the question of ontology; or a model of reality as a whole. It can be typified with the question "What is?". It encompasses questions like, What is the nature of our world? How is it structured and how does it function? Why is there something rather than nothing? , etc.

2.- The second question explains the first component. Why is the world the way it is, and not different? What kind of global explanatory principles can we put forward? How did the Universe originate? Where does it all come from? The kind of explanation sought here is one in terms of antecedents. Answers to these questions should be able to explain how and why such or such phenomena arose.

3.- The third question is complementary to the second one. Instead of focusing on the past, it focuses on the future. Where are we going to? What will be the fate of life in the Universe? It is about futurology, because this component should give us possible futures, with more or less probable developments.
But the fact that there remain uncertainties, i.e. that there is more than one outcome possible, leaves us with choices to make. Which alternative should we
promote and which one should we avoid? For this, we need values.

4.- The fourth question. How do we evaluate global reality? What should we strive for? What is good and what is evil? What is the meaning of life? Axiology traditionally deals with those questions, including morality, ethics, and aesthetics. The component should give us a direction, a purpose, a set of goals to guide our actions.

5.- The fifth question is about the theory of action, or praxeology. How should we act? What are the general principles according to which we should organize our actions? It would help us to implement plans of action, according to our values, in order to solve practical problems.
It is often said that a philosophy is of no use because it is too far from reality, that it does not give any precise answer to concrete questions. This is often true and a praxeology correctly developed should fill this gap.

6.- The sixth question is about the theory of knowledge (epistemology). How are we to construct our image of this world in such a way that we can come up with answers to questions 1, 2 and 3? How can we acquire knowledge?
The more abstract questions “what are the principles of valid inferences or demonstrations?”, “How can we characterize truth, deduction, existence, necessity, etc. ?” are main issues of logic and philosophy of logic.
We can also relate to this component the problem of language; what language should we use for our purposes of knowledge acquisition, and what are its limitations?

7.-There is in fact a seventh question, which is a meta-question, asking Where do we start in order to answer those questions? It invites us to seek for partial answers found in the history of ideas and civilizations, preferably being aware of their tradition of thought, and their more or less hidden assumptions. This step is important for example to build a world philosophy (12).
More generally, philosophical anthropology and history of philosophy operate at this meta-level, allowing a broader analysis of the evolution of different worldviews.


Examples of different worldviews
To illustrate the worldview components, we will now take four very different examples of worldviews, by considering a scientific and a religious worldview but also the worldview of a bacterium, and of a society (see table 2 below). The scientific and religious worldviews we describe are caricatures. The purpose is not to be accurate in the worldview description, but rather to give some examples of different kinds of worldviews.



a) scientific
(b) religious
(c) bacterium
(d) society
1. Ontology
Materialism, no
God.

Two aspects:
matter/mind.

What it senses at present
Shared cultural
ontology.

2.Explanation
Scientific models
of the Universe,
its evolution
God. Answers in sacred writings.

A kind of memory .
(Which can be the
biochemical state
of the bacterium.)

Explanation for the present society.

3. Prediction
Predictive models
of our world.

A form of life after
death.

Genetically-based
feedback system.

Political plans,
forecasting.

4. Axiology
Very vague. Only
values for
scientific inquiry.

Concrete and fixed values from “sacred writings”. V.g.
10 Commandments

Mainly genetically
determined: find
food; reproduce.

Utopia, political and economical values.

5. Praxeology
No guide for
action.

Some precise and concrete actions proposed.

Move; eat and
digest.

Political actions,
normal people
actions.

6. Epistemology
Interaction
between theory
and observation
to build 1, 2,
3  components

Knowledge comes
primarily from the
“sacred writings”
and from the
religious experience.

Some basic
perceptions.

Information comes
from sociological
transmission of
culture (e.g. Schools, media,  etc.)






Table 2: Examples of four different worldviews with their corresponding components.


It might be surprising that it is indeed possible to analyze the actions and interactions of a bacterium with the worldview model. The question is: what minimal agent can we conceive as having a worldview? A bacterium is a possible candidate.

This is also the opinion of Stuart Kauffman: In my Investigations (Stuart A. Kauffman, Investigations, Oxford University Press, USA, 2000.) I sought to answer this by proposing that a minimal molecular agent is a system that can reproduce itself and carry out at best one work cycle in the thermodynamic sense. I will not go into the ramifications of this, which are puzzling and I hope important. On this account, a bacterium swimming up a glucose gradient and performing work cycles is an agent, and glucose has value and meaning for the bacterium without assuming consciousness. Of course it is natural selection that has achieved this coupling. But teleological language has to start somewhere, and I am willing to place it at the start of life (13).  


Speaking about the worldview of a society may also seem rather far-fetched, if we do not use the metaphor of the society as an organism. Those two extreme examples have however the benefit to show us the limits of the worldview concept. The bacterium as described in the table gives an example of a very primitive worldview, which is in fact more similar to a model than to a worldview.

Now we can wonder, what is the difference between a worldview and a model? A possible answer is that a worldview encompasses everything that is important to an individual, whereas a model describes a specific aspect of a phenomena.

The "worldview of a society" example suggests that, even if a worldview is ultimately carried by an individual, we should also not forget to analyse higher levels of systems or organizations with the relevant analysis at that level. Of course, this higher analysis has to be in fine reintegrated in a worldview of an individual (14).  

This approach in terms of worldviews thus intricately links abstracts philosophical questions, with an individual's personal experience. We do not simply seek the most perfect model of the world; we also want it embodied in individuals, thus providing rules to live and act meaningfully.

Necessity to have a worldview

In the section “The need for philosophy : humans as homo quaerens” Rescher
(15). already argued in details from an evolutionary point of view that humans' strength is in their capacity to acquire and use knowledge of the world.  “We are neither numerous and prolific (like the ant and the termite), nor tough and aggressive (like the shark). Weak and vulnerable creatures, we are constrained to make our evolutionary way in the world by the use of brainpower. ” (16).  

This leads to the practical need to acquire more knowledge, to be able to understand and thus predict features of our world. There is accordingly a need to have a worldview and to improve it.
There are also psychological and sociological needs for a good worldview. Sociological research seems to indicate that the feelings of insecurity and distrust are stronger among the people who least profess belief in a religious or philosophical worldview (17).  

Psychologists researching life satisfaction, on the other hand, have found that having such beliefs increases well- being, by providing a sense of life meaning, feelings of hope and trust, a long-term perspective on life's woes, and a sense of belonging to a larger whole (18).  If philosophy does not answer those questions, other realms of our culture will take advantage of the situation,
and provide answers. These are principally religions, or, much more dangerously, cults, extremist secular ideologies or fundamentalist interpretations of religion spreading irrational beliefs.

We all need a certain worldview, even if it is not made fully explicit, to interact with our world. There is a practical need to have at least an implicit, pre-ontological and for that reason “naive” answer for each of the worldview questions.

Scientific worldviews
A scientific worldview is mainly concerned with modeling the world, that is answering questions 1, 2, and 3 above. Furthermore, two common requirements for a scientific worldview are to provide (a) explanatory power based and verified by (b) observational and experimental support. The requirement of an explanatory power (a) includes for example the ability to make predictions, but also the ability to connect consistently each new
scientific theory to the rest of science. The empirical dimension furthermore requires that the predictions should be formulated in such a way that they can be tested, or falsified (19).  .

For most scientists, this leads to a critical realist worldview, “which believes that
experimental and empirical activity can lead us to truths about nature.”

In the last few decades there has been an explosion of the scientific activity. The total number of papers in scientific journals increases exponentially. Along with this tendency of information overload, new scientific disciplines spread out, leading to more specialization.

The scientific landscape becomes thus more and more fragmented. In this section we address the problem of bridging the different sciences, from a worldview construction perspective. What concepts should we emphasize to build a scientific worldview able to fill the gaps between the different sciences?

Although such a question would deserve much analysis and development, we argue here that three very general scientific approaches are keys for this endeavour; these are: systems theory for an attempt towards a universal language for science; a general problem-solving perspective and evolution broadly construed (20).  

Systems theory as a universal language for science
Is it possible to find a universal language for science? Leibniz is famous for his program towards a universal language for the sciences (scientia universalis), composed by a universal notation (characteristica universalis) and a deductive system (calculus ratiocinator).

However, this is a logical approach which has the benefits of clarity and precision, but has the disadvantage that classical logic does not model directly the time dimension. And our world is in time, we thus need to understand its dynamic.

Dynamical mathematical models have been and are still widely used in science, but they often prove insufficient when dealing with complex systems.

General systems theory and cybernetics aim to propose a universal dynamical language for Science (21).  They provide general modelling tools (e.g. state-space approach) and concepts like system, feedback, black-box, etc. which can be applied equally well in physics, chemistry, biology, psychology, sociology... Those concepts have already proven their strength as they were first successfully used (and are still widely used) in engineering.

Curt Ducasse (22).   criticized the statement that "philosophy is more general than science" by noting that the philosopher does not make explicit the links between the different sciences.

However, this is not true anymore with the help of systems theory, which can provide a common language for the different sciences. This philosophical endeavour to integrate the different sciences can certainly very much progress rigorously by using systems theory.

Traditionally, mathematical models based on physical laws are used to predict the behaviour of a system from a set of parameters, boundary conditions and initial conditions. These models are in fact reductionist and developed with analytical methods (the problem is split in easier subproblems).

However, when the systems become more complex and the number
of interactions increases a simple analytic solution of the mathematical expressions is not possible anymore. Computer simulations can then be used to predict the behavior of complex systems. These simulations are based on a discretisation of space (finite elements methods) and/or time (simulation methods) . It is then possible to run a simulation many times, varying parameters to try to understand a general trend.

Computer simulations are nowadays indispensable for the design of modern systems and structures.

The systems theory and the related modeling techniques and computer simulations are very successful in engineering science. Nevertheless, they have limitations when dealing with non-linear and very complex systems. In case of chaotic systems for instance, the predictability of the behaviour is in practice very limited.

More generally, if mathematical models are not available, a qualitative approach is first suitable. The general problem-solving perspective allows to logically structure and clarify this qualitative approach.


Problem-solving approach
In a system-theoretic and cybernetic perspective, a problem can be defined as a gap which is experienced by an agent from the situation which the agent ideally would like to be in.
A problem is solved by a sequence of actions that reduce the difference between the initial situation and the goal. Eliyahu Goldratt (23).    developed the “theory of constraints" (TOC) providing tools for organizations to achieve their goals.

It allows to map the logical structure of problems, which considerably help to make clear where disagreements appear. Because it is a very general problem-solving toolbox, it could also be applied with great benefit to scientific problems.

Karl Popper already deeply understood the importance of a problem-solving perspective in the rational enquiry: “every rational theory, no matter whether scientific or philosophical, is rational in so far as it tries to solve certain problems.

A theory is comprehensible and reasonable only in its relation to a given problem-situation, and it can be rationally discussed only by discussing this relation.” (24).   [italics by Popper].

Most of our problems have many dimensions, and involve several layers of our “reality”. For example, an ecological problem must often take into account knowledge about chemistry (pesticides, etc.), biology (genetics), climatology, without mentioning political, economical, ethical and philosophical dimensions.

To find a good solution to such a complex problem, the necessary context of the problem has to be taken into account, or what Popper calls the “problem-situation”. There is thus a necessity of a multidisciplinary approach. For more and more problems it becomes very limited if not impossible to restrict oneself to only one discipline or one layer of reality.

When one endorses this problem-solving perspective, the borders between the different sciences fades out. If we have a complex problem to solve, we should use every possible resource at our disposal to tackle the problem. A main difficulty is then to be able to communicate with scientists of other disciplines than of our discipline of origin.

That is why the endeavour of a universal scientific language we outlined above is so important. Even a minimal knowledge in systems theory would already help scientists from very different backgrounds to communicate.

Bridges between exact and human sciences can be constructed or deduced from the endeavour to solve problems at the interface of the two. In this view, the scientific activity can be drew as a map of challenges, or problems (theoretical or practical) being solved or being tackled, instead of a traditional disciplinary map.

Evolutionary theory
The general idea of evolution, which Darwin expressed through the concept of natural selection (variation and selection), has infiltrated almost every field of science. This can be seen from the proliferation of disciplines like “evolutionary psychology” where mental and psychological traits are explained through evolution (25).; the closely related “evolutionary ethics” which focuses on the apparition of moral traits; “evolutionary economics”, which emphasize complex interactions, competition, and resource constraints (26).   ; “evolutionary
epistemology” arguing that knowledge can be seen as a result of a natural selection process (27)  ; “evolutionary computation” inspired by evolutionary processes to design new kinds of algorithms (28) ; “neural Darwinism” in neuroscience also has been proposed to explain the evolution of the brain (29). and even in cosmology a theory of “cosmological natural selection” has been hypothesized (30).   

Evolution has thus largely crossed the border of biological evolution, and can be seen as a general theory of change. For example, complexity theorist Eric Chaisson wrote a history of our cosmos, based on scientific findings, where evolution is its core engine.

He defines it as "any process of formation, growth and change with time, including an accumulation of historical information; in its broadest sense, both developmental and generative change.” (31).   

In fact, we should not be surprised by this situation, since thinking in evolutionary terms simply means thinking with time, and more precisely about how any kind of structures and functions can emerge from interactions occurring in time.

Limitations of scientific worldviews
We should be aware of some limitations of purely scientific worldviews. We saw that the mission of science is traditionally focused on modelling the world, i.e. on answering the worldview questions 1, 2 and 3. We can note that a religious worldview is often weak when attempting to answer those three worldview questions because it is generally more focused on the three others questions (32).   

On the other side, a scientific worldview should also pay attention to integrate the model it constructs with the more philosophical problems involving the nature and meaning of values, actions and knowledge (respectively questions 4, 5 and 6).

Here too those questions are not exclusively philosophical, but it does not matter so much in a problem-solving perspective. Indeed, we saw that there exists a field of “evolutionary ethics” (thus addressing question 4), and “evolutionary epistemology” (addressing question 6) and there is a lot of management literature addressing the question of how to act (question 5).

As Charlie Dunbar Broad noted, we should also clarify the fact that being non-scientific doesn't mean being therefore un-scientific:

We must distinguish between being non-scientific and being un-scientific. What I have admitted is that philosophy is a subject which is almost certainly of its very nature non-scientific. We must not jump from this purely negative statement to the conclusion that it has the positive defect of being unscientific.

The latter term can be properly used only when a subject, which is capable of scientific treatment, is treated in a way which ignores or conflicts with the principles of scientific method. (33).   

Conclusion
We exposed Apostel's definition of a worldview and gave examples of worldviews, arguing that there is an evolutionary, psychological and sociological necessity to have one.

We then proposed three fundamental approaches needed when trying to build an integrated scientific worldview.
First, general systems theory provides concepts that are general enough so that
they constitute an important step towards a universal language for science.

Second, a problem-solving perspective on science allows us to naturally bridge the gaps between sciences, focusing on the problem to solve, using as many scientific resources needed to tackle the challenge at stake. Third, general evolutionary theory (not only biological evolution) allow us to understand how systems change through time.

We closed with some remarks about the limitations of purely scientific worldviews, suggesting that such a scientific worldview should also take into account the related philosophical dimensions of any worldview.

Acknowledgements
I thank Hubert Van Belle and Jan Van der Veken for their stimulating feedback, and Piet Holbrouck for introducing me to the theory of constraints.



CITES

1 D. K. Naugle, Worldview: The History of a Concept (Wm. B. Eerdmans Publishing, 2002), 345.
2 Immanuel Kant, Kritik der Urteilskraft (Critique of Judgment), Ditzingen, Reclam, 1790. part one, book two, section 26.
3 To approach this question, see for e.g. the work of Naugle cited above.
4 L. Apostel and Van der Veken, Wereldbeelden. Van fragmentering naar integratie (DNB/Pelckmans, 1991); Translation: D. Aerts et al., World Views. From fragmentation to integration (VUB Press, 1994), http://www.vub.ac.be/CLEA/pub/books/worldviews.pdf.
5 R. Carnap, H. Hahn, and O. Neurath, Wissenschaftliche Weltauffassung: Der Wiener Kreis, WissenschaftlicheWeltauffassung, Sozialismus und Logischer Empirismus., 1929.
6 “On the Idea of Worldview and Its Relation to Philosophy,” Stained Glass: Worldviews and Social Science (1989): 14-25, http://groups.apu.edu/theophil/Culp/Phil496%20Readings/Optional%20Wolters%20Ideas.pdf.
7 Vidal, C. An Enduring Philosophical Agenda. Worldview Construction as a Philosophical Method, Submitted for publication, 2007. http://cogprints.org/6048/
8 N. Rescher, Philosophical Reasoning: A Study in the Methodology of Philosophizing (Blackwell Publishers, 2001), 33.
9 Apostel and Van der Veken, Wereldbeelden. Van fragmentering naar integratie, 17.
10 Apostel and Van der Veken, Wereldbeelden. Van fragmentering naar integratie.
11 F. Heylighen, “World View,” Principia Cybernetica Web, 2000, http://pespmc1.vub.ac.be/WORLVIEW.html.
12 e.g. Archie J. Bahm, The Philosopher's World Model (Greenwood Press, 1979); Comparative Philosophy: Western, Indian, & Chinese Philosophies Compared, Revised edition. (World Book, 1995); P. Lévy, World philosophie: le marché, le cyberespace, la conscience (Editions Odile Jacob, 2000).
13 Stuart A. Kauffman, Beyond reductionism: Reinventing the Sacred, Zygon, 42(4) 2007, 909.
14 The optimal worldview for each selfish individual (subsystem) will not lead to the optimal outcome for society (system as a whole). Optimizing the outcome for a subsystem will in general not optimize the outcome for the system as a whole. In systems theory this is known as the problem of suboptimization.
15 Rescher, Philosophical Reasoning, 6-10.
16 Ibid., 7.
17 M. Elchardus, Wantrouwen en Onbehagen (Brussels: VUB Press, 1998).
18 D. G. Myers, The pursuit of happiness (Avon Books, 1993).
19 K. R. Popper, The Logic of Scientific Discovery (Routledge, 2002).
20 Other conceptual approaches which could be used to this endeavour are for example: network modelling,
hierarchies, fractals, analogies (carefully used), mathematical models, etc.
21 See for example: L. von Bertalanffy, “General Systems Theory,” New York: Braziller (1968); K. E. Boulding, “General Systems Theory-The Skeleton of Science,” Management Science 2, no. 3 (1956): 197-208, http://pespmc1.vub.ac.be/Books/Boulding.pdf.
22 Philosophy as a Science, Its Matter and Its Method (O. Piest, 1941), chap. 1.
23 Eliyahu M. Goldratt, Jeff Cox, The Goal: A Process of Ongoing Improvement, North River Press, 1984. ;Lisa J. Scheinkopf, Thinking for a Change: Putting the Toc Thinking Processes to Use, CRC Press, 1999.
24 K. R. Popper, “On the status of science and of metaphysics,” Ratio 1, no. 2 (1958): 268-269.
25 e.g. J. H. Barkow, L. Cosmides, and J. Tooby, The Adapted Mind: Evolutionary Psychology and the Generation of Culture (Oxford University Press, USA, 1992).
26 e.g. Boulding, “What is evolutionary economics?,” Journal of Evolutionary Economics 1, no. 1 (March 7, 1991): 9-17, doi:10.1007/BF01202334, http://dx.doi.org/10.1007/BF01202334.
27 e.g. D. T. Campbell, “Evolutionary epistemology,” The Philosophy of Karl Popper 1 (1974): 413-463.
28 e.g. D. B. Fogel, Evolutionary computation: toward a new philosophy of machine intelligence (IEEE Press Piscataway,
NJ, USA, 1995).
29 G. M. Edelman, Neural Darwinism: the theory of neuronal group selection (Basic Books New-York, 1987).
30 L. Smolin, “Did the Universe evolve?,” Classical and Quantum Gravity 9, no. 1 (1992): 173-191.
31 E. J. Chaisson, Cosmic Evolution: The Rise of Complexity in Nature (Harvard University Press, 2001), 232.
32 See table 2 above and Clement Vidal, “An Enduring Philosophical Agenda. Worldview Construction as a
Philosophical Method,” Submitted for publication (February 2007), http://cogprints.org/6048/.
33 C. D. Broad, “Philosophy,” Inquiry I (1958): 103.
32 See table 2 above and Clement Vidal, “An Enduring Philosophical Agenda. Worldview Construction as a
Philosophical Method,” Submitted for publication (February 2007), http://cogprints.org/6048/.
33 C. D. Broad, “Philosophy,” Inquiry I (1958): 103.

Bibliography
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  • Psychology and the Generation of Culture. Oxford: Oxford University Press, 1992
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