Conectando el arte y la ciencia: explorando la física integrada

Conectando el arte y la ciencia: explorando la física integrada

Cuerda atada con un nudo

(© Natalia – stock.adobe.com)

El estudio sugiere que 4.000 años de contacto no han mejorado nuestra comprensión de ellos.

Baltimore – Cuando te ataste los zapatos esta mañana, probablemente no prestaste mucha atención a la física involucrada. Después de todo, tejer es algo que los humanos han estado haciendo durante miles de años, posiblemente incluso antes de que domináramos el fuego o inventáramos la rueda. Desde el arte del antiguo Egipto que representa nudos de arrecife alrededor de la cintura, hasta los escaladores de hoy en día asegurando sus líneas de seguridad, los nudos están profundamente entretejidos en el tejido de la civilización humana.

Pero según una nueva investigación de la Universidad Johns Hopkins, el vínculo con nuestra comprensión intuitiva (específicamente, qué tan seguros son) es inusualmente pobre, aunque la distinción debería ser clara.

Descubrimiento inesperado

El nacimiento de esta investigación, publicada en la revista mente abierta, Proviene de una fuente desconocida: la afición de un estudiante de doctorado a hacer manualidades. Shuli Crome, autora principal del estudio, tuvo un momento de «ajá» mientras bordaba.

«La gente hace predicciones todo el tiempo sobre cómo se desarrollará la física del mundo, pero algo sobre el nudo simplemente no tenía sentido para mí», explica Croom. “No es necesario tocar una pila de libros para juzgar su durabilidad. No es necesario sentir la bola de bolos para estimar cuántos bolos lanzará. Pero las lágrimas ponen a prueba nuestros mecanismos de toma de decisiones de maneras interesantes.

El hallazgo fue particularmente sorprendente porque investigaciones anteriores han demostrado que los humanos son sorprendentemente buenos para predecir diversos fenómenos físicos, como si una torre de bloques colapsará o cómo fluirá el líquido alrededor de los obstáculos. Los nudos, al parecer, son diferentes.

Poniendo a prueba nuestro conocimiento del nudo

Para probar su hipótesis sobre la percepción de los nudos, los investigadores seleccionaron cuidadosamente cuatro nudos que proporcionarían una prueba clara de la comprensión intuitiva de las personas. Estos nudos (nudos de arrecife, nudos de ladrón, nudos de abuela y nudos de duelo) tienen una estructura similar, pero difieren dramáticamente en su protección. El nudo del duelo, por ejemplo, es tan inseguro que a menudo se deshace por sí solo, lo que lo hace inadecuado para un uso práctico.

«La gente está horrorizada ante esto», dice el autor Chaz Firestone, que estudia el concepto. “La humanidad lleva miles de años utilizando nudos. No son tan complicados: sólo están llenos de unas cuantas cuerdas. Sin embargo, usted le muestra a la gente imágenes reales de enlaces y les pide que hagan algún juicio sobre cómo funcionan los enlaces y no tienen ni idea.

Resultados sorprendentes

En una serie de cinco experimentos cuidadosamente diseñados, los investigadores dieron a los participantes todas las ventajas posibles para tener éxito. Les mostraron imágenes, modelos generados por computadora, videos rotativos y diagramas detallados que explicaban la estructura de cada nodo.

Sin embargo, en los cuatro experimentos que examinaron la seguridad de los nudos, los participantes obtuvieron consistentemente malos resultados. Con imágenes, eligieron el nudo más seguro sólo el 42,1% de las veces, peor que el azar. El rendimiento siguió siendo deficiente incluso para las representaciones por ordenador (44,8%), vídeos (49,6%) y diagramas (36,9%).

Los investigadores mostraron a los participantes cuatro músculos que eran físicamente idénticos pero tenían distintos grados de fuerza.
Los investigadores mostraron a los participantes cuatro músculos que eran físicamente idénticos pero tenían distintos grados de fuerza. Se pidió a las personas que miraran los vínculos, de dos en dos, y señalaran el más fuerte. El más fuerte es el A, el nudo de arrecife. (Crédito: Khamar Hopkins/Universidad Johns Hopkins)

Cuando los participantes adivinaron correctamente, sus explicaciones indicaron que el éxito no se basaba en la intuición; Señalaron aspectos de los vínculos que no tenían relación con la seguridad real. «Intentamos darle a la gente la mejor oportunidad posible de vivir la experiencia, incluso mostrándoles videos de caminatas conectadas y no ayudó; en todo caso, las respuestas de la gente fueron más que en cualquier otro lugar», señala Croom.

Este nudo es tan simple

Este descubrimiento plantea preguntas interesantes sobre cómo los humanos entienden la física. Muchos investigadores creen que nuestros cerebros tienen un «motor físico» interno, similar al que usan los videojuegos para simular el comportamiento realista de los objetos, que nos ayuda a predecir cómo se comportarán los sistemas físicos. Este motor de física mental suele funcionar bien en escenarios cotidianos, ayudándonos a atrapar pelotas, apilar platos o decidir si los muebles caben por una puerta.

El equipo de investigación sugiere que los objetos no rígidos, como las cuerdas, pueden ser inherentemente más difíciles de razonar para las personas que los objetos rígidos. Incluso nuestra amplia experiencia diaria con nudos (desde cordones de zapatos hasta cables eléctricos) no ayuda a superar esta limitación. Si bien los investigadores solo probaron a no expertos, especulan que los marineros o supervivientes cuyo sustento depende de la seguridad de los nudos pueden tener mejores resultados.

«No podemos tener una idea clara de la estructura interna de un nudo con sólo mirarlo», concluye Crome. «Es un buen estudio de caso de cuántas preguntas abiertas quedan todavía en nuestra capacidad de razonar sobre el medio ambiente».

Mirando hacia adelante

Dado que los conceptos visuales reflejan los atajos y suposiciones que hace nuestro sistema visual, estas «ilusiones de conexión» pueden revelar limitaciones importantes sobre cómo nuestro cerebro modela y predice las interacciones físicas. Así que la próxima vez que te ates los zapatos, aprecia la complejidad escondida en esos simples lazos y cruces. Si bien los humanos han estado estableciendo conexiones durante miles de años, entenderlas es otra conexión completamente diferente, una que nuestra física consciente aún no comprende del todo.

resumen del articulo

método

Los investigadores realizaron cinco experimentos que probaron la capacidad de las personas para juzgar la fuerza de un vínculo. En cada experimento, los participantes vieron pares de nudos y tuvieron que elegir cuál sería más fuerte al tirar de ambos lados. Los nudos se presentaron en diferentes formatos: imágenes (Experimento 1), modelos generados por computadora (Experimento 2), videos rotativos (Experimento 3) y diagramas con imágenes (Experimento 4). Un experimento final probó si los participantes podían relacionar las fotografías adjuntas con sus diagramas correspondientes. El experimento utilizó un diseño de elección forzada de dos alternativas, donde los participantes tenían que elegir un nodo de cada par. Cada nodo se expuso varias veces en diferentes colores y orientaciones para garantizar resultados sólidos.

resultados

En los cuatro experimentos de juicio de poder, los participantes se desempeñaron en o por debajo del nivel de probabilidad (aproximadamente 50% de precisión o peor). En el Experimento 1 con imágenes, los participantes eligieron el nudo fuerte sólo el 42,1% de las veces. El rendimiento siguió siendo deficiente incluso para las representaciones por ordenador (44,8%), vídeos (49,6%) y diagramas (36,9%). Los participantes a menudo mostraron preferencias incorrectas, a menudo calificando el nudo más débil (dolor y abuela) como más fuerte que el nudo realmente más fuerte (arrecife y ladrón). Sin embargo, en el Experimento 5, los participantes mostraron un 92,5% de precisión al hacer coincidir los nudos con sus diagramas, lo que indica que podían ver y comprender la estructura del nudo.

límites

El estudio se centró en un conjunto específico de cuatro nodos relacionados, por lo que es posible que los resultados no sean generalizables a todos los tipos de nodos. Además, aunque los investigadores están probando múltiples métodos de presentación, la evaluación de nudos en el mundo real puede incluir otros factores, como la capacidad de manipular físicamente el nudo. El estudio también utilizó sólo participantes neutrales; Los profesionales como los marineros o los escaladores pueden desempeñarse de manera diferente. Finalmente, el estudio no exploró por qué las personas cometen estos errores frecuentes o qué características específicas les llevan a juzgar mal la fuerza de los nudos.

Discusión y sugerencias

Esta investigación revela una limitación significativa en las capacidades de razonamiento físico humano. Si bien las personas pueden comprender con precisión la estructura de los nudos, les cuesta traducir esa comprensión en predicciones de propiedades físicas como la fuerza. Esto desafía las teorías de que la mente humana tiene la capacidad de crear una física objetiva general. Los hallazgos sugieren que algunos objetos y sistemas cotidianos pueden ser fundamentalmente inconscientes, incluso cuando podemos ver claramente toda la información relevante. Puede ser la forma en que enseñamos conceptos físicos y diseñamos sistemas críticos para la seguridad.

Financiamiento y divulgación

La investigación fue financiada por NSF BCS #2021053 otorgada a Chaz Firestone y una beca de investigación de posgrado de NSF otorgada a Shuli Crome. Los autores declaran no tener conflictos de intereses. Los materiales y datos de estudio están disponibles públicamente a través del marco de Ciencia Abierta.

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