Tan recto como una regla torcida

La buena ciencia experimental requiere precisión. Los investigadores recopilan datos acerca del universo, lo que les permite, usando las más minúsculas desviaciones de longitud de onda, descubrir planetas distantes que orbitan otros soles. Sofisticados detectores identifican pequeñas ondas gravitacionales y escurridizos bosones, mientras que los químicos anticipan reacciones exactas entre compuestos cuidadosamente medidos. Sin medición y observación, se puede decir muy poco acerca del universo

A veces las cosas salen mal, un descubrimiento fascinante se descarta cuando se descubre que está basado en datos incorrectos o en una interpretación errónea de las observaciones. Pero existe esa rara ocasión en la que lo que inicialmente se consideró un error de medición, sorpresivamente emerge como una verdad que cambia un paradigma. La ciencia de los errores de medición está plagada de mediciones erróneas, perturbaciones inesperadas e innumerables sorpresa

Problemas celestiales

Cuando Albert Einstein publicó en 1916 la teoría de la relatividad general, el mundo científico carecía de los medios para demostrar sus predicciones, entre otras la existencia de ondas gravitacionales —ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo generadas por grandes masas aceleradas—. Faltaban décadas antes de que estuvieran disponibles sensores capaces de medir los pequeños cambios gravitacionales creados por los violentos cataclismos cósmicos que caracterizaron el principio del universo y que hubieran probado la teoría. Los científicos no solo necesitaban sensores que fueran lo suficientemente sensibles como para captar señales casi imposibles de detectar, sino también una forma de neutralizar el incesante ruido de fondo en la Tierra, que enmascara las ondas gravitacionales

El Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser, o LIGO, se construyó para resolver este problema. Con un impresionante costo de cientos de millones de dólares, el LIGO se compone de dos enormes interferómetros láser ubicados a miles de kilómetros uno de otro: uno en Hanford, estado de Washington, y el otro en Livingston, Louisiana. Los interferómetros, cada uno con dos brazos de 4 km de longitud y  dispuestos en forma de L, miden cambios diminutos en la trayectoria óptica de un rayo láser que pasa cientos de veces entre espejos a lo largo de los dos brazos. Al pasar, una onda gravitacional estira levemente un brazo mientras acorta el otro, afectando la trayectoria del haz láser en un 1/10.000 del ancho de un protón, causando así un pequeño intervalo entre el tiempo que tarda el rayo láser en recorrer cada brazo y que resulta en un parpadeo de luz que emerge del interferómetro

Vista aérea de LIGO en el estado de Washington. Fuente: Science Photo Library

Esta medida es altamente sensible a las perturbaciones. En julio de 2017, la física Beverly Berger notó una serie de misteriosos ruidos de fondo, detectados en Washington pero no en Louisiana. Aparecía en los datos como un staccato breve de golpecitos débiles, y claramente no eran ondas gravitacionales. ¿Se trataba de un nuevo descubrimiento científico en ciernes? Si no lo era, ¿cómo podría neutralizarse la perturbación

Uno de los micrófonos que el equipo de reducción de ruido colocó en el campo alrededor de las instalaciones de Hanford condujo a Berger a una tubería cubierta de hielo con extrañas marcas, sospechosamente parecidas a las que hubieran dejado los picotazos de un ave de gran tamaño. Una investigación señaló a los culpables: cuervos sedientos del desierto apagaban su sed golpeando el hielo que cubría la tubería congelada, alterando los datos recopilados por los caros detectores. Aislar las tuberías evitó que el agua se congelara sobre ellas y resolvió el problema, y los cuervos dejaron de molestar a los científicos

El 14 de septiembre de 2015, el equipo de LIGO realizó la primera observación directa de las ondulaciones en el espacio-tiempo, cuando detectó una onda gravitacional generada hace 1300 millones de años por la colisión de dos agujeros negros. Desde entonces, LIGO ha identificado varias otras ondas gravitacionales, y en 2017, los científicos Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne recibieron el Premio Nobel de Física por sus contribuciones centrales al desarrollo del detector LIGO y a la observación de ondas gravitacionales

A veces, el simple aislamiento es la solución. Una ilustración de ondas gravitacionales detectadas por LIGO. Fuente: Science Photo Library

El asesino en serie que nunca existió

La evidencia recopilada era abrumadora: las muestras de ADN recolectadas en escenas del crimen en ciudades de Europa central vinculaban a un asesino en serie con una amplia gama de crímenes. No se pudo identificar ningún patrón en los atroces actos, pero los hallazgos claramente implicaban a una mujer en decenas de crímenes durante dos años en Alemania, incluido el homicidio en 2007 de una oficial de policía en la ciudad de Heilbronn en un incidente que también involucró a neonazis, así como otros cinco asesinatos; también en simples robos, atracos y una intrusión en una escuela

La policía alemana ofreció un premio de 300 000 euros a cualquiera que entregase al brutal asesino, apodado por los medios de comunicación "el Fantasma de Heilbronn". Los investigadores estaban desconcertados y se informó que la policía incluso había consultado a videntes y adivinos. Pero todo fue en vano: seguían llegando pruebas contradictorias de las escenas del crimen y algunos testigos dijeron que el autor parecía ser masculino

Tomó casi dos años resolver el caso y revelar la identidad del Fantasma de Heilbronn, aunque no era un criminal asesino. El 26 de marzo de 2009, luego de una larga investigación, la policía alemana admitió que los bastoncillos de algodón que estaban usando para recolectar muestras de ADN en las escenas de los crímenes podrían haber sido contaminadas por una misma empleada de la fábrica austríaca de bastoncillos. La inocente trabajadora había tocado los hisopos con sus manos desnudas, dejando en ellos rastros de su propio ADN. Los hisopos habían sido esterilizados en la fábrica; sin embargo, eproceso de esterilización elimina bacterias, virus y hongos, pero no ADN

Luego de miles de horas de trabajo policial dedicado a perseguir a un fantasma, el caso reavivó el debate acerca de la fiabilidad de las pruebas de ADN en medicina forense y su uso como evidencia condenatoria principal. Sin embargo, una amplia investigación realizada en Stuttgart no encontró ningún rastro de contaminación de hisopos u otras muestras genéticas. El asesino de la oficial de policía de Heilbronn nunca fue encontrado. El arma de fuego de la oficial fue ubicada varios años después en manos de activistas de derecha radicales alemanes

El Fantasma de la Fábrica: Una empleada sin guantes. Un bastoncillo de algodón utilizado para las muestras de ADN. Fotografía: Shutterstock

El ruido que cambió la imagen del Universo

En 1964, Arno Penzias y Robert Wilson, radioastrónomos de los Laboratorios Bell en Nueva Jersey, tenían un problema. La pareja quería usar el radiotelescopio de la compañía para analizar señales de radio de los espacios entre galaxias. Para poder hacerlo, primero tenían que eliminar todas las posibles fuentes de interferencia. Pero el telescopio estaba captando un inexplicable "ruido" de microondas a baja intensidad de una fuente desconocida, que estaba alterando sus observaciones astronómicas

Verificaron minuciosamente todas las fuentes posibles del sonido, desde transmisiones de radio desde Nueva York, hasta palomas anidando en el delicado corazón de la antena. De hecho, Penzias y Wilson capturaron a las palomas y limpiaron cuidadosamente los excrementos acumulados, con la esperanza de que así acabarían con los ruidos de fondo y obtendrían observaciones confiables del espacio

A pesar de todos sus esfuerzos, el ruido persistió. Investigaciones adicionales mostraron que, sin importar hacia dónde apuntaban el telescopio, los sonidos tenían la misma intensidad. Después de agotar cualquier otra explicación posible, solo quedaba una: estas microondas eran un fenómeno real, que requería una explicación científica. Trabajando con el físico y astrónomo Robert Dicke, concluyeron que las ondas eran reliquias del explosivo nacimiento del Universo

El descubrimiento de la radiación de fondo de microondas (CMB) fue la primera fundamentación física de la teoría del Big Bang, según la cual todo el Universo se originó en un solo punto. Este descubrimiento les valió a Penzias y Wilson el Premio Nobel de Física de 1978. James Peebles, uno de los principales teóricos en el campo de la radiación de fondo, fue ganador del premio en 2019

Eso demuestra que no todo ruido es un problema, y que las palomas no siempre son las culpables. Wilson (izquierda) y Penzias, de pie frente a la antena con la que descubrieron la CMB. Fuente: Science Photo Library

Perdido en la traducción

Los errores también pueden surgir de las unidades de medida. Esto es lo que descubrió la NASA en 1999, cuando una multimillonaria sonda espacial robótica perdió el control y desapareció debido a... una discrepancia en las unidades

La Mars Climate Orbiter fue lanzada el 11 de diciembre de 1998 para estudiar el clima y la atmósfera marcianos y servir como un transmisor de comunicaciones para el Mars Polar Lander, el cual estaba previsto que aterrizara en el polo sur del planeta. Después de un viaje de nueve meses desde la Tierra, el 23 de septiembre de 1999, el Orbiter comenzó a descender a Marte, pero se encontró con el planeta a una altitud inferior a la prevista y desapareció. Probablemente se quemó en la delgada atmósfera de Marte y se desintegró, o re-ingresó al espacio heliocéntrico después de abandonar la atmósfera marciana. En cualquier caso, la misión falló

La investigación posterior reveló un vergonzoso error como la causa del fracaso: los comandos de navegación que alimentaban las computadoras del transbordador desde un componente suministrado por la compañía que lo construyó, Lockheed Martin, estaban en unidades de medida imperiales (libra-segundos), mientras que la computadora utilizaba en sus cálculos el sistema métrico (Newton-segundos). El error llevó a la computadora a utilizar incorrectamente los motores del transbordador, colocándolo en una trayectoria que lo acercó demasiado al planeta

En retrospectiva, resultó que al menos dos ingenieros de la NASA identificaron errores en la ruta del transbordador antes de su lanzamiento, pero sus preocupaciones habían sido desestimadas. La mayoría de las tareas del Orbiter fueron finalmente completadas por otra sonda, lanzada en 2005: La Mars Reconnaissance Orbiter, que continúa transmitiendo datos hasta hoy

Las dos Orbiters: La Mars Climate Orbiter (izquierda) y la todavía operativa Mars Reconnaissance Orbiter. Ilustraciones: NASA

Neutralizar los errores

Los errores de cálculo y medición han existido desde que los humanos comenzaron a estudiar metodológicamente el mundo. Cristóbal Colón creía que había llegado a la India porque había calculado que la circunferencia de la Tierra era más pequeña de lo que es realmente, y pasó más de una década antes de que sus sucesores se dieran cuenta de que habían desembarcado en un continente desconocido, hoy llamado América

A lo largo de la historia, los errores han sido la fuente de una amplia variedad de resultados extraños. Se pensaba que las partículas de neutrinos en el experimento OPERA viajaban más rápido que la luz debido a un cable de fibra óptica suelto que había introducido un retraso en el sistema de sincronización; el humo de un (mal) cigarro permitió descubrir el giro de electrones en el famoso experimento Stern-Gerlach; y hay muchos otros ejemplos de este tipo. El método científico generalmente logra filtrar estos errores o al menos corregirlos, pero no es inmune a los problemas y a la debilidad humana. Aún así, los errores también son una fuente de aprendizaje, una mejora de las herramientas de medición y un recordatorio constante de la importancia de mantener un saludable escepticismo