Historias de la ciencia

Ya os he hablado alguna vez de los que amañan datos para otro fin que no es científico, que puede ser la fama o el dinero para las investigaciones, llegando incluso al fraude. Hay un libro que habla de ellos y del que ya os hice una reseña. Quizás el caso más sangrante y famoso de épocas recientes es el del VIH, que también comenté. Hoy quiero poneros un ejemplo de todo lo contrario. Un ejemplo mucho más ético y más científico y que, a buen seguro, encontraréis mucho más curioso.

A veces, un pequeño cambio en un resultado experimental puede significar la validez de una u otra teoría o ninguna de ellas. Os recuerdo que el rigor experimental de Tycho Brahe fue lo que permitió averiguar a Kepler que las órbitas de los planetas alrededor del Sol eran elípticas y no circunferencias y que la minuciosidad de las mediciones de James Bradley le hicieron conocer la nutación de la Tierra.

Por ello, es importante hacer cuadrar al límite los números deducidos de la teoría con los resultados experimentales y de ahí surge el hablar de precisión en las medidas. Hacer bien los experimentos y que coincidan con la teoría es una parte crucial en la ciencia y buscar más precisión forma parte de lo que solemos llamar “rigor científico”.

Una de las cosas que tiene la teoría cuántica y que “no gusta” es que un mismo experimento puede dar resultados diferentes. Por ejemplo, puede ser que el experimento dé como resultado A el 30% de las ocasiones y B el 70%. Esto que hoy es aceptado por la comunidad científica no lo fue de buenas a primeras por algunos físicos. Entre ellos, Albert Einstein, que dejó claro su rechazo con su famosa frase “Dios no juega a los dados”.

Pero no era el único. Dos jóvenes físicos, Otto Stern (el entonces ayudante de Einstein) y Max von Laue, mientras subían al Ütliberg, cerca de Zurich, estrecharon sus manos para hacer un juramento respecto a la mecánica cuántica:

Si esas vaciladas de Bohr resultan ser ciertas, abandonaremos la física.

En fin, las “vaciladas” de Bohr resultaron ser ciertas. Por suerte, ninguno de los dos cumplió su juramento ya que ambos fueron posteriormente galardonados con el premio Nobel. La ciencia hubiera perdido dos grandes hombres.

Nuestro protagonista de hoy es uno de ellos: Otto Stern. Los físicos lo conocen mucho por el famoso experimento Stern-Gerlach. Sería un poco complejo describirlo en profundidad, pero digamos que pone de manifiesto la existencia del spin del electrón.

Rabi decía de Stern que era el modelo de lo que debía ser un científico. Era genial, generoso y nada pretencioso. Tenía “buen gusto” en su física: trataba de encontrar infaliblemente problemas de primera importancia con los que disfrutaba su ingenio. Su aproximación experimental estaba marcada por el estilo y el buen juicio.

Era de estatura media, gordinflón con pelo negro rizado. No tenía un rostro muy atractivo pero tenía una sonrisa radiante y una mirada inteligente. Siempre estaba de buen humor y era muy amable. Si tomarse el pelo es signo de amistad, Pauli y Stern eran grandes amigos. Cuando Pauli era mordiente Stern solía reír bonachonamente.

Habitualmente iba a comer con sus ayudantes. Cuando habían frecuentado un determinado restaurante Stern decía que había encontrado otro con calidad muy superior aunque ligeramente más caro. Al cabo del tiempo otro ligeramente más caro por el mismo motivo y así sucesivamente. Como gozaba de una posición económica desahogada a él no le importaba el precio de la comida pero, en algún momento, un alumno o alguno de sus ayudantes decía que no podía mantener el ritmo y se volvía a empezar en un restaurante barato para repetirse el ciclo posteriormente. A Stern le encantaba todo este trajín.

Cuando su ayudante Otto Frisch se quedaba con él hasta tarde en el laboratorio, Stern le invitaba a cenar en alguno de los mejores restaurantes de Hamburgo (ya podría tomar nota más de un jefe).

Las conversaciones con Stern en las comidas giraban invariablemente en torno a la física o al cine. Y es que el cine le gustaba tanto que a veces veía dos películas en un mismo día. Se quejaba de que ningún periódico de Hamburgo le quisiera dar trabajo como crítico de cine. Decía que hubiera hecho muy bien ese trabajo y que no hubiera querido cobrar nada, pues no lo necesitaba. Bastaba que alguien sacara a relucir el tema de alguna película para que se le iluminaran los ojos, se recostara en el respaldo de la silla y sacara su pipa para conversar.

Cuando Hitler llegó al poder, Stern tuvo que emigrar a Estados Unidos donde vivió hasta pasados los 80 años. La muerte le sorprendió, cómo no, en una butaca de cine.

Un detalle gracioso es que una vez contó a Frisch que él y Einstein visitaban juntos los burdeles locales porque eran tranquilos y relajados y allí se podía discutir de física. Hay que decir que Feynman también resolvía problemas de física en los burdeles, así que tendremos que replantearnos qué es más antiguo, si los burdeles o los problemas de física.

Para que veáis la seriedad y el rigor de los resultados experimentales de este hombre os explico cómo hizo uno de ellos y las vueltas que le dio hasta estar satisfecho.

Ya se había comprobado que un haz de electrones se comporta como un tren de ondas. Eso lo dejó claro de Broglie en 1927. Al chocar con la superficie de un cristal los electrones salen difractados y la difracción es una propiedad de las ondas. A partir de esa difracción se puede medir la longitud de onda de los electrones que debe coincidir (y coincide) con la fórmula de de Broglie.

Bien, esto ya estaba claro para los electrones. La pregunta era: ¿qué pasa con un haz de átomos o moléculas? ¿se difractaría también? ¿tendrían comportamiento ondulatorio? A ello pusieron manos a la obra Stern y su colaborador Immanuel Estermann. Utilizaban átomos de Helio o moléculas de hidrógeno que salían de una bocacha a una velocidad que oscilaba en torno a 1,6 km/s. Stern quería una precisión muy alta: en torno al 1% de error en el resultado; por lo que la velocidad de esas moléculas debía ser conocida con detalle.

Para ello empleó el truco que Fizeau utilizó para medir la velocidad de la luz: se hacía pasar el haz por un disco metálico con unas ciertas ranuras. En el mismo eje del disco estaba otro idéntico a varios centímetros de distancia. Se hacía girar el sistema de los dos discos de manera que los que pasaban por una ranura del primero y una ranura del segundo tuvieran una velocidad determinada que dependía de la velocidad de rotación de los mismos. Los que ellos encargaron y necesitaban tenían nada menos que 400 ranuras. Las  moléculas que llevaban velocidades superiores o inferiores serían paradas por el primer disco o por el segundo:

Conocida la velocidad de las moléculas del haz se hacían incidir sobre cristales, espejos, etc. Todo tipo de experimentos. Al calcular la longitud de onda Stern se dio cuenta que el error experimental respecto a la fórmula de de Broglie estaba en un 3%. La mayoría de físicos hubiera dado como bueno ese resultado, pero Stern no. Había diseñado su aparato con una precisión del 1% y eso no podía ser.

Tanto Stern como Estermann dedicaron días enteros a intentar encontrar la causa del error. Volvieron a hacer todas las mediciones, revisión completa del equipo, etc. Todo estaba bien. Cuando Stern no tuvo otra salida le dijo a Estermann que verificara si las ranuras eran exactamente 400, así que se dedicaron a contar y recontar ranuras durante horas. Resultó que debido a un defecto de fabricación de los discos tenían 408 ranuras en lugar de 400 y esto eliminaba un 2% de la discrepancia, con lo que quedaba la del 1% esperado. Sólo así, Stern quedó satisfecho.

Eso, amigos míos, es rigor científico.

Cuando leí esto, me recordó mucho otra muestra de rigor en las mediciones de otro personaje del que ya os he hablado muchas veces. Me refiero a Henry Cavendish. Os recuerdo que fue quien hizo el experimento necesario para medir la constante de la Gravitación Universal de Newton (y por tanto, la masa y la densidad de la Tierra). Lo hizo de forma asombrosamente precisa; sin embargo, el error experimental siempre está. John Poynting nos cuantificaba el error experimental que cometió Henry Cavendish:

Imaginemos una balanza lo suficientemente grande como para contener en un platillo toda la población de las Islas Británicas, y que se ha colocado en ese platillo a toda la población excepto un muchacho de talla mediana. Entonces, el aumento de peso que se ha de medir sería el equivalente a medir el aumento debido a colocar al muchacho en el platillo con el resto de personas. La precisión de la medición sería equivalente a observar si se ha quitado o no una de sus botas antes de subir al platillo.

Fuentes:
“Eurekas y euforias”, Walter Gratzer
“De la fisión del átomo a la bomba de hidrógeno”, Otto R. Frisch.
“Historia de la Ciencia”, John Gribbin
http://es.wikipedia.org/wiki/Otto_Stern