Las Ondas Gravitacionales y el conflicto de interés

Desmetáfora.
André Marie Ampère.
André Marie Ampère.

¿Por qué los físicos ven en sus experimentos lo que quieren ver?

 

Hay algo fascinante en la ciencia: uno obtiene enormes ganancias de una conjetura conuna insignificante inversión en hechos reales.

Mark Twain

 

El anuncio que hiciera el experimento LIGO de la primera detección directa de ondas gravitacionales en febrero pasado, despertó el entusiasmo de muchos. Sin duda, el esfuerzo, la imaginación y la destreza que representa tal hallazgo justifican la exaltación. Para algunos el anuncio y sus pormenores también despiertan escepticismo.

La misteriosa señal llegó a nuestro planeta el 14 de septiembre a las 5:50 de la mañana —cuando el detector se preparaba para el inicio de la toma de datos, es decir, antes de que comenzara el registro formal programado para el 18 de septiembre—. Los experimentos GEO600 en Hannover, Alemania, y VIRGO, cerca de Pisa en Italia, no estaban operando, por lo que la observación no pudo ser confirmada.

De entonces a la fecha no se ha observado nada.

Las ondas gravitacionales son perturbaciones en el espacio y el tiempo, que hacen que éstos se contraigan y se extiendan como si fueran de plastilina. La distancia entre los objetos se acorta y se alarga para luego recuperar la situación original. Como la distancia, el tiempo también se retarda para luego dilatarse y  después volver a trascurrir, como antes lo hacía del paso de la onda. Si desde la lejanía pudiésemos contemplar el paso de una onda gravitacional gigantesca por donde se encuentra un amigo, veríamos cómo éste, sin caminar, se aproxima a los objetos que lo rodean, y cómo de pronto el tiempo pasa más lentamente para él. Nosotros envejeceríamos mientras él permanece joven. Después veríamos que el tiempo se acelera y entonces envejecería rápidamente, para terminar con el mismo aspecto que nosotros habremos alcanzado cuando estuvimos sujetos al ritmo constante con que transcurre el tiempo fuera de los efectos de la onda.

Sin embargo, la onda gravitacional detectada por LIGO es muy pequeña como para poder realizar la observación descrita. El paso de la onda duró un cuarto de segundo y la contracción del espacio y del tiempo fue apenas perceptible para el inmenso aparato finamente calibrado.

La manera de anunciar el resultado fue peculiar por el nivel especulativo que alcanzó. El artículo en que se anuncia el hallazgo establece que se trata de la emisión provocada por la fusión de dos agujeros negros: uno de 36 y otro de 29 masas solares que se fundieron en uno de 62 masas solares. Esto implica que se debió emitir el equivalente a la masa de 3 soles en ondas gravitacionales.

De esta forma y con tan solo observar un evento en el periodo de pruebas del detector se concluye: la existencia de ondas gravitacionales, la realidad  de agujeros negros y la posibilidad de que éstos se fusionen con la emisión de energías descomunales en el proceso.

Un aspecto que no puede pasar desapercibido es que el personaje más influyente del proyecto es, precisamente, Kip Thorne, un gran físico teórico que ha  calculado con papel y lápiz lo que resulta ser observado en LIGO, de tal manera que es  autor del trabajo experimental donde se cita su trabajo teórico.

Thomas Kuhn decía que las hipótesis teóricas son las que dan forma y hasta determinan el resultado medido. Según esto, la “objetividad” de los resultados experimentales es muy relativo y depende forzosamente del marco teórico que lo sustenta.

Casi todos conocemos a Albert Einstein como el brillante físico autor de la teoría de relatividad especial y general, de la teoría del movimiento browniano y el efecto fotoeléctrico. Éste último lo hizo merecedor del Premio Nobel de Física. Pocos saben que también realizó investigación experimental. Einstein se interesó por muchos temas y uno que vale la pena recordar es el que lo llevó a realizar un experimento para probar la hipótesis de Ampère.

Según André Marie Ampère (1775–1836), los imanes permanentes que todos conocemos deben su campo magnético a la existencia de pequeños lazos de corriente eléctrica dentro del mismo. Estos microscópicos círculos de corriente generan un campo magnético de la misma forma como lo hacen las bobinas cuando las conectamos a la corriente eléctrica.

Albert Einstein se propuso mostrar que esos pequeños lazos de corriente que sugirió  Ampère, no eran otra cosa que los electrones circulando alrededor de los núcleos atómicos.

El modelo de Einstein de los imanes decía que la razón giromagnética debía ser igual a uno.

El experimento de Albert Einstein consistía en colocar un cilindro de fierro no magnetizado en un solenoide. Cuando se hacía pasar  corriente por la bobina los pequeños lazos de corriente que proponía Ampère y buscaba Einstein, se orientaban todos en la misma dirección, haciendo que el momento angular se orientara. Los experimentos eran sencillos en esa época.

Después de repetir el experimento de muchas maneras, el resultado de la medición era justo lo que esperaba Einstein: la razón giromagnética era igual a 1.

Al mismo tiempo, en Estados Unidos Samuel Barnett hacía un experimento muy parecido pero, curiosamente, en el sentido inverso al de Einstein, es decir, Barnett magnetizaba al rotar el cilindro de hierro en lugar de rotar el cilindro magnetizándolo. Con este procedimiento, esencialmente igual, obtuvo la razón giromagnética del electrón que es correcta, es decir, igual a 2.

En 1920 otros midieron con diferentes aparatos, de una y otra forma,  obteniendo el valor que hoy sabemos es el correcto: la razón giromagnetica del electrón es igual a 2.

Luego pasaron quince años y la mecánica cuántica fue capaz de dar una mejor idea de lo que ocurría en el interior del fierro. La predicción teórica  fue en contra del resultado obtenido por Einstein y en favor de la medición de Barnett y muchos otros.

¿Qué fue lo que pasó? ¿Por qué Einstein solo pudo ver lo que quería ver?

En el libro ¿Como terminan los experimentos?, de Peter Galison, se da una buena explicación de lo ocurrido:

Obviamente, las expectativas teóricas juegan un papel importante al momento de decir la conclusión de un experimento,  ¿pero, cómo? Entre las explicaciones más destacadas sobre la manera como la predisposición teórica influye en los resultados experimentales está la que da Thomas Kuhn. Él argumenta que las mediciones necesarias para probar nuevas teorías afectan fenómenos al límite de las capacidades experimentales. Como resultado, el error aleatorio es muy grande en relación con el tamaño de los efectos que se busca medir. Esto deja abierta la posibilidad para que experimentalistas y teóricos interpreten los resultados necesariamente  ambiguos como confirmación de su teoría preferida. Con la disponibilidad de técnicas de  mediciones más precisas estos mismos resultados podrían fácilmente confirmar la teoría opuesta”. 

La historia de Einstein y la observación del resultado que quería ver, aun cuando otros veían el correcto, no es único en la historia de las ciencias. 

La subjetividad en la ciencia no necesariamente implica falta de rigor. Existen métodos de análisis que permiten incorporar información previa, o prejuicio, con una metodología lógica. Estos permiten asimilar datos nuevos de una manera cuantitativa y probabilística. Es una manera educada de tomar en cuenta los sesgos que induce un prejuicio. Como ésta, hay otras herramientas que facilitan el uso de la información subjetiva. 

Contrario a lo que muchos piensan, la subjetividad  tiene un papel importante en la actividad científica donde representa una ventaja al momento de generar hipótesis y buscar explicaciones. Los científicos son conscientes de lo inevitable de los prejuicios y por eso han desarrollado métodos para cuantificar y reducir sus efectos. 

La detección de ondas gravitacionales podría ser uno de esos casos en la historia de la ciencia en que el deseo de ver lo que se busca supera la capacidad real de los aparatos. Ojalá que no.   

La confirmación del mismo experimento y de otros nos mostrará que ese no fue el caso. Después de todo, la reproducibilidad de los experimentos otorga objetividad a los resultados científicos. Lo que esto quiere decir en el caso del descubrimiento más elocuente sobre la naturaleza del espacio–tiempo es que hay que dar tiempo al tiempo.