El experimento requiere tres personas: El experimentador (el investigador de la universidad), el "maestro" (el voluntario que leyó el anuncio en el periódico) y el "alumno" (un cómplice del experimentador que se hace pasar por participante en el experimento). El experimentador le explica al participante que tiene que hacer de maestro, y tiene que castigar con descargas eléctricas al alumno cada vez que falle una pregunta.
A continuación, cada uno de los dos participantes escoge un papel de una caja que determinará su rol en el experimento. El cómplice toma su papel y dice haber sido designado como "alumno". El participante voluntario toma el suyo y ve que dice "maestro". En realidad en ambos papeles ponía "maestro" y así se consigue que el voluntario con quien se va a experimentar reciba forzosamente el papel de "maestro".
Separado por un módulo de vidrio del "maestro", el "alumno" se sienta en una especie de silla eléctricay se le ata para "impedir un movimiento excesivo". Se le colocan unos electrodos en su cuerpo con crema "para evitar quemaduras" y se señala que las descargas pueden llegar a ser extremadamente dolorosas pero que no provocarán daños irreversibles. Todo esto lo observa el participante.
A los participantes se les comunicaba que el experimento estaba siendo grabado, para que supieran que no podrían negar a posteriori lo ocurrido.
Se comienza dando tanto al "maestro" como al "alumno" una descarga real de 45 voltios con el fin de que el "maestro" compruebe el dolor del castigo y la sensación desagradable que recibirá su "alumno". Seguidamente el investigador, sentado en el mismo módulo en el que se encuentra el "maestro", proporciona al "maestro" una lista con pares de palabras que ha de enseñar al "alumno". El "maestro" comienza leyendo la lista a éste y tras finalizar le leerá únicamente la primera mitad de los pares de palabras dando al "alumno" cuatro posibles respuestas para cada una de ellas. Éste indicará cuál de estas palabras corresponde con su par leída presionando un botón (del 1 al 4 en función de cuál cree que es la correcta). Si la respuesta es errónea, el "alumno" recibirá del "maestro" una primera descarga de 15 voltios que irá aumentando en intensidad hasta los 30 niveles de descarga existentes, es decir, 450 voltios. Si es correcta, se pasará a la palabra siguiente.
El "maestro" cree que está dando descargas al "alumno" cuando en realidad todo es una simulación. El "alumno" ha sido previamente aleccionado por el investigador para que vaya simulando los efectos de las sucesivas descargas. Así, a medida que el nivel de descarga aumenta, el "alumno" comienza a golpear en el vidrio que lo separa del "maestro" y se queja de su condición de enfermo del corazón, luego aullará de dolor, pedirá el fin del experimento, y finalmente, al alcanzarse los 270 voltios, gritará de agonía. Lo que el participante escucha es en realidad un grabación de gemidos y gritos de dolor. Si el nivel de supuesto dolor alcanza los 300 voltios, el "alumno" dejará de responder a las preguntas y se producirán estertores previos al coma.
Por lo general, cuando los "maestros" alcanzaban los 75 voltios, se ponían nerviosos ante las quejas de dolor de sus "alumnos" y deseaban parar el experimento, pero la férrea autoridad del investigador les hacía continuar. Al llegar a los 135 voltios, muchos de los "maestros" se detenían y se preguntaban el propósito del experimento. Cierto número continuaba asegurando que ellos no se hacían responsables de las posibles consecuencias. Algunos participantes incluso comenzaban a reír nerviosos al oír los gritos de dolor provenientes de su "alumno".
Si el "maestro" expresaba al investigador su deseo de no continuar, éste le indicaba imperativamente y según el grado:
- Continúe, por favor.
- El experimento requiere que usted continúe.
- Es absolutamente esencial que usted continúe.
- Usted no tiene opción alguna. Debe continuar.
Si después de esta última frase el "maestro" se negaba a continuar, se paraba el experimento. Si no, se detenía después de que hubiera administrado el máximo de 450 voltios tres veces seguidas.
En el experimento original, el 65% de los participantes (26 de 40) aplicaron la descarga de 450 voltios, aunque muchos se sentían incómodos al hacerlo. Todo el mundo paró en cierto punto y cuestionó el experimento, algunos incluso dijeron que devolverían el dinero que les habían pagado. Ningún participante se negó rotundamente a aplicar más descargas antes de alcanzar los 300 voltios.
El estudio posterior de los resultados y el análisis de los múltiples tests realizados a los participantes demostraron que los "maestros" con un contexto social más parecido al de su "alumno" paraban el experimento antes.
Además de este proyecto, Milgram realizó otro en el que se utilizaban ratones de experimentación. El experimento consistía en mostrarles la salida a los ratones, dentro de una caja de paredes electrificadas. El ratón entendía que la salida no le beneficiaba y seguía a la próxima pared, para así encontrar la salida. El experimento muestra que el ratón tanto como el ser humano puede ser condicionado con presión para hacer lo que pide el demandante o maestro como en el experimento con alumnos.
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