A controvérsia sobre a estrutura de bandas eletrônicas do germânio
(pages.cs.wisc.edu)Estrutura de bandas de elétrons alemães
- Resumo: é falsa a alegação de que a resistividade dos elétrons alemães varia exponencialmente com a temperatura. Por meio de modelagem teórica e experimentos, descobriu-se que os equipamentos e os documentos relacionados eram precários.
Introdução
- Elétrons alemães estão confinados em bandas de energia bem definidas, e entre essas bandas existe uma "região proibida" sem portadores de carga. Quando a temperatura aumenta, os elétrons passam de bandas de energia não condutoras para bandas condutoras, provocando mudanças na resistividade. Essa relação aparece de forma exponencial em uma determinada faixa de temperatura.
Procedimento experimental
- Foi escolhido o cristal alemão menos danificado, e fios foram soldados ao cristal. A soldagem foi muito difícil, e os equipamentos do laboratório não funcionavam direito. No fim, foram trazidos equipamentos melhores de outro laboratório para uso. Para controlar a temperatura, o cristal foi preso a uma barra de cobre; uma extremidade da barra foi conectada a uma bobina de aquecimento, e a outra foi colocada em uma garrafa térmica com nitrogênio líquido. No meio do processo, a garrafa térmica começou a vazar.
Resultados
- Dados coletados pessoalmente ao longo de 2 semanas. Não foi possível encontrar dependência exponencial nos dados. Foi desenhada uma curva exponencial sobre os dados, e um programa de computador complexo foi usado para aumentar o ajuste.
Conclusão
- Ter me formado em física foi o maior erro da minha vida. Eu deveria ter estudado ciência da computação.
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Uma das lembranças mais fortes que ficaram da educação científica foi um experimento de medição da aceleração da gravidade na aula de física do ensino médio
A ideia era rolar uma bola de uma carteira da sala, deixá-la cair e, com um cronômetro de relógio de pulso dos anos 1990, iniciar no momento em que a bola começava a cair e parar quando tocava o chão; mas era difícil esperar precisão abaixo de um segundo com os botões daquele tipo de relógio
Naturalmente, os dados ficaram uma bagunça, e, se as barras de erro fossem definidas corretamente, chegariam a incluir 0 ou até valores negativos; mesmo assim, o cálculo deu algo em torno de 6,8 m/s^2, entreguei assim e recebi nota de reprovação
No fim, desde o ensino fundamental a gente aprende que é avaliado não por “relatou honestamente o que observou, dando o melhor de si”, mas por ter produzido o resultado que o avaliador queria; e acho que essa estrutura não desaparece muito bem nem quando se chega ao cargo de professor
Claro que há ótimos professores que valorizam respostas honestamente erradas, mas sinto que é outra questão saber por quantos anos esse idealismo resiste depois disso
Era uma estrutura em que era preciso concluir um experimento para passar ao seguinte e, se você não passasse no experimento, reprovava na disciplina independentemente da nota
No segundo ou terceiro experimento, tínhamos de medir a resposta de um transistor em encapsulamento DIP-8 fornecido, mas, por mais que eu tentasse, não saía uma resposta linear, e o monitor do laboratório insistia que só podia ser um problema de fiação ou do diagrama do circuito, nunca do equipamento
Só depois de 8 semanas de um curso de 10 semanas descobri que aquele DIP não era um transistor, mas sim um temporizador 555 que tinha ido parar misturado; recebi um componente novo, mas era quase impossível terminar 8 semanas de experimentos nas 2 semanas restantes
O professor recomendou trancar e refazer a disciplina, mas, como isso afetaria o cronograma de formatura, no fim aceitei um C- com uma nota de laboratório horrível, porém suficiente para passar, e segui como se nada tivesse acontecido
Como o espaço da resposta não bastava, continuei escrevendo na margem; o professor primeiro marcou como errado, depois como certo, depois de novo como errado, e na reunião com os pais admitiu que a definição em si estava correta, mas que tinha marcado errado porque a explicação adicional o deixou “irritado”
Ele menciona o caso em que, após o experimento da gota de óleo de Millikan, as medições da carga do elétron inicialmente ficaram perto do valor de Millikan e depois foram subindo gradualmente até o valor real; a explicação é que, quando aparecia um valor muito maior que o de Millikan, as pessoas achavam que algo estava errado e procuravam a causa, enquanto valores próximos eram menos questionados
Feynman disse que hoje já aprendemos esses macetes e que essa doença não existe mais, mas acho difícil concordar 100% com essa última frase
https://calteches.library.caltech.edu/51/2/CargoCult.htm
Isso acabou por muito tempo com meu interesse por física, e até a universidade me concentrei mais em biologia
O problema foi que o professor não deixou claro que o critério de avaliação não era o método experimental nem a precisão, mas apenas a exatidão; meu método era preciso, mas inexato, enquanto o método padrão era exato, mas impreciso
Como era meu primeiro ano depois de me transferir, acho que eu também não sabia que a cultura daquela escola não avaliava criatividade da forma a que eu estava acostumado
Era um experimento para medir a constante adiabática dos gases do ar; na época havia tarefas demais, então muitos alunos simplesmente escreveram o relatório e entregaram o valor do livro didático, e isso foi considerado errado
No fim, descobriu-se que o monitor tinha colocado álcool no fundo do frasco de medição de vidro escuro para sabotar o experimento; se você de fato fizesse o experimento, obtinha a constante do “ar com bastante vapor de álcool misturado”, um valor diferente do livro
Aquele valor “errado” era justamente a única prova de que o experimento tinha sido feito corretamente
Entrei na universidade em 1999 e li este texto; foi uma leitura refrescante, como se um estudante mostrasse como era, na prática, a vida de graduação em uma instituição mundialmente famosa
A última frase também acabou se concretizando como uma profecia, e o autor acabou migrando para ciência da computação e concluiu até o doutorado na University of Wisconsin at Madison
https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/
Foi a coisa mais engraçada que li na época, e fico feliz que ele pareça estar bem hoje
Há mais de 20 anos fui monitor em uma disciplina de experimento de fabricação de semicondutores
O trabalho era principalmente incutir nos alunos o terror de que jamais se deve baixar a guarda ao lidar com HF, mas, no fim, havia também uma etapa real de varrer a tensão e medir as características do transistor
Claro, isso só quando eles tinham fabricado um transistor; em alguns casos, na prática, tinham fabricado apenas um resistor desnecessariamente complicado
Eu e os outros monitores circulamos este texto entre nós e achamos realmente engraçado
O trecho “como foi ajustado por um programa de computador complexo, a legitimidade aparente aumenta. Pelo que entendo, o quark top foi descoberto pelo mesmo processo” é engraçado, mas também mais comum do que se imagina
Na minha área, física da matéria condensada ultrarrápida, também era comum racionalizar dados cheios de ruído com “ajuste de curva”, e muitas vezes não se mostravam resíduos nem testes de qualidade do ajuste
Eu me esforcei bastante para tentar mudar meu foco de pesquisa de visão computacional para cálculos de DFT em química quântica, mas hoje me frustra ver como há trabalho demais nessa área feito a portas fechadas
Os artigos parecem contar tudo, menos o jeito de reproduzir com o mínimo de esforço, então dá a impressão de que estão escondendo algo
Muitas vezes os gráficos são feitos no
Origine os artigos escritos no MS Word; como nenhum dos dois tem licença livre, isso dificulta ainda mais a colaboração e a reprodutibilidadeTrabalhei em uma área adjacente e todo mundo fazia isso abertamente; como havia competição por financiamento, o pessoal se preocupava que, se revelasse seus truques, outro grupo pudesse avançar mais rápido
É fácil escrever que fez cálculos de DFT, mas quem já fez esse tipo de simulação ou cálculo sabe que a implementação é muito complicada e envolve muita programação e macetes numéricos
Sem acesso detalhado aos algoritmos, acho extremamente difícil reproduzir
Também fiquei responsável por documentar isso para ensinar às pessoas do laboratório, mas recebi instruções para não publicar, porque outro grupo poderia pegar o método e avançar mais rápido com mais dinheiro e recursos computacionais
É mais uma questão cultural e, pela minha experiência, quanto mais antigo o grupo de pesquisa, menor a probabilidade de ele abrir o software de pesquisa
Na área de simulações baseadas em deep learning, o netket é um bom exemplo de software aberto, e esse pesquisador também é bem ativo nos ecossistemas GitHub/GitLab/Hugging Face
Mesmo recentemente, tentei fazer um gráfico com eixo x quebrado, uma das necessidades básicas nas ciências físicas, e no matplotlib isso exigiu bastante gambiarra
Se a ferramenta é open source ou não, não me importo nem um pouco, desde que a ciência saia correta
Lidar com amostras já é cansativo o bastante; no software de fazer gráficos, quero minimizar o estresse
É preciso uma sensibilidade bem específica para receber este texto curto não como ficção, mas como verdade e como uma piada afiada sobre a física em geral
É honesto e bonito, e a experiência na fronteira experimental deve ser exatamente assim
Reproduzir uma descoberta antiga com equipamentos modernos é fácil, mas é preciso imaginar como foi para as pessoas que descobriram essa propriedade do germânio pela primeira vez
Ferramentas e sondas não conseguem avançar muito mais rápido que a compreensão das áreas relacionadas, e nós continuamos usando o conhecimento científico de ponta para inventar e improvisar ferramentas
Você inevitavelmente passa por períodos assim
Nas últimas semanas venho brigando com um experimento difícil: ele produz resultados reprodutíveis, mas eles não fazem sentido, e nem é uma área em que eu possa descobrir uma física nova por acaso
Curiosamente, ele acabou migrando para ciência da computação
Segundo o CV, obteve doutorado em ciência da computação pela University of Wisconsin, Madison em novembro de 2004, mestrado em maio de 2001 e bacharelado em física pela Stanford University em junho de 1999
https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/cv.html
Depois trabalhou 5 anos na IL&M e parece estar no Google há 14 anos
No fim, acabou mesmo ganhando muito dinheiro: https://www.linkedin.com/in/lucas-kovar-185a3531/
Este texto parece ser de 2000
Pelo menos está preservado no Wayback Machine em https://web.archive.org/web/20001031193257/http://www.cs.wisc.edu/~kovar/hall.html
No fim, ele obteve um doutorado em ciência da computação e hoje, pelo LinkedIn, parece ser Staff SWE no Google
Pelo visto, acabou sentado numa pilha de dinheiro mesmo
Porque foi quando o autor recebeu o bacharelado em física em Stanford: https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/cv.html
Fico curioso sobre a história por trás desse texto
Quero saber que nota ele tirou, ou se foi um desabafo pessoal postado na página dele depois de se afastar totalmente da disciplina, e também se esse projeto foi de fato o gatilho decisivo para ele migrar para ciência da computação
https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/bio.html
Não é importante, mas havia um valor de Last-Modified bastante impressionante nos cabeçalhos HTTP da página
Sun, 26 May 2002 22:33:04 GMTA estrutura do código HTML também combina perfeitamente com aquela época
O texto é divertido, mas alguém precisa dizer
Estrutura de bandas e teoria dos sólidos são uma das áreas mais bonitas da física, e o fato de terem transformado completamente a sociedade que conhecemos é, na verdade, secundário :)