OBSTÁCULOS EPISTEMOLÓGICOS: UMA ANÁLISE DO EFEITO FOTOELÉTRICO SOB A EPISTEMOLOGIA DE BACHELARD

## OBSTÁCULOS EPISTEMOLÓGICOS: UMA ANÁLISE DO EFEITO FOTOELÉTRICO SOB A EPISTEMOLOGIA DE BACHELARD 1 EPISTEMOLOGICAL OBSTACLES: AN ANALYSIS OF THE PHOTOELECTRIC EFFECT UNDER THE EPISTEMOLOGY OF BACHELARD

Ana Caroline Thiara dos Santos 1 , Lincon Phyerry Maciel Batista 2 , Carlos Alexandre dos Santos Batista 3 , Maxwell Roger da Purificação Siqueira 4

1 Universidade Estadual de Santa Cruz, carolthiara16@outlook.com

2 Universidade Estadual de Santa Cruz, linconphyerry@outlook.com

3 Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, carlos.batista@uesb.edu.br

4 Universidade Estadual de Santa Cruz, mrpsiqueira@uesc.br

## Resumo

Este estudo destaca a importância da inserção da Mecânica Quântica (MQ) no ensino de física, alinhado à perspectiva epistemológica de Gaston Bachelard. Geralmente ausente dos currículos escolares, a MQ enfrenta problemas relativos a abordagens descontextualizadas. O estudo enfatiza a compreensão das transformações históricas na física, superando obstáculos epistemológicos acerca de percepções iniciais e conhecimentos generalizados. Este trabalho investiga obstáculos epistemológicos apontados por Bachelard, presentes no episódio histórico do efeito fotoelétrico. Focando neste marco significativo da MQ e na controvérsia sobre a natureza da luz, demonstra-se como abordagens históricas e epistemológicas podem esclarecer a evolução científica e corrigir concepções errôneas sobre a ciência. Utilizando fontes secundárias da história, o estudo fornece suporte didático aos professores, promovendo uma visão crítica da MQ, crucial para a alfabetização científica e o desenvolvimento de novos cientistas. A integração da MQ nos currículos, orientada pela epistemologia de Bachelard, pode promover um ensino de física mais abrangente e contextualizado.

Palavras-chave : Efeito fotoelétrico; Bachelard; Obstáculos Epistemológicos.

## Abstract

This study highlights the importance of incorporating Quantum Mechanics (QM) into physics education, aligned with the epistemological perspective of Gaston Bachelard. Generally, absent from school curricula, QM faces issues related to decontextualized approaches. The study emphasizes understanding the historical transformations in physics, overcoming epistemological obstacles about initial perceptions and generalized knowledge. This work investigates epistemological obstacles identified by Bachelard, present in the historical episode of the photoelectric effect. Focusing on this significant milestone in QM and the controversy over the nature of light, it demonstrates how historical and epistemological approaches can elucidate scientific evolution and correct misconceptions about science. Using secondary sources from history, the

study provides didactic support to teachers, promoting a critical view of QM, crucial for scientific literacy and the development of new scientists. The integration of QM into curricula, guided by Bachelard's epistemology, can promote a more comprehensive and contextualized physics education.

Keywords : Photoelectric Effect; Bachelard; Epistemological Obstacles.

## Introdução

No Brasil, a presença da teoria da mecânica quântica (MQ) nos currículos escolares da educação básica, ficou historicamente ausente por décadas. Apenas, recentemente, sua inclusão tem sido defendida pela literatura acadêmica-científica do ensino de ciências/física e pelos documentos oficiais da educação básica (OSTERMANN; MOREIRA, 2000; PEREIRA; SIQUEIRA, 2021).

A mecânica quântica está presente na Base Nacional Comum Curricular (BNCC) e nos livros didáticos de 2018-2020 aprovados pelo Plano Nacional do Livro Didático. Contudo, o ensino da MQ enfrenta desafios, particularmente em termos de abordagens descontextualizadas nos livros didáticos de física, muitas vezes, apresentando-se de forma ahistórica e aproblemática (THIARA e al. , 2022).

Para superar essas dificuldades, estudos sugerem adotar uma abordagem epistemológica que valorize a história da física (MILNITSKY; GURGEL; MUNHOZ, 2021), especialmente amparada pela epistemologia de Bachelard, para romper com concepções inadequadas sobre o conhecimento científico (PESSANHA, 2018; HENDGES; SANTOS, 2022). Assim, este estudo apresenta alguns obstáculos epistemológicos apontados por Bachelard, presentes no episódio histórico do efeito fotoelétrico, focando o início do desenvolvimento da MQ e na controvérsia sobre a natureza da luz.

## A epistemologia de Bachelard e os obstáculos epistemológicos

Em sua obra "A Formação do Espírito Científico", Bachelard (1996) oferece uma interpretação sobre a evolução do conhecimento científico à luz das descobertas fundacionais da Física Moderna e sua aparente contraposição à visão positivista predominante na época. Nessa perspectiva, Bachelard identificou e descreveu o que denominou de obstáculos epistemológicos.

Todos os obstáculos, de forma específica, foram considerados como um impasse para o avanço do conhecimento científico. O primeiro consiste na experiência

primeira, implicada na dificuldade de interpretar dados aparentemente claros, mas que podem levar a conclusões equivocadas devido à sua simplicidade enganosa. O segundo, obstáculo do conhecimento geral, se manifesta quando generalizações são feitas sem uma base sólida, derivado de interpretações errôneas de experiências (BACHELARD, 1996). O terceiro obstáculo, o verbal, ocorre quando representações simbólicas, como metáforas, substituem explicações detalhadas, podendo levar a uma compreensão superficial do fenômeno em questão (BACHELARD, 1996).

No contexto do conhecimento unitário e pragmático, observa-se a tendência de fazer generalizações amplas que buscam atribuir sentido e utilidade ao conhecimento científico sem a devida profundidade analítica. O obstáculo substancialista aponta para a problemática de uma abordagem que foca excessivamente nos aspectos materiais ou substanciais de um fenômeno, negligenciando a análise detalhada das suas inter-relações (BACHELARD, 1996).

Bachelard também identifica outros cinco obstáculos epistemológicos: o realista, que limita as explicações a observações empíricas, recorrendo frequentemente a imagens e metáforas; o animista, que aplica características biológicas na explicação de fenômenos não biológicos; o mito da digestão, interpretado como uma metáfora para o processo de assimilação e transformação do conhecimento; a influência da libido, associada a uma abordagem sexualizada do conhecimento científico; e o obstáculo do conhecimento quantitativo, referente à tendência de enfatizar a quantificação, em detrimento de outros aspectos qualitativos (BACHELARD, 1996). A superação desses obstáculos, segundo Bachelard (1996), impulsiona o avanço do conhecimento científico, sendo crucial compreender como foram superados ao longo da história da ciência.

Ao investigar a história da Ciência é possível identificar obstáculos epistemológicos, como sugeridos por Bachelard (1996). Para tanto, apresenta-se o episódio histórico do efeito fotoelétrico, enquanto fenômeno introdutório da Mecânica Quântica, com base em pesquisas conduzidas e publicadas por historiadores da Ciência. Com isso, tenta-se enfatizar aspectos do fazer científico que se contrapõem às visões distorcidas sobre a natureza da ciência, da atividade e do conhecimento

científico (SILVEIRA; PEDUZZI; 2006; MARTINS, 2015; MILNITSKY; GURGEL; MUNHOZ, 2021).

## O Efeito Fotoelétrico à Luz da Epistemologia de Gaston Bachelard

Na década de 1880, a Academia de Berlim ofereceu um prêmio para quem demonstrasse experimentalmente a teoria eletromagnética de James Clerk Maxwell. Esse prêmio foi logrado por Heinrich Hertz, sete anos depois, ao detectar experimentalmente as ondas de rádio.

Seu experimento envolveu a observação do comportamento da faísca em diferentes condições, usando vidro e quartzo, para o qual notou que este mineral (quartzo) permitia a manutenção do tamanho original da centelha. Apesar de curioso, esse fenômeno não foi explorado por Hertz na época, pois seu foco principal era a descrição e detecção experimental das ondas eletromagnéticas previstas pela teoria de Maxwell (KLASSEN, 2011).

Com efeito, ao focar nas tentativas de corroboração empírica da teoria eletromagnética de Maxwell, possivelmente Hertz tenha negligenciado o fenômeno do Efeito Fotoelétrico (EF) (KLASSEN, 2011). Na perspectiva de Bachelard, esse fato pode ser compreendido como um exemplo do obstáculo da experiência primeira haja , vista que a intenção de Hertz pode ser interpretada como uma atitude preocupada apenas, ao que lhe apareceu imediatamente relevante, tendo em vista o contexto de ciência empirista da época.

Sobre isso, Bachelard (1996, p. 29) afirma que, 'na formação do espírito científico, o primeiro obstáculo é a experiência primeira, a experiência colocada antes e acima da crítica - crítica esta que é, necessariamente, elemento integrante do espírito científico.". A partir desse obstáculo, se formam as primeiras noções, imagens e impressões, muitas vezes, tão fortes, que impedem a crítica. Esse obstáculo impediu que Hertz voltasse o seu interesse para investigar o fenômeno observado, mesmo que estivesse concentrado em obter o prêmio oferecido pela Academia de Berlim.

Sobre esse mesmo contexto, pode-se destacar que Wilhelm Hallwachs e Philipp Lenard, alunos e orientandos de Hertz, começaram a investigar o EF, mas suas interpretações estavam limitadas pelas concepções da época, refletindo o obstáculo do conhecimento geral e conhecimento unitário e pragmático. Isso porque eles tentarem encaixar suas observações nos paradigmas da Física Clássica.

Hallwachs, em seus experimentos com radiação ultravioleta, observou que a carga em um eletroscópio de zinco se dissipava rapidamente sob iluminação ultravioleta, quando carregado negativamente, porém mais lentamente quando positivo (KLASSEN, 2011).

Anos depois, em 1902, Lenard, influenciado pela crença de que os raios-x e os raios catódicos eram ondas éteres, investigou o EF. Ele descobriu que a quantidade de elétrons emitidos era proporcional à intensidade da luz, mas a velocidade máxima de ejeção não dependia da intensidade da luz ultravioleta, sugerindo que a energia dos elétrons era determinada pelo comprimento de onda da luz (KRAGH,1992; KLASSEN, 2011). Lenard ganhou o Nobel em 1905, mas enfrentava limitações para explicar o EF, especialmente relacionadas à estrutura do átomo e à dependência da energia máxima dos elétrons na frequência da luz, não na sua intensidade (KLASSEN, 2011).

Nesse sentido, acerca do obstáculo do conhecimento geral, Bachelard (1996, p. 69) afirma que 'Nada prejudicou tanto o progresso do conhecimento científico quanto a falsa doutrina do geral, que dominou de Aristóteles a Bacon, inclusive, e que continua sendo, para muitos, uma doutrina fundamental do saber'. Com isso ele critica a ideia de que o conhecimento geral é fundamental para o saber, levando a generalizações imprecisas e a uma falta de atenção aos fenômenos específicos.

No mesmo aspecto, relacionado ao Lenard e ao Hallwachs, reflete-se o obstáculo do conhecimento unitário e pragmático.

Aí, uma suave letargia imobiliza a experiência; todas as perguntas se apaziguam numa vasta visão de mundo; todas as dificuldades se resolvem diante de uma visão geral de mundo, por simples referência a um princípio geral da Natureza. (BACHELARD, 1996, p.103).

A tentativa de Lenard, ao explicar o EF com base na intensidade da luz e não na sua frequência (KRAGH, 1992; KLASSEN, 2011), reflete esse obstáculo, pois, considera-se que uma explicação simplificada e unitária foi inicialmente preferível, em relação a uma abordagem mais complexa. Por sua vez, tal obstáculo pode levar o cientista a uma sedução pelas generalidades amplas que imobilizam a experiência e resolvem as problemáticas de um fenômeno estudado; especialmente diante de uma visão geral do mundo, por simples referência a um princípio geral da natureza (BACHELARD, 1996). Nesse caso, a teoria eletromagnética de Maxwell se tornou uma generalização para a interpretação do EF (KLASSEN, 2011).

Já o obstáculo realista, sua origem está associada à percepção e compreensão do mundo, influenciadas pela experiência sensorial imediata e pelo pensamento concreto (BACHELARD, 1996). Para superar esse obstáculo, é essencial ir além do que é imediatamente observável e tangível, características frequentes na história do EF. É necessário evitar a insistência em explicar fenômenos apenas com base em observações empíricas e na aplicação de teorias preexistentes. De acordo com Klassen (2011), em 1905, Lenard recebe o Prêmio Nobel pelas suas análises, mas ainda existia a limitação em explicar as observações experimentais, já que a explicação inicialmente era dada em termos do Eletromagnetismo de Maxwell e da Mecânica Newtoniana.

No artigo de 1905, Einstein partiu da radiação de corpo negro, aplicando considerações de Wien para altas frequência se deduziu uma equação que introduz a função trabalho, ligando a energia cinética máxima dos elétrons à frequência da radiação incidente (KRAGH, 1992). Esta equação ajudou a explicar a relação entre a frequência da radiação e sua intensidade, introduzindo a ideia de quantização da energia e o caráter dual da luz, conceituando os 'quantum de luz' (KLASSEN, 2011). Apesar de sua relevância, a hipótese de Einstein enfrentou críticas por desafiar a teoria eletromagnética clássica e a ideia de quantização da luz, e não foi amplamente aceita por mais de uma década (KLASSEN, 2011).

Relacionado a hipótese de Einstein, tem-se o obstáculo substancialista no qual refere-se à tendência de pensar em substâncias ao invés de processos. Em outras palavras, é a tendência de ver o mundo a partir de coisas estáticas e imutáveis, e não de interações dinâmicas e de mudanças. Bachelard argumentava que este tipo de pensamento é limitante para a ciência porque impede o entendimento de fenômenos em termos das suas transformações e relações (BACHELARD, 1996). Tal obstáculo pode ser observado quando a hipótese de Einstein foi duramente criticada pela comunidade acadêmica da época. Se a explicação de Einstein estivesse correta, quanto a natureza da luz, colocaria em xeque a teoria eletromagnética de Maxwell, no que diz respeito a natureza ondulatória da luz (KLASSEN, 2011). Mais do que isso, parecia inaceitável a ideia da quantização da luz.

Especificamente relacionado ao obstáculo substancialista, a dificuldade de aceitação da explicação de Einstein estava condicionada ao pensamento da comunidade científica sobre o caráter da luz estritamente ondulatório (uma descrição

contínua e substancialista), em detrimento de considerá-la também como um conjunto de partículas discretas. Isso exigia uma mudança fundamental na maneira de conceber os fenômenos físicos, saindo de uma visão substancial e imutável para uma que reconhece dualidades e propriedades mutáveis.

Ao analisar a história da EF sob uma perspectiva epistemológica, destaca-se a importância de perceber a ciência como um processo em evolução, marcado por debates, erros e correções. Em sala de aula, isso contribui para o ensino de uma ciência vista não como uma coleção de fatos isolados, mas como um processo dinâmico e interativo.

Por meio dessa perspectiva, é possível desenvolver sequências de ensino e aprendizagem que utilizam narrativas históricas, como sugerido por Klassen (2009) e Martins (2015), para ilustrar como o conhecimento científico foi construído ao longo do tempo. Estas narrativas podem ser elaboradas ao explorar os diversos obstáculos epistemológicos que os cientistas enfrentaram e superaram, oferecendo aos estudantes uma visão mais integrada e dinâmica da ciência. Assim, a narrativa construída a partir dos obstáculos epistemológicos deve ser integrada a métodos pedagógicos que empregam a história da ciência como uma ferramenta de ensino.

## Considerações finais

Integrando a história e a epistemologia da ciência no episódio da MQ, este estudo buscou fornecer uma visão mais dinâmica e realista da ciência, destacando-a como um processo evolutivo marcado por debates e mudanças de paradigma. Esta percepção é crucial para formar uma compreensão mais completa e crítica da ciência entre os estudantes, indo além da mera absorção de fatos e teorias. Reconhecendo os desafios na atualização curricular e inserção da FMC, este estudo também apontou para oportunidades significativas no enriquecimento do ensino de física. A inclusão da MQ, apoiada pela epistemologia de Bachelard, pode promover o pensamento crítico e a curiosidade científica, ao se considerar o cenário atual de ampla divulgação de pseudociências que usam conceitos da MQ. Além disso, destacamos a necessidade de desenvolver materiais didáticos que incorporem tanto a complexidade conceitual da MQ quanto seu contexto histórico e filosófico; visto que os livros didáticos propagam visões deformadas do conhecimento científico abordando uma ciência neutra e matematizada.

## Referências bibliográficas

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