METÁFORA EPISTÊMICA E CONHECIMENTO CIENTÍFICO: A GÊNESE DO CONCEITO DE SPIN COMO ESTUDO DE CASO

## METÁFORA EPISTÊMICA E CONHECIMENTO CIENTÍFICO: A GÊNESE DO CONCEITO DE SPIN COMO ESTUDO DE CASO

## EPISTEMIC METAPHOR AND SCIENTIFIC KNOWLEDGE: THE GENESIS OF THE SPIN CONCEPT AS A CASE STUDY

Fábio Bartolomeu Santana 1 , Henrique César da Silva 2

1 Instituto Federal do Paraná, fabio.bartolomeu@ifpr.edu.br 2 Universidade Federal de Santa Catarina, henrique.c.silva@ufsc.br

## Resumo

Apresentamos os resultados de nossas primeiras investigações sobre o papel das metáforas na produção de conhecimento científico no campo da Física, a partir da hipótese da metáfora epistêmica , originalmente proposta por Hector Palma. Analisamos a construção do conceito do Spin do elétron e constatamos a presença dos alguns dos elementos apontados pelo autor como constituintes da concepção de metáfora por ele defendida. O papel das metáforas na construção de conhecimento científico têm sido reconhecido e defendido por diversos autores, a partir de concepções linguísticas e epistêmicas. Diferentes abordagens defendem que a criação de novos termos, sua conceitualização e significação dentro do campo científico seriam impossíveis sem o emprego de metáforas e estas teriam também um papel preponderante na construção de modelos científicos. Alguns autores têm evidenciado variadas implicações do uso de metáforas, desde meados do séc. XX e sobretudo nos últimos 40 anos, período no qual é atribuído às metáforas um papel central no sistema cognitivo humano. Tal prerrogativa têm implicações para os processos de criação, compreensão e comunicação de conceitos no campo da Física. Neste cenário autores têm estabelecido um papel epistêmico para as metáforas, evidenciando sua ubiquidade, pertinência e sistematicidade. Frente a ubiquidade das metáforas na ciência, há de se considerar suas implicações e limitações, tanto na produção de conhecimento científico, quanto no ensino de ciências, podendo, inclusive, apresentar desdobramentos na formação docente. Por outro lado, o fenômeno da metáfora epistêmica só pode ser evidenciado a partir de uma análise genealógica, o que implica necessariamente na consideração de elementos históricos e da natureza do conhecimento, uma vez que tais elementos são constitutivos da metáfora epistêmica. Dessa forma, além de uma papel cognitivo, as metáforas epistêmicas podem ser úteis nos processos de ensino, operando como elemento de articulação entre história da ciência e a natureza do conhecimento científico.

Palavras-chave : metáfora, história da ciência, natureza da ciência, spin.

## Abstract

We present the results of our first investigations on the role of metaphors in the production of scientific knowledge in Physics, based on the hypothesis of

epistemic metaphor, originally proposed by Hector Palma. We analyzed the construction of electron spin concept and found the presence of elements pointed out by the author as constituents in concept of metaphor defended by him. The role of metaphors in the construction of scientific knowledge has been recognized and defended by several authors, based on linguistic and epistemic concepts. Different approaches argue that the creation of new terms, their conceptualization and significance in science would be impossible without the use of metaphors and these would also have a preponderant role in the construction of scientific models. Some authors have shown several implications of the use of metaphors, since the middle of the century. XX and especially in the last 40 years, a period in which metaphors are given a central role in the human cognitive system. Such a prerogative has implications for the processes of creation, understanding and communication of concepts in the field of Physics. In this scenario, authors have established an epistemic role for metaphors, showing their ubiquity, relevance and systematicity. In view of the ubiquity of metaphors in science, one must consider their implications and limitations, both in the production of scientific knowledge and in the teaching of sciences, which may even have consequences in teacher education. On the other hand, the phenomenon of epistemic metaphor can only be evidenced from a genealogical analysis, which necessarily implies the consideration of historical elements and the nature of knowledge, since these elements are constitutive of the epistemic metaphor. Thus, in addition to a cognitive role, epistemic metaphors can be useful in teaching processes, operating as an element of articulation between the history of science and the nature of scientific knowledge.

Keywords : metaphor, history of science, nature of science, spin.

## Introdução

Neste trabalho procuramos fornecer subsídios para sustentação da hipótese da Metáfora Epistêmica (ME) proposta por Palma (2009, 2015a, 2015b, 2016). Nossa motivação reside na possibilidade de que este concepção de metáfora possa desempenhar importante papel no ensino de ciências, sobretudo no ensino de Física, possibilitando meios para a articulação entre aspectos da natureza do conhecimento e história da ciência.

A concepção de ME apoia-se em pressupostos filosóficos estabelecidos nos campos epistêmico e linguístico, apresentando também uma dimensão histórica, sendo este o meio pelo qual a manifestação do referido fenômeno pode ser evidenciada (PALMA, 2015a). Tomamos como ponto de partida a análise da construção do conceito de Spin, narrado por Sin-itiro Tomonaga em sua obra The story of spin (TOMONAGA, 1997), objetivando evidenciar elementos da ME.

## Metáfora, conhecimento científico e ensino de ciências

- O fenômeno da Metáfora tem sido objeto de estudo desde Aristóteles. A conceituação deste fenômeno fez emergir uma gama diversificada de teorias, que a partir do século XX têm suas investigações 'fortemente realizadas em uma

perspectiva interdisciplinar e com recortes objetivos bastante diversos (CAVALCANTE; FERREIRA; GUALDA, 2016).

Nas últimas décadas, contudo, tem havido um renovado interesse sobre o papel da metáfora na produção de conhecimento científico (KUHN, 1998; PULACZEWSKA, 2010; PALMA, 2015a) e pesquisadores têm mobilizado esforços na produção de trabalhos, investigando o fenômeno e suas implicações também nos campos do ensino e aprendizagem (DUIT, 1991; ANDRADE; ZYLBERSZTAJN; FERRARI, 2000; BOZELLI; NARDI, 2007; BROOKES; ETKINA, 2007; SILVA; MARTINS, 2010; ANDRADE, 2014; SKORCZYNSKA, 2014) e na divulgação científica (PALMA, 2009; CERONI, 2014).

A partir da década de 1970 a metáfora ganha importância marcante, sobretudo, relacionada aos processos da cognição humana, culminando com a Teoria Conceptual da Metáfora (TCM), proposta em 1980 por George Lakoff e Mark Johnson, transformando-se em marco referencial para os estudos da metáfora neste novo enfoque (GIBBS, 2006; SCHRÖDER, 2014; CAVALANTE; FERREIRA; GUALDA, 2016). Nas concepções mais contemporâneas de metáfora a importância da TCM é considerada crucial para compreensão de conceitos abstratos.

Hoje, o reconhecimento do uso das metáforas no campo científico é consenso entre diversos autores (KUHN, 1998; PULACZEWSKA, 2006; PALMA, 2009, 2015a). Além do campo científico propriamente dito, as investigações que tratam do emprego de metáforas e analogias nos campos de ensino, aprendizagem e divulgação científica também ganharam corpo nas últimas décadas (QUALE, 2002; BROOKES; ETKINA, 2007; PALMA, 2009; CERONI, 2014; PALMA, 2016).

## A Metáfora Epistêmica

O conceito de Metáfora Epistêmica defendido por Hector Palma não corresponde ao das metáforas literárias. Tais conceitos 'compartilham algumas características, mas diferem em outras' (PALMA, 2016). O conceito de ME é erigido a partir de contribuições de dois campos de estudo da metáfora - semântica e pragmática. De acordo com Palma (2009), a ME pode ser assim enunciada:

'[…] no uso epistêmico das metáforas, uma expressão (termo, grupo de termos ou sistema de enunciados), e as práticas com ela associadas, habituais e correntes num âmbito de discurso determinado sócio historicamente, substitui ou vem agregar-se (modificando-a) com aspirações cognoscitivo epistêmicas a outra expressão (termo, grupo de termos ou sistema de enunciados), e às práticas a ela associadas em outro âmbito de discurso determinado sócio historicamente; esse processo se desenvolve em duas etapas, a saber: bissociação sincrônica [e] literalização diacrônica ' (PALMA, 2009, p. 21, grifo nosso).

A partir da definição apresentada, podemos destacar alguns aspectos conceitualmente relevantes que iremos explicitar em breve: 1) o ato fundacional de uma ME consiste de um processo denominado bissociação ; 2) o êxito de uma ME implica necessariamente na sua transformação em metáfora morta, ou seja, sua literalização; 3) as ME apresentam limites de alcance e validade, os quais dependem

exclusivamente de um quadro empírico e conceitual, válido em um determinado contexto sócio histórico.

## O processo de constituição de uma Metáfora Epistêmica

As MEs nascem (surgem em algum momento) e morrem (se lexicalizam). Para descrever o marco zero de uma ME, Palma (2015b) emprega o conceito de bissociação , originalmente proposto por Arthur Koeslter, em sua obra The Act of Creation (1964). Assim, o marco inaugural de uma metáfora seria um ato criativo de quem a elabora. A bissociação exprime, portanto, o nascimento de uma ME. Ocorrendo sincronicamente, ou seja, em um dado momento, resulta da 'intersecção de dois planos associativos ou universos de discurso que ordinariamente se consideram como separados e inclusive sem relação alguma.' (PALMA, 2015a, p. 32)

Quando um dado processo de bissociação encontra êxito perante a comunidade científica, com o passar do tempo a referida ME 'acaba sendo uma explicação literal, lexicalizada' (PALMA, 2015a, p. 33). A passagem de metáfora viva à metáfora morta encontra apoio nas teses de Colin Murray Turbayne, apresentadas em sua obra The Myth of Metaphor (1962).

A lexicalização , particularmente para o caso de uma ME, somente ocorrerá mediante sua validade como 'verdade científica', ou seja, a novidade que ela propõe deve se firmar como conhecimento válido. A segunda fase pela qual passa uma ME consiste de um processo de literalização diacrônica .

Uma vez consolidada, uma ME quando proferida não requer a busca pela expressão literal que a originou, como ocorre com as metáforas literárias. Ao contrário, ela passa a ser entendida agora não mais como metáfora, mas sim como uma expressão literal, com significado estável e bem definido. Assim, apenas 'uma análise genealógica permitiria mostrar que uma ME é uma metáfora' (PALMA, 2015a, p. 35).

Desse modo, a gênese de uma ME deve levar em conta o contexto do conhecimento científico de uma época no momento em que ocorre a bissociação . Neste âmbito, a ' experiência disponível' (PALMA, 2015a, p. 45) expressa um limite que é dado não apenas pelas capacidades humanas ou técnicas de uma época, mas sobretudo, 'principalmente pela configuração, imanente à comunidade e discursos científicos vigentes do que se considera um fato científico e suas condições' (PALMA, 2015a, p. 46, grifo do autor).

## Metodologia de análise

Como já mencionado, uma ME somente podem ser assim identificada pela busca de suas origens formativas, ou seja, pela busca dos âmbitos que foram postos em bissociação para gerá-la. Este processo implica, necessariamente, na análise histórica acerca da construção do conhecimento oriundo da ME em questão.

'[...] poderíamos considerar a boa parte dos episódios científicos como o conjunto de decisões cognoscitivas de

aceitação/rechaço de metáforas epistêmicas que toma a comunidade científica sobre a base das teorias, conceitos e explicações disponíveis, como resposta a um conjunto limitado historicamente de perguntas e problemas acerca de experiência disponível.' (PALMA, 2015a, p. 45)

Neste contexto, propusemos a análise da construção do conceito de Spin do elétron, a partir da narrativa de Tomonaga (1997). Em nossa análise, procuramos evidenciar os movimentos de bissociação , de aceitação/rechaço e a reconfiguração da base empírica.

## Construção de conhecimento sobre o Spin na perspectiva da ME

No período de 1922 e 1925, Arnold Sommerfeld, Alfred Landé e Wolfgang Pauli 'travaram uma disputa acirrada para explicar a multiplicidade do espectro óptico dos átomos alcalinos' (TOMONAGA, 1997, p. 6).

Estes átomos apresentam um único elétron na camada de valência e as camadas mais internas apresentam-se completamente preenchidas. Desse modo poderia-se considerar que um átomo alcalino apresentava um 'caroço' com carga efetiva positiva igual a uma unidade, e uma carga negativa de uma unidade devido ao único elétron da última camada.

Experimentos indicavam desmembramentos em algumas linhas espectrais dos átomos alcalinos. A descrição deste efeito implicava na adoção de um número quântico, adicionalmente àqueles já conhecidos. Pauli, Sommerfeld e Landé propuseram cada qual um número quântico, com o intuito de descrever a multiplicidade observada nas linhas espectrais.

Em 1922 Landé propôs uma equação (2) para descrever os níveis de energia dos átomos alcalinos, tomando como referência a equação de Sommerfeld (1) para o átomo de hidrogênio . 1

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A equação de Sommerfeld levava em conta, dentre outros aspectos, correções relativísticas para a massa do elétron na teoria de Bohr para o átomo de Hidrogênio, apresentando boa concordância com os dados experimentais. Nestas equações, os termos n e k representam os números quânticos, principal e de momento angular orbital, obedecendo a regra n ≥ k .

A equação de Landé era obtida pela subtração da carga dos elétrons do 'caroço', s , do número atômico Z . Landé efetuou cálculos com esta equação,

substituindo nela valores de Z para diferentes átomos alcalinos, bem como os resultados experimentais para ΔW , sendo capaz de reproduzir satisfatoriamente os valores de s esperados para os átomos considerados.

Tomando-se a equação empírica de Landé como referência para os desdobramentos de energia dos átomos alcalinos, várias equações foram derivadas a partir de diferentes considerações teóricas:

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A equação (3) corresponde a derivação feita pelo próprio Landé em 1922, empregando a Lei de Biot-Savart ao movimento do elétron da última camada. O campo magnético gerado pelo movimento do elétron deveria então interagir com um suposto campo magnético existente no 'caroço'. Tal interação é puramente clássica e a equação obtida não descreve adequadamente os dados experimentais.

A equação (4) corresponde a derivação proposta por George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit em 1925, assumindo um suposto movimento de rotação do elétron em torno de si mesmo. A interação elétrica entre o elétron e o 'caroço' do átomo alcalino era percebida pelo elétron como uma interação magnética decorrente de um efeito relativístico e não de um suposto campo magnético do 'caroço', como proposto por Landé. Apesar de levar em conta elementos da teoria da relatividade, esta equação também não descreve adequadamente os dados experimentais.

A equação (5) corresponde a derivação proposta por Llewellyn Thomas entre 1926 e 1927. Thomas percebeu que movimento de auto rotação do elétron implicaria em considerá-lo como um referencial girante. Com esta correção, a equação de Thomas foi capaz de reproduzir adequadamente os desdobramento nos níveis de energia obtidos empiricamente.

Considerando os aspectos que queremos ressaltar, maiores detalhes sobre as equações não são necessários. Por outro lado, cada uma das equações (2, 3, 4 e 5) é derivada a partir de diferentes aspectos conceituais acerca do sistema em questão, mobilizando elementos pertencentes a um quandro teórico experimental estabelecido, ou seja, em concordância com a experiência disponível . Dito de outro modo, cada uma das equações corresponde a um processo de bissociação , onde elementos de diferentes âmbitos são postos em associação, de maneira a produzirem uma novidade conceitual , qual seja, a predição da multiplicidade dos níveis de energia dos átomos alcalinos. Notamos, portanto, a presença de elementos da ME no processo de construção de conhecimento acerca do Spin, conforme defendido por Palma (2009, 2015a, 2015b, 2016).

## Considerações finais

Procuramos ilustrar como alguns dos elementos da ME, tais como o processo de bissociação , o quadro da experiência disponível e da novidade conceitual , foram evidenciados a partir de nossas investigações.

Nossa análise também evidenciou os dispositivos de controle exercidos pela comunidade científica frente a cada uma das tentativas em descrever os dados empíricos acerca dos átomos alcalinos. Assim, também identificamos elementos que podem ser associados aos critérios de aprovação/rechaço , característico do fenômeno da ME. Contudo, estes objetos da análise seriam por demais extensos para serem aqui expostos. O mesmo se deu em relação ao processo de lexicalização , para a qual identificamos traços de sua ocorrência, muito embora sua efetiva descrição requeira uma análise histórica mais extensa.

Frente aos resultados preliminares obtidos, podemos afirmar que a hipótese da ME defendida por Palma mostrou-se plausível em um âmbito intra científico, ou seja, considerando processos de bissociação que associam elementos internos pertencentes a um mesmo campo de conhecimento (em nossa análise, aspectos de um domínio conceitual para outro, exclusivamente pertencentes as domínios da Física). Vale ressaltar que uma análise nestes termos não é contemplada nos escritos de Palma (2009, 2015a, 2015b, 2016) e neste sentido, damos aqui uma contribuição importante para corroborar a hipótese da ME.

Por fim, constatamos que a análise genealógica de uma ME evidenciou aspectos da natureza da ciência em associação com a história da ciência, mostrando-se como um possível elemento articulador dos âmbitos histórico e epistêmico. Dessa forma, uma de nossas motivações para aprofundar as investigações na direção que aqui indicamos consiste em estabelecer a ME como um instrumento metodológico capaz de articular a história da ciência e a natureza da ciência em sala de aula.

## Referências

ANDRADE, A. C. S. et al. Analogias e metáforas no ensino e aprendizagem do conceito de átomo: breve análise em livros didáticos. Scientia Plena , v. 10, n. 4, 2014.

ANDRADE, Beatrice L de; ZYLBERSZTAJN, Arden; FERRARI, Nadir. Analogias e metáforas no ensino de ciências à luz da epistemologia de Gaston Bachelard. Ensaio : Pesquisa em Educação em Ciências, Belo Horizonte, v. 2, n. 2, p.1-11, dez. 2000.

BOZELLI, Fernanda Cátia; NARDI, Roberto. O uso de analogias e metáforas como recursos didáticos no ensino de física. Tecné, Episteme y Didaxis , n. 17, 2005.

BROOKES, David T.; ETKINA, Eugenia. Using conceptual metaphor and functional grammar to explore how language used in physics affects student learning. Physical Review - Physics Education Research , Washington, v. 3, n. 1, p. 1-16, mai. 2007.

CAVALCANTE, Sandra; FERREIRA, Luciane Corrêa; GUALDA, Ricardo. Metáfora: diferentes perspectivas. Script , Belo Horizonte, v. 40, n. 20, p. 8-17, ago. 2016.

CERONI, Gabriele. Exploring the use of metaphor in communication of contemporary physics. Procedia - Social and Behavioral Sciences , Amsterdam, v. 116, p. 13241332, fev. 2014.

DUIT, Reinders. On the role of analogies and metaphors in learning science. Science Education , v. 75, n. 6, p. 649-672, 1991.

GIBBS, Raymond. Congnitive linguistics and metaphor research: past successes, skeptical quetions, future challanges. DELTA , São Paulo, v. 22, n. 3, p. 1-20, 2006.

KOESTLER, Arthur. The Act Of Creation . Madrid: Last Century Media, 2014, 752 p.

KUHN, Thomas. Metaphor in science. In: ORTONY, Andrew. Metaphor and Thought . 2. ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1998. Cap. 22. p. 533-542.

LAKOFF, George. The contemporary theory of metaphor. In: ORTONY, Andrew. Metaphor and Thought . 2. ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1998. Cap. 11. p. 202-251.

PALMA, Hector. Metáfora e modelos científicos: A linguagem no ensino de ciências . São Paulo: Edições SM, 2009, 111 p.

PALMA, Hector. Ciencia y metáforas: Crítica de una razón incestuosa . Buenos Aires: Prometeu Libros, 2015a, 275 p.

PALMA, Hector. Ciencia y metáforas: Los viejos ruidos ya no sirven para hablar. Cuadernos de Neropsicologia : Panamerican Journal of Neuropsycology, Rancagua, v. 1, n. 9, p. 134-146, abr. 2015b.

PALMA, Hector. Metáforas en las ciencias. Un cambio de perspectiva. 2016. Disponível em: &lt;http://www.revistacts.net/elforo/736-el-debate-metaforas-en-lasciencias-un-cambio-de-perspectiva&gt;. Acesso em: 25 fev. 2020.

PULACZEWSKA, H Anna. Metaphors, particles, terminology: from objectivist to cognitivist approach in physics and linguisticts. In: WITCZAK-PLISIECKA, Iwona. Pragmatic Perspectives on Language and Linguistics Volume II : Pragmatics of Semantically-Restricted Domains. Newcastle: Cambridge Scholars Publishing, 2010. Cap. 21. p. 377-391.

SCHRÖDER, Ulrike Agathe. A abordagem cognitiva da metáfora em perspectiva pragmática nos séculos dezoito e dezenove: as contribuições de Lambert e Wegener a discussões atuais. Alfa : Revista de Linguística, Araraquara, v. 52, n. 1, p. 39-56, abr. 2014.

SOUSA SILVA, Cláudia Adriana; MARTINS, Maria Inês. Analogias e metáforas nos livros didáticos de física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Florianópolis, v. 27, n. 2, p. 255-289, jan. 2010.

SKORCZYNSKA, Hanna. Metaphor and education: Reaching business training goals through multimodal metaphor. Procedia - Social and Behavioral Science s, Amsterdam, v. 116, p. 2344-2351, fev. 2014.

TOMONAGA, Sin-itiro. The Story Of Spin . Chicago: The University Chicago Press, 1997, 258 p.

TURBAYNE, Colin Murray. El mito de la metafora . Ciudad de Mexico: Fondo de Cultura Económica, 1974, 287 p.