OS TRABALHOS DE ALBERT A. MICHELSON E A BUSCA PELO ÉTER: O QUE DIZEM OS LIVROS DIDÁTICOS

## OS TRABALHOS DE ALBERT A. MICHELSON E O ÉTER: O QUE 'DIZEM' OS LIVROS DIDÁTICOS

## THE WORKS OF ALBERT A. MICHELSON AND THE ETHER: WHAT THE TEACHING BOOKS 'SAY'

## Daniela Albino Ribeiro , Wagner Franklin Balthazar 1 2

1 Instituto Federal do Rio de Janeiro, danihs.ribeiro@hotmail.com

- 2 Instituto Federal do Rio de Janeiro, wagner.balthazar@ifrj.edu.br

## Resumo

O presente trabalho tem como objetivo discutir e avaliar os livros didáticos de física aprovados no Programa Nacional do Livro Didático (PNLD 2018), no que se refere aos trabalhos realizados por Albert Michelson apresentados nesses livros. Iniciamos este trabalho apresentando um estudo de todos dos artigos originais de Michelson que configuram sua 'busca' pelo éter. No total foram estudados 7 artigos, publicados ao longo de sua vida, num intervalo de 44 anos. Este estudo serviu de base para construirmos uma síntese do trabalho de Michelson e foi utilizada como base para avaliação dos livros didáticos. Ao todo, foram avaliados 10 livros didáticos, todos do terceiro ano do ensino médio. Para realizar a avaliação, foram estabelecidos dois critérios. No primeiro, verificamos se o livro faz qualquer menção aos trabalhos de Michelson e ao éter. No segundo, verificamos se os conceitos e ideias apresentadas nos livros estão historicamente adequados ou são relatos simplificados ou frágeis.

Palavras-chave : Livros Didáticos, História da Ciência, Albert Michelson, éter.

## Abstract

This work aims to discuss and evaluate the textbooks of physics approved in the National Program of Didactic Book (PNLD 2018), with reference to the works realized by Albert Michelson presented in these books. We start this work by presenting a study of all the original articles by Michelson that configure his "search" for the ether. In total, we studied 7 articles, published throughout his life, in a range of 44 years. This study served as the basis for a synthesis of Michelson's work and was used as a basis for evaluation of the textbooks. In all, 10 textbooks were evaluated, all of the third year of high school. To carry out the evaluation, two criteria were established. In the first, we see if the book makes any mention of Michelson's work and the ether. In the second, we verify whether the concepts and ideas presented in the books are historically adequate or are simplified or fragile accounts.

Keywords : Didactic Books, History of Science, Albert Michelson, ether.

## Introdução

Os livros didáticos ainda são a principal fonte de divulgação do conhecimento científico para o aluno, além de ter um papel fundamental no processo de ensino aprendizagem, dando apoio à pratica docente. Segundo Thomas Kuhn (2012), uma das características mais importantes da educação científica é o fato

dela estar baseada em manuais especialmente escritos para estudantes, em especial, os livros didáticos, que buscam diversas estratégias e abordagens para contextualizar o conhecimento a ser desenvolvido. Entre as abordagens utilizadas está a história da ciência, que tem um papel fundamental neste trabalho.

A importância da história da ciência no ensino é alvo de discussão de diversos autores (Matthews, 1995; Kuhn, 2012; Peduzzi, 2009; Martins, 2012; Silva, 2006; entre outros), incluindo o papel dos manuais e suas abordagens. Dessa forma, é perceptível que a imagem do trabalho cientifico que resulta desses manuais é a de cientistas trabalhando linearmente e cumulativamente em prol de uma ciência em constante desenvolvimento (Peduzzi, 2001). Segundo Martins (2006), uma das consequências desse tipo de abordagem é que a ciência seria construída através de uma série de descobertas que podem ser associadas a datas precisas e a autores precisos. Portanto, a história da ciência seria, essencialmente, um calendário repleto de descobertas e seus descobridores (Martins, 2006).

Cientes da importância dos livros didáticos no cenário educacional e da história da ciência para a construção do conhecimento científico do aluno, o presente trabalho tem como objetivo analisar os livros didáticos, tratando de um caso em especial, o trabalho realizado por Albert Michelson. Os trabalhos realizados por Michelson são, em geral, pouco conhecidos, bem como os resultados de seus experimentos. Na maior parte das citações, eles são resumidos em um único trabalho, que de forma questionável é utilizado para ilustrar o início da teoria da relatividade.

Neste trabalho, vamos apresentar o interferômetro de Michelson, fundamental em todos os experimentos realizados por ele. Em seguida apresentaremos uma breve discussão, com as respectivas conclusões, de cada um dos trabalhos de Michelson. Essa síntese de seu trabalho, com suas respectivas conclusões, servirá de base para estabelecer parâmetros de avaliação para o livro didático. Por fim, após a avaliação dos livros, apresentaremos as considerações finais.

## Cenário: Os trabalhos de Michelson

Albert Michelson foi um dos grandes cientistas do século XIX e início do século XX, sua pesquisa marcou uma importante etapa para a ciência. Infelizmente, na atualidade seu trabalho parece restrito a um único experimento, realizado em 1887, onde se teria comprovado a 'inexistência' do éter. No entanto, o esforço de Michelson em mostrar a existência de um meio onde a luz se propagava não ficou restrita a um único experimento, como veremos mais adiante.

Os famosos experimentos realizados com o interferômetro de Michelson mudaram ao longo dos anos. Michelson aperfeiçoou o seu experimento e contou com a colaboração de alguns importantes nomes da ciência em sua busca pelo éter. No Quadro 1 apresentamos os trabalhos publicados por Michelson referentes ao éter e como ele aperfeiçoou seu interferômetro a fim conseguir resultados satisfatórios que comprovassem a existência do éter.

QUADRO 1 - Desenvolvimento dos trabalhos de Michelson na busca pelo arrasto do éter.

Como podemos verificar, o trabalho de Michelson na busca do arrasto do éter muda ao longo de sua pesquisa, confirmando que ele acreditava que o resultado negativo era um problema em seu próprio experimento. É importante perceber que entre o primeiro e último trabalho que citamos há uma diferença de 44 anos, ou seja, Michelson muda seu experimento e suas conclusões ao longo do tempo. Percebemos, com facilidade, que sua história não fica restrita a um único experimento, como em geral se apresenta na aulas e livros de física.

Apesar dos primeiros experimentos feitos por ele indicarem que o éter não produz arrasto, vemos que em seu último experimento ele encontra o resultado que confirma a hipótese de um éter fixo no espaço. Esse é um resultado pouco conhecido e que traz uma discussão importante sobre a própria natureza da ciência, pois em 1925 a Teoria da Relatividade já era aceita e um de seus postulados trata da não existência de um referencial absoluto. Talvez o sucesso de Teoria da Relatividade seja um dos motivos de não discutirmos os resultados do trabalho de 1925 de Michelson. Também é interessante mencionar que outros cientistas realizaram experimentos a fim de provar a existência do éter, assim como Rayleigh em 1902, Trouton e Noble em 1903, Brace em 1904 e Fizeau em 1854, porém não obtiveram resultados positivos assim como cita Martins em seu artigo 'O Surgimento da Teoria da Relatividade Restrita'. É importante notar que todos os trabalhos são anteriores ao trabalho que Michelson realizou em 1925.

Os resultados apresentados aqui são fundamentais para entender os trabalhos realizados por Michelson e seguirmos para nossa próxima etapa, a avaliação dos livros didáticos.

## Critérios de avalição dos livros didáticos

Esta seção é destinada a analisar como os livros didáticos da 3° série do ensino médio aprovados pela PNLD 2018 abordam o contexto histórico dos trabalhos de Michelson, que quando apresentados são, em geral, uma 'introdução' para a teoria da relatividade.

É importante ressaltar que não há, em princípio, uma relação do trabalho de Michelson com a teoria da relatividade. A ideia de seu experimento é a busca pelo

arrasto do éter, um meio no qual a luz se propagaria. Quando Einstein formula a teoria da relatividade, não há qualquer referência ao éter (Peduzzi, 2009), mas apesar disso, os livros, em geral, apresentam o interferômetro de Michelson Morley sempre antes da teoria da relatividade, provavelmente, em função de um dos postulados da teoria, já que, o resultado dos experimentos de Michelson podia ser visto como fonte de uma base experimental para a compreensão da teoria da relatividade, e essa podia fornecer uma explicação não artificial do resultado experimental de Michelson (Holton, 1995). Dessa forma, a ligação genética entre a teoria de Einstein e o experimento de Michelson-Morley cristalizou-se nos livros de física (Peduzzi, 2009), mesmo não havendo uma relação direta entre os dois.

Apesar de questionarmos a forma como os trabalhos de Michelson são apresentados sempre para introduzir a Relatividade, não é nosso objetivo aqui discutir o motivo pelo qual isso acontece. Restringiremos nossa análise a forma de como o experimento de Michelson é apresentado nos livros. Para realizar a análise, vamos definir dois critérios de avaliação:

## 1- O livro menciona aos trabalhos de Michelson e ao éter.

Nesse critério, vamos verificar se o livro didático aborda qualquer um dos trabalhos de Michelson apresentados no Quadro 1, ou mesmo, um único trabalho que seja um esboço dos trabalhos realizados por ele.

Para os casos que interferômetro ou éter são apresentados será considerado também o segundo critério.

## 2- Os conceitos e ideias apresentadas nos livros estão historicamente adequados ou são relatos simplificados ou frágeis.

Esse critério tem por objetivo avaliar a qualidade das informações históricas presentes nos livros didáticos com relação aos trabalhos de Michelson na busca pelo éter. Novamente, nossa referência é o estudo realizado e sumarizado no Quadro 1. Os critérios foram divididos em duas categorias.

- i) Relato simplificado e frágil -Como podemos observar no Quadro 1, Michelson dedicou parte da sua vida à busca pelo éter, de modo que seus trabalhos foram se aperfeiçoando até obter resultados positivos. Nessa perspectiva, buscamos verificar como é exposto os trabalhos de Michelson, averiguando se a história é demasiadamente simples e se os livros didáticos fazem apenas breves menções aos seus trabalhos, reduzindo-os aos resultados de 1881 e 1887 de modo a serem ponto de partida para a discussão sobre a Teoria da Relatividade.
- ii) Historicamente inadequado -Esse critério busca verificar se o livro apresenta elementos científicos distorcidos com respeito aos trabalhos de Michelson e o éter. Um bom exemplo é o trabalho de Michelson, Pearson e Gale (1925) citado no Quadro 1, onde eles conseguiram, em seu último trabalho, provar a existência do éter. Apesar disso, o sucesso da teoria da relatividade, provavelmente, fez com que esse trabalho não fosse considerado pela comunidade de físicos. De qualquer forma esse trabalho é pouco conhecido. Nosso objetivo é analisar como os experimentos de Michelson são apresentados nos livros didáticos, comparando-os com o cenário descrito no Quadro 1. Isso se justifica, uma vez que os livros apresentam conclusões sobre o experimento, no mínimo, duvidosas, como ocorre, por exemplo, no Livro 8

(Quadro 2), onde se conclui a partir do experimento de Michelson-Morley que não existe o éter.

## Análise dos Livros Didáticos

No quadro abaixo, apresentamos de maneira geral as informações obtidas a partir da análise dos livros didáticos com base nos dois critérios elaborados. Os livros utilizados foram numerados de 1 a 10, uma relação com as referências dos livros está descrita no Quadro 3.

QUADRO 2 - Análise dos livros didáticos

Em relação ao primeiro critério, os livros 1, 2 e 3 não fazem qualquer menção aos trabalhos de Michelson ou ao éter. O livro 4, faz uma única menção ao éter, na qual cita que durante o desenvolvimento da teoria eletromagnética por Maxwell o éter ainda era aceito como o meio necessário para a onda de luz se propagar. No livro 5 os autores destacam que Einstein contou com trabalho de outros físicos para a elaboração da Teoria da Relatividade, como Albert Michelson e Edward Morley, porém não faz menção alguma ao éter. Os demais livros mencionam o éter e os trabalhos de Michelson, para esses aplicamos o segundo critério de avaliação

Todos os livros que se referem aos trabalhos de Michelson e falam a respeito do éter utilizam de uma história simplificada apenas para introduzir o conteúdo de Relatividade, apresentando poucos elementos da construção do conhecimento científico, contribuindo para uma visão repleta de mitos e inadequações. Os livros, exceto o livro 6, relatam de forma adequada o experimento de Michelson e apresentam ilustrações a fim de mostrar seu funcionamento, porém só se referem aos trabalhos de 1881 e 1887, mostrando que ele obteve resultados negativos na sua busca pelo éter. O livro 8 apresenta também os cálculos da

diferença do tempo percorrido pelos dois feixes de luz, assim como Michelson esperava. Além disso, esses livros, exceto o 10, parecem sugerir que os resultados negativos do experimento de Michelson-Morley são um possível ponto de partida para o surgimento da Teoria da Relatividade. O Livro 10, por sua vez, relata que o próprio experimento produziu uma forte evidência de que o éter não existia, e diz que 'ao falhar no experimento, Michelson e Morley descobriram que o éter não existia. Isso mostra que, na Ciência, errar também é importante'.

## Conclusões

Ao analisarmos nos livros didáticos fica claro que, na maioria deles, os relatos sobre o trabalho de Michelson são pontuais, como se o mesmo tivesse realizado um único experimento. Em geral, seu trabalho e de seus colaboradores é apresentado com único objetivo de introduzir a teoria da relatividade, apesar dos trabalhos não terem, a princípio, nenhuma conexão direta. A única ponte entre os trabalhos são as transformações de Lorentz.

A análise também nos permitiu verificar que existem equívocos e confusão acerca dos trabalhos de Michelson, principalmente com relação às conclusões do mesmo, consequentemente, de vários fatos importantes para a compreensão das teorias desenvolvidas no século XIX e XX, fazendo com que o processo de construção histórica pareça absoluto e linear. Entendemos que não é possível discutir tudo em um único livro, porém trazer informações corretas do ponto de vista histórico é fundamental para o bom entendimento de como a ciência funciona. Nesse sentido, a história da ciência pode ser utilizada como mais uma estratégia didática, apesar dos desafios que isso significa, enriquecendo as aulas e promovendo uma reflexão sobre o desenvolvimento da Ciência, mostrando ao aluno os processos de construção do conhecimento científico não é linear e evitando visões distorcidas sobre a natureza.

## Referências

HOLTON, G. J. Einstein, Michelson and the 'crucial' experiment. In: HOLTON, G. J. Thematic origins of scientific thought: Kepler to Einstein . Cambridge: Harvard University Press, 1995.

KUHN, T.S. A Estrutura das Revoluções Científicas . 5. ed. São Paulo: Editora Perspectiva S.A, 1998.

KUHN, T.S. A Função do Dogma na Investigação Científica. 1. ed. Curitiba: UFPR - SCHLA, 2012.

MARTINS, Roberto de A. Teoria da Relatividade Especial . 2. ed. São Paulo: Livraria da Física, 2012.

MARTINS, Roberto de A. O Surgimento da Teoria da Relatividade Restrita. Disponível em: <http://www.ghtc.usp.br/server/pdf/RAM-Relatividade-livro.pdf>.

MATTHEWS, M. R. História, Filosofia e Ensino de Ciências: A Tendência Atual De Reaproximação . Cad. Cat. Ens. Fís., v. 12, n. 3: p. 164- 214, 1995.

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PEDUZZI, Luiz O.Q. A Relatividade Einsteiniana: Uma abordagem conceitual e epistemológica . Florianópolis, 2009.

SILVA, Cibelle C. Estudos de História e Filosofia das Ciências: subsidios para a aplicação no ensino . Editora Livraria da Física, São Paulo, 2006.

## QUADRO 3 - Referência bibliográfica dos livros didáticos analisados