A natureza da ciência Alexandre Bagdonas Henrique

Objetivos Através de exemplos da História da Astronomia, discutir a nossa visão da ciência Senso comum da ciência Grécia antiga Galileu Francis Bacon: Indução David Hume: Críticas à indução Karl Popper: Falsificacionismo A Revolução Copernicana Filósofos contemporâneos

Senso comum da ciência Conhecimento científico é provado Teorias são derivadas rigorosamente dos dados experimentais, obtidas através de informações sensoriais Ciência é objetiva, e, portanto, confiável

Grécia antiga Conhecimento obtido pelas observações não é confiável Muito progresso em filosofia e matemática, mas avanço reduzido em ciências empíricas Filosofia de Aristóteles (séc.IV ac) ainda é estudada, mas sua Física é pouco conhecida

Aristóteles (384-322 a.C.) Discípulo de Platão e tutor de Alexandre o Grande Estudou política, metafísica, psicologia, lógica, poesia... Biologia e física Referências aos pré-socráticos

Elementos de Empédocles Proporções dos elementos determinam propriedades das substâncias Movimentos além dos naturais pressupõem uma causa

Duas físicas Região sublunar Região sobrelunar Mudança, criação e destruição Da Terra até a órbita da Lua Região sobrelunar Caráter ordenado e regular Estrelas são o limite externo do universo: inexistência de espaços vazios Éter: meio com propensão natural a mover-se ao redor do centro do universo em círculos perfeitos

Universo aristotélico Neste sistema, tudo gira em torno da Terra

Ptolomeu (séc. II dC) Sistema astronômico Geocêntrico Lua Terra Vênus Sol Marte Estrelas Fixas

Geocentrismo Epiciclos Visão de mundo dominante nos próximos séculos

Copérnico (1473-1543) Sistema Heliocêntrico

Galileu (1564-1642) Mudança de atitude ao fazer ciência baseando-se em observações Aceita-se os dados experimentais como verdade, então se constrói uma teoria que os explique Telescópio: embate entre escritos aristotélicos e a Bíblia e as observações

Observações de Galileu Fases de Vênus Luas de Júpiter Crateras na Lua

Primeiras Observações - Como tudo começou ... 7 de Janeiro de 1610

Primeiras Observações - Como tudo começou ... 12 de Janeiro de 1610

Primeiras Observações - Como tudo começou ... 13 de Janeiro de 1610

Primeiras Observações - Como tudo começou ... 14 de Janeiro de 1610

Polêmica Por que observação com telescópio é preferível a olho nu? Teoria óptica: Kepler (contemporâneo), que projetou sistema astronômico Apontar para objetos terrestres Desenho de Galileu contém crateras inexistentes

Francis Bacon (1561-1626) Formulou princípios da indução científica Desde então sua teoria vem sendo modificada e aperfeiçoada Ainda hoje há filósofos indutivistas

Indutivismo Observação com órgãos dos sentidos normais, é registro fiel, isento de preconceitos Observações geram afirmações singulares Ex: Uma pedra caiu no chão quando solta A ciência é feita de afirmações universais Ex: Existe uma força de atração entre todos os corpos materiais. Indução: Obtenção, a partir de uma série finita de proposições de observação, de uma lei universal

Indução Número de observações deve ser grande Observações devem ser repetidas sob uma ampla variedade de condições Nenhuma observação deve conflitar com a lei universal Ex: barra metálica aquecida

FATOS ADQUIRIDOS PELA OBSERVAÇÃO PREVISÕES E EXPLICAÇÕES LEIS E TEORIAS Indução Dedução FATOS ADQUIRIDOS PELA OBSERVAÇÃO PREVISÕES E EXPLICAÇÕES Ex: Newton e a maçã

Críticas ao Indutivismo David Hume (1711-1776) Como justificar o princípio da indução? Lógica? É possível chegar a uma conclusão falsa obtida indutivamente a partir de premissas verdadeiras Ex: Todos os corvos são pretos Experiência? Trata-se de uma argumentação circular

Mais críticas ao Indutivismo Ciência começa com observação Observação é uma base segura

Observações imparciais Observações dependem da experiência, formação cultural, expectativas, etc. do observador

Dependência da teoria Proposições de observação pressupõem teorias, e podem ser falsas Quanto mais rigoroso for o teste de uma proposição, mais teoria é necessária Ex: Giz

Falsificacionismo Karl Popper (1902-1994). Observações são orientadas pela teoria Teorias não podem ser provadas, são apenas tentativas. Uma vez propostas, as teorias devem ser testadas pelas observações, podendo ser falsificáveis Quanto mais falsificável uma teoria, melhor ela é

Base lógica: é possível deduzir a partir de proposições singulares, que uma teoria é falsa Ex: Um corvo que não era preto foi visto. Logo, nem todos os corvos são pretos Modificações “ad hoc” Acréscimos de postulados para proteger teorias de falsificações potenciais que não tenham conseqüências testáveis devem ser eliminados Ex: Galileu vs. Aristóteles, crateras da Lua

A revolução copernicana Argumentos a favor: Planetas interiores sempre próximos ao Sol

Laçadas planetárias Geocêntrico

Laçadas planetárias Heliocêntrico

Argumentos contrários Corpos jogados de cima de uma torre Corpos deveriam cair da Terra em rotação Movimento da Lua

Paralaxe Paralaxe de Marte Paralaxe Estelar

A mecânica de Galileu Iniciou bases de uma nova mecânica que substituiu a Aristotélica Lei circular da inércia, movimento circular uniforme Defesa de Copérnico: argumento da Torre

Newton (1643-1727) Força como causa dos movimentos Inércia linear Gravitação Explicou porque corpos não caem da Terra Unificação da física celeste e terrestre

Limitações do Falsificacionismo A aceitação de teorias é sempre tentativa, mas a rejeição de teorias pode ser decisiva Proposições de observação são falíveis. Num choque entre teoria e observação, a observação pode estar errada Ex: fases de Vênus e Copérnico, Lua no horizonte Inadequação histórica: muitas teorias boas teriam sido descartadas no começo Ex: Copérnico, Newton

Filosofia da Ciência Visão do senso comum da ciência é ingênua Importância da história no ensino Ensino só trata das teorias "vencedoras", dando uma visão errada sobre a natureza da ciência. Filósofos contemporâneos Thomas Kuhn Lakatos Feyerabend

Referências Chalmers, A. F., O que é ciência afinal? Jennings, B. K., On the Nature of Science (http://arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0607/0607241.pdf) Agradecimentos Adalberto e Eder (antigos monitores) Profa. Cibelle Prof. Djalma

EXTRAS

Teorias não podem ser falsificadas Complexidade das situações de teste reais Previsão de uma teoria envolve muitas premissas Caso a previsão se revele falsa, não é fácil descobrir qual das premissas é falsa.

Ceticismo Hume adotou uma postura cética: já que a indução não pode ser justificada, então a ciência não pode ser justificada racionalmente. Crenças em leis e teorias são hábitos psicológicos adquiridos pelas observações repetidas

Indutivistas modernos Não são adeptos de que a ciência começa com a observação Indução serve para justificar ou avaliar métodos científicos Criação de teorias envolve inspiração, acidentes ou mesmo séries de observações e cálculos. Ex: maçã de Newton, raios X e Kepler Atos criativos que desafiam a lógica, estariam fora do escopo da filosofia da ciência

Falsificabilidade como critério Hipóteses científicas devem ser falsificáveis para serem científicas Ex: Ou está chovendo ou não está. Todos os pontos pontos num círculo euclidiano são equidistantes do centro. A sorte é possível na especulação esportiva. Teoria da história de Marx, psicologia de Freud e Adler Quanto mais falsificável uma teoria, melhor ela é

Falsificacionismo e progresso A ciência progride por tentativa e erro. Não se pode dizer que uma teoria é verdadeira, mas sim que é a melhor possível Comparação entre hipóteses: hipótese deve ser mais falsificável que a que ela quer substituir Avanços significativos: “Confirmação” de conjecturas audaciosas Falsificação de conjecturas cautelosas Ex: Netuno, sólidos de Kepler

Teorias não podem ser falsificadas Complexidade das situações de teste reais Previsão de uma teoria envolve muitas premissas Caso a previsão se revele falsa, não é fácil descobrir qual das premissas é falsa. Ex: Netuno, Tycho Brahe e a paralaxe

Um exemplo Lakatos É observado um desvio na órbita prevista pelas leis de Newton de um planeta p Hipótese: existe um planeta desconhecido p´, que é pequeno demais para ser observado Contrução de telescópio mais avançado Hipótese 2: nuvem de gás e poeira Construção de satélite Hipótese 3: Campo eletromagnético

Thomas Kuhn (1929-1996) Tanto indutivismo quanto falsificacionismo são inadequados em bases históricas Formado em Física, mas passou a estudar filosofia e história da ciência Segunda Guerra Mundial: desprezo pelas ciências humanas

Progresso da ciência Pré-ciência Ciência normal Nova crise Crise-revolução Nova ciência normal Paradigma: suposições teóricas gerais e leis e técnicas adotas por uma comunidade científica específica Ex: Mecânica newtoniana, ótica de ondas, química analítica Ciência normal: cientistas que trabalham dentro do paradigma Crise: quando falsificações fogem do controle

O método científico Observação Experimentos controlados, manipulação da natureza Observações dependem da teoria Modelos Construção teórica usada para descrever ou prever observações Ex: Mapa Modelos não devem ser razoáveis Ex: Ação à distância de Newton, Mecânica Quântica

Poder de previsão Habilidade de um modelo em descrever observações passadas e prever observações futuras Ao invés de falsificabilidade, modelos devem ter maior conteúdo de informação Quanto maior o poder de previsão, mais precisa é a teoria Teorias anteriores passam a ter um limite de validade Ex: Relatividade, Mecânica Quântica Uma única falsa previsão não arruína um modelo Ex: Dayton Miller

Errar é humano, controlar erros, ciência Medidas sem estimativa de erro têm pouca validade Por vezes, resultados extraordinários estão errados Não cabe a comunidade científica encontrar os erros de uma nova teoria proposta, mas sim aos cientistas que a apresentaram provarem sua validade. Ao contrario da justiça, na ciência, todos são “culpados” até que se prove o contrário

Como controlar os erros? Primeiramente, tanto observações como os modelos devem ser cuidadosamente construídos e testados Muitos erros surgem pela inconsistência dos modelos ou previsões erroneamente calculadas Deve atentar-se a toda fonte de erro

Reprodutibilidade O experimento deve ser reprodutível: pesquisadores independentes devem ser capaz de reproduzirem os mesmos resultados experimentais, dadas as mesmas condições de observação. Uma medida irreprodutível muito provavelmente está errada Medidas inesperadas, mas reprodutíveis, provavelmente estão corretas

Em contrapartida, novas tentativas devem ser o mais diferente o possível do experimento original na tentativa de eliminar fontes comuns de erro A reprodutibilidade não implica que eventos irreprodutíveis não possam ser cientificamente estudados Ex: A ciência não precisa esperar um novo avião cair para estudar as causas de queda de aviões

Revisão Uma outra forma de encontrar erros em um experimento é através da exposição de seus resultados à outras pessoas Ex: Conversas informais com colegas, revisores de paper, etc... Artigos publicados em grandes revistas muito provavelmente estão corretos não necessariamente pelo prestígio do autor, mas sim porque fora revisado por vários cientistas A propriedade intelectual muitas vezes é inimiga do progresso científico

Cemitério de modelos ultrapassados A relatividade do errado: antigos modelos não são completamente descartados Novos modelos se reduzem aos antigos para um regime restrito de observações. Todos são úteis em um contexto apropriado Ex: modelo plano da Terra, mecânica newtoniana, etc... A ciência é a arte da aproximação apropriada

Revoluções científicas Thomas Kuhn: defendeu dois tipos de ciência – ciência normal e extraordinária Ciência normal: pesquisa dentro dos paradigmas, conflito com paradigmas subsidiários Ciência extraordinária: transposição dos paradigmas vigentes principais

Quando há revolução científica, o novo modelo expande as fronteiras da predição e observação Ex: Mecânica quântica, Equações de Maxwell Geralmente essas revoluções ocorrem quando o modelo passa a ser testado em uma área até então inexplorada Novo modelo deve ser válido também no regime do primeiro

Equivalência científica Modelos científicos são testados quanto a sua capacidade de descrever e prever fenômenos. Dois modelos que apresentem o mesmo resultados para todas as observações são cientificamente equivalentes Ex: Transformações unitárias na mecânica quântica, transformações canônicas na mecânica clássica Modelo mais simples com menor número de suposições prevalece

Equivalência efetiva Modelos distintos podem apresentar equivalência para uma serie de observações Ex: Relatividade e mecânica clássica para corpos com baixas velocidades, Mecânica quântica e clássica para órbitas planetárias

Conclusão O método científico é baseado na observação e construção de modelos Observações devem ser feitas cuidadosamente e devem ser reprodutíveis Deve-se controlar os erros O modelo deve ser o mais abrangente e simples possível Novos modelos ampliam o poder preditivo sem invalidar o modelo anterior