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ERROR DE EXPECTACION EN FISICA | Votar

ERROR  DE  EXPECTACIÓN EN  FÍSICA

 

 

por  José  Alvarez  López

 

En psicología experimental es bien conocida la existencia del llamado “error de expectación” o sea la tendencia de las personas a dejarse influir, al efectuar una medida, por la idea previa que tienen acerca de lo que se está midiendo.

 

El ejemplo más simple de este fenómeno psicológico es aquél en que se pide a varias personas que midan la longitud de una misma mesa con un mismo metro. A cada persona se le informa, por separado, acerca de la longitud aproximada de la mesa, pero en cada caso la información está falseada en más o en menos. El resultado final es que los errores que cometen las diversas personas están determinados por el error de información que se les suministró. O sea que dichas personas son inducidas a error por la idea previa que tienen acerca de lo que hay que medir.

 

Hasta ahora este pequeño capítulo de la psicología experimental no ha tenido mucha repercusión en el propio campo de la psicología y mucho menos en el campo de la física, en donde nadie se le ha ocurrido pensar que el error de expectación juegue un rol tan importante que, puede afirmarse, el conjunto de la investigación científica está afectado por este tipo de error.

 

El efecto típico de esta clase de error en la física lo tenemos en la observada variación secular de la velocidad de la luz que, como ha sido señalado, disminuye progresivamente con los años. Es posible explicar (de Bray, Dive) este descenso en la determinación de la velocidad de la luz como debido a una variación real en la velocidad del agente natural —es decir, que la luz se movería cada vez con mayor lentitud— pero en mi opinión se trata de un auténtico error de expectación producido por la resistencia presentada por los experimentadores para desprenderse de los valores sumamente elevados obtenidos en las primeras mediciones:

 

VARIACIONES DE LA VELOCIDAD DE LA LUZ

 

 

AUTOR               AÑO          VELOCIDAD

......................................................................

 

            Fizeau                         1849                           315.300

            Varios                        (1872-1882)                300.065

            Perrotin                      (1900-1902)                299.902

            Michelson                  1924                           299.802

            Michelson                  1926                           299.796

            Michelson                  1928                           299.778

            Mich, Pease y

Pearson                      1933                           299.774

Anderson                   1937                           299.771

 

.................oooooooo.................

 

La simple inspección de estas cifras no deja lugar a ninguna duda sobre la existencia de una disminución permanente de los valores.

 

La primera medición de Fizeau, muy elevada y con grandes errores, es seguida durante el decenio 1872-1882 por diez mediciones que dan un promedio igualmente elevado. Siguen tres valores obtenidos por el físico francés Perrotin y cuyo promedio exponemos en la tabla. Después sigue el curioso y sistemático descenso de las propias determinaciones de Michelson y colaboradores y la medida de Anderson igualmente en línea descendente.

 

¿Error de expectación? ¿Descenso real de la velocidad de la luz? Digamos simplemente, que algo similar se observa con la Constante de Gravitación.

 

Un caso particularmente interesante de este género de error psicológico lo descubriremos al observar la evolución de las mediciones de la “segunda constante espectral”. En 1914 W. W. Coblentz, como resultado de cuidadosas medidas llegó a la conclusión de que el valor exacto de la segunda constante era:

 

C2  = 1,4456 cm. grad.

 

 

Posteriormente, el refinamiento de ciertas mediciones vinculadas al cálculo de la constante de Planck permitió obtener, en forma indirecta o sea por cálculo teórico, un valor de:

 

C2  = 1,4318

 

Ello obligó a diversos investigadores a revisar sus medidas y descubrieron varios errores, no tenidos en cuenta hasta entonces, que fueron corregidos para llegar así al valor (experimental):

 

1,4318 cm. grad.

 

Vale decir exactamente igual, en todas sus cifras, al calculado teóricamente.

 

Otros investigadores obtuvieron para esa fecha (1922) valores coincidentes con estas últimas cifras y por ello Birge (1929) fijó en el valor 1,4318 la cifra más aceptable para la segunda constante espectral.

 

Pero ocurrió lo imprevisto: Hacia el año 1940 se descubrió que el cálculo, por Millikan, de la carga electrónica (designada con la letra e) estaba equivocado y, por lo tanto, el cálculo de la constante de Planck también lo estaba.

 

El valor tomado para la viscosidad del aire originó el error sistemático de las mediciones de Millikan y hubieron de ser adoptadas, como valor de e, las cifras determinadas en base al límite de frecuencia de los Rayos X, hasta entonces tenidas muy elevadas.

 

Como consecuencia de todo ello el valor (calculado) de C2  debió elevarse, de nuevo a:

 

C2   1,4364.

 

Se planteaba así el problema: ¿Volverían los experimentadores, revisando sus trabajos, a descubrir nuevas fuentes de error que les permitieran retomar a los primitivos valores?

 

Aunque parezca mentira así ocurrió. En 1947 Van Dussen, sobre la base de las comparaciones de luminosidad del cuerpo negro a la temperatura del Ni y el Co en fusión, han determinado como valor (experimental) la cifra:

 

C  = 1,4380 cm. grad.

 

Vale decir que los experimentadores siempre se dan maña para obtener los valores exactos que la teoría les indica.  Es por ello evidente que sin este episodio del cálculo errado de la carga electrónica nunca hubiera salido a  la luz la existencia de los errores de expectación en física moderna.

 

Esta anomalía histórica tuvo, además, otras saludables repercusiones como por ejemplo la liquidación de numerosas teorías que hasta el momento de la rectificación gozaron de gran predicamento, como, por ejemplo, la determinación por Perless de la relación protón-electrón; la determinación por Simonoff de la constante de la gravitación de Newton y sobre todo de la famosa Teoría Fundamental de Eddington —una ambiciosa especulación tendiente a convertir toda la física en filosofía— que después de estas vicisitudes cayó en el olvido.

 

Pero no debemos dejar de lado el detalle íntimamente humano que presidió todo el episodio: Millikan puso demasiada confianza en los valores de la viscosidad del aire obtenidas por su amigo Harrington de la Universidad de Chicago. Lo que prueba que también en física una excesiva confianza en los amigos puede traer deplorables consecuencias.

 

Pasaré ahora a relatar otras repercusiones del episodio que menciono, refiriéndome a la “constante de Stefan” y en donde la cuestión adquiere contornos realmente dramáticos ya que en asociación con estas variaciones psicológicas de las determinaciones experimentales entra en juego la propia validez de la ley de radiación de Planck. En efecto, en 1928 L. Strum observó que la diferencia entre los valores medidos de la constante de Stefan y los calculados por la ley de Planck, era superior a todo error experimental y, por lo tanto, debía atribuirse la diferencia a inoperancia de la ley de radiación de Planck. Pero veamos en cifras el desarrollo de los hechos.

 

Hoffman (1923) y Kussman (1924) habían arribado, experimentalmente a los valores respectivos de la constante de Stefan:

 

Hoffman         =  (5,764 + 0,052)

Kussman        =  (5,795 + 0,01)

 

Todo en unidades 10-5  erg. cm -2. seg--1. grad-4.

 

En el “Handbuch der Physik”, sobre la base de estos valores y el análisis de los errores experimentales, Ladenburg aceptó como valor más probable, siempre en las mismas unidades:

 

= (5,77 + 0,06)

 

Ahora bien, el cálculo teórico de la constante de Stefan, sobre la base de la integración para toda frecuencia de la ley diferencial de Planck, arrojaba el valor:

 

= (5,7139 + 0,006)

 

Se mostraba, de este modo, una diferencia imputable únicamente —sobre la base de la teoría de errores— a la ley de Planck. Para esta época parecían confirmarse las determinaciones de Coblentz que obtenía experimentalmente para la constante de Stefan:

 

= (5,737 + 0,011)

 

La explicación que daba Coblentz parecía convincente: Los investigadores alemanes (Hoffman y Kussman) habían corregido indebidamente el poder absorbente del receptor. Un hecho importante vino a confirmar el cálculo de Birge: pues Hoare, utilizando una radio-balanza de Callender había obtenido para la constante de Stefan:

 

= (5,735 + 0,016)

 

Y con este método no era necesaria la corrección del receptor. La notable identidad del valor de Hoare con el de Birge era un punto final para toda duda en torno a la validez definitiva de la ley de Planck. Las dudas de Strum quedaban disipadas.

 

Pero el destino preparaba una celada a este feliz connubio de la teoría y la experimentación. Cuando sobrevino el desaste de la carga electrónica todas estas cifras quedaron en el aire. Con el nuevo valor para la carga electrónica las cifras para la constante de Stefan quedaban fuera del alcance de las correcciones experimentales posibles.

 

El nuevo valor obtenido  (  = 5,6728 + 0,03) quedaba tan por debajo de los valores de Coblentz (5,735) que no había vías de arreglo para este nuevo divorcio entre práctica y teoría.

 

Vista la situación desde el punto de vista del “error de expectación” aparece con claridad que las cifras de Hoare, Coblentz y Birge carecen de todo significado físico y deben ser aceptadas las cifras de los experimentadores alemanes Hoffman y Kussman. Pero en tal caso la famosa ley de radiación de Planck no tiene ningún sentido real. Esto no podrá ser aceptado por ningún físico moderno, por ello la única solución es ignorar todos los valores experimentales y aceptar como cifra para la constante de Stefan el valor teórico 5, 6728. Esto es lo que en efecto, han hecho los físicos y cualquier lector podrá, consultando un manual, descubrir que este valor teórico aparece reconocido universalmente como el “valor medio” de la constante de Stefan.

 

Como reconocerá cualquier lector, esto no tiene nada que ver con la metodología que preconiza Galileo de dar siempre preeminencia a la experimentación sobre la teoría. Pero, aparentemente, ello tiene sin cuidado a los físicos modernos.

 

Los casos anteriormente analizados habrán de llamar la atención de las personas no especializadas en física desde que involucran una abierta irregularidad en los procedimientos de medición aplicados en la ciencia física. Ha quedado, por otra parte, perfectamente documentada la influencia del “error de expectación” en las mediciones físicas. Pero el caso que voy a considerar a continuación todavía sobrepasa en espectacularidad a los anteriores.

 

Me refiero a la determinación de la masa electrónica en el interior de los metales efectuada por Barnett en 1930 en el Instituto Tecnológico de California. Esta determinación de la “inercia de la electricidad” fue propuesta por Maxwell hacia 1862 pues la consideraba una condición sine qua non para la aceptación de sus ecuaciones del electromagnetismo. El propio Maxwell (1873) intentó realizar las experiencias pero debido a la sutileza de los fenómenos no pudo hacerlo.

 

Posteriormente otros investigadores —entre ellos Sir Oliver Lodge (1892) famoso por sus investigaciones en Metapsíquica— trataron de realizar estos importantes experimentos pero sin resultado concreto. No fue sino hasta 1930 que Barnett creyó haberlo logrado. De hecho las consecuencias del experimento de Barnett —y el propio efecto Barnett— quedaron incorporadas a las teorías físicas.

 

El método empleado por Barnett consistía en observar las vibraciones de una bobina por el movimiento de un rayo de luz reflejado en un espejo. Vale decir un procedimiento muy primitivo que fue superado en mi laboratorio, junto con mis ayudantes, mediante el diseño y puesto en marcha de un “micrómetro heterodino” de una sensibilidad un millón de veces superior a la del espejismo tradicional y con la riqueza de recursos técnicos derivados de la posibilidad de tener además, la descripción de la fase y frecuencia del fenómeno, cosa, repito, imposible con el sistema óptico de observación de movimientos.

 

Con este dispositivo sobre la investigación del Efecto Barnett, en mi laboratorio, se llegó a la sorprendente constatación de que los electrones metálicos están desprovistos de masa y, por tanto, son entidades inmateriales.

 

Planteado el problema desde el punto de vista del error de expectación esta cuestión no puede ser más interesante, porque ¿cómo es posible que Barnett obtuviera por error el valor de la masa electrónica con cuatro cifras exactas? Por añadidura las cifras exactas que Barnett, antes de hacer el experimento, sabía que tenía que obtener.

 

Este es un caso extremo de error de expectación que muestra que los físicos pueden llegar a medir con 0,1 % de error, fenómenos que no existen.

 

No creo que ningún lector pensará que esta cuestión del error de expectación en física se reduzca a los pocos casos aquí presentados. Se hace evidente, por una simple inferencia lógica, que tal tipo de error debe estar también involucrado, en mayor o menor medida, en todas las operaciones métricas de laboratorio; con lo cual se impone la necesidad de una amplia revisión psicológica de todo el material físico acumulado hasta el momento.

 

En cuanto a las posibles soluciones que permitirán eliminar el error de expectación cabría sugerir la conveniencia de que el físico no conozca el valor que tiene que obtener. En este sentido hay un antecedente histórico bien concreto:

 

Cuando el Califa Al Mammun ben Harum Al Raschid (de la dinastía Abasida rival a muerte —y muchas— de la dinastía Omeya de España) se decidió a efectuar la medición del grado terrestre, nombró dos comisiones de astrónomos: una que haría la determinación hacia el Este y la otra hacia el Oeste, pero por separado y sin ningún contacto entre sí. Se justifica la hábil estratagema de este Califa (hijo del famoso Califa de las “Mil y Una Noches”) si se piensa en situaciones similares en la ciencia antigua, pero técnicas como éstas no son en modo alguno aplicables en la física moderna.

 

De ahí que el problema se presente como un verdadero callejón sin salida.

 

 

........................0000000000000.......................

 

 



Subido por Alejandra Correas Vázquez
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