Por Dentro da Relatividade: A História da Ciência e o Diálogo Interdisciplinar no Ensino Escolar de Relatividade Restrita.

## Por Dentro da Relatividade: A História da Ciência e o Diálogo Interdisciplinar no Ensino Escolar de Relatividade Restrita .

## Paulo Roberto M. Lima Júnior 1 e Cássio C. Laranjeiras2 s2

1 Instituto de Física, Universidade de Brasília, PIC -UnB, p paulolima2711@gmail.com 2

Instituto de Física, Universidade de Brasília, cássio@unb.br

## Resumo

Tem sido prática escolar corrente no ensino médio evitar, ou até mesmo ignorar, conteúdos referentes à física moderna e contemporânea. O século XXI já se fez presente e ainda não adentramos o século XX em nossas aulas de física. O objetivo maior deste trabalho é explorar as potencialidades da história da ciência no ensino interdisciplinar da teoria da relatividade restrita . Refletimos também sobre alguns aspectos necessários à produção de materiais didáticos de ensino de relatividade na escola.

Palavras -chave: Ensino de Física, Ensino Médio; Teoria da Relatividade; Física Moderna no Ensino Médio.

## 1. Introdução

Os alunos do nosso tempo, no exercício natural de sua curiosidade, têm se interessado pelos saberes da física moderna apesar desse conhecimento ainda não estar incorporado aos programas escolares. Por outro lado, a necessidade de formar cidadãos autônomos convida a escola a refletir sobre seus objetivos e metodologias. Mas que autonomia desejamos para os nossos alunos?

É na descrição da da nossa condição de cidadãos brasileiros que começa a reflexão sobre o significado da autonomia. Para ser sujeito da sua própria história num país de injustiças como o Brasil é necessário professar que diferenças não produzam desigualdades. A construção de novos saberes a partir do diáiálogo go com o diferente é essencial em qualquer proposta metodológica contemporânea. Por isso interdisciplinaridade e é hoje p palavra de ordem. m.

Com igual objetivo de educar r para o respeito mútuo , será necessário substituir qualquer traço de autoritarismo pedagógico pelo exercício orientado da curiosidade. Dessa forma, permitimos ao aluno uma experiência de aprendizagem libertadora que o leve a questionar as relações de opressão freqüentemente estabelecidas na nossa sociedade.

Mas qual a relação direta entre desigualdades sociais e a física a ensinada nas escolas? Se tomarmos o ensino de ciências na sua forma mais tradicional, não haverá nem sombra a de relação entre ciência e os mecanismos sociais. Felizmente não precisamos nos limitar aos paradigmas jesuíticos de ensino na escolha da nossa metodologia.

Com este trabalho exploramos as potencialidades interdisciplinares da introdução de elementos da história da ciência no ensino de de física escolar. O exemplo que escolhemos foi a teoria da relatividade especial tanto por se tratar de uma demanda da curiosidade dos alunos, como pela carência de material didático com esse tema.

Este trabalho faz parte de um projeto de Iniciação Científica pelo qual é produzido um material didático de ensino de física moderna. Tal material l chama -se Por Dentro da Relatividade e tem p publicação prevista para o início de 2007.

## 2. Os Condicionantes Históricos da Teoria

Toda a teoria física é escrita por um sujeito inserido num contexto histórico e geográfico bem definido. Naturalmente esse contexto influenciará a produção científica. Em todo o caso, os traços dessa influência poderão ser rastreados por aqueles conhecedores da natureza da publicação e dos condicionantes históricos que podem ter exercido influência sobre ela.

Em nossas pesquisas bibliográficas tomamos o cuidado de levantar os condicionantes históricos que exerceram maior influência sobre a publicação de Albert Einstein que , em 1905, 'inaugurou' a teoria da relatividade - - "Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento".

Para tanto organizamos em três grupos os fatores que levaram à publicação de 1905: o fator teórico, o fator sócio -econômico, e o fator político-cultural.

## 2.1 O fator teórico

Do ponto de vista teórico , a publicação de Einstein n dá resposta a alguns enganos de interpretação da teoria eletromagnética de James Clerk Maxwell (1831 - 1879). Como exemplo, podemos citar o paradoxo produzido quando dois corpos carregados eletricamente são observados por um referencial co-móvel e outro em velocidade constante.

Uma investigação histórica mais cuidadosa revelará que Einstein não era o único a trabalhar sobre os paradoxos do eletromagnetismo . Nem foram de todo originais as suas idéias [Martins, 2005] . Hendrik Lorentz, George Fitzgerald e Henri Poincaré ré são nomes que não podem deixar de ser citados.

Em 1892, num trabalho em conjunto, H. Lorentz e G. Fitzgerald propuseram que os corpos sofreriam uma contração nos seus comprimentos quando viajam em em relação ao éter - - idéia muito semelhante àquela apresentada por Einstein em 1905.

No ano de 1904, motivado por críticas de H. Poincaré, H. Lorentz publicou uma síntese da sua teoria onde apresentou ao público as conhecidas transformações de coordenadas que receberam seu nome. Essas Transformações de Lorentz z tinham a propriedade de preservar a forma das equações de Maxwell entre dois referenciais inerciais, mas seu sentido físico ainda estava um pouco obscuro.

No mesmo ano, em conferência dada em Saint Louis, H. Poincaré enunciou o princípio segundo o qual l "as leis dos fenômenos físicos devem ser as mesmas, seja para um observador fixo, seja para um observador em movimento de translação uniforme; assim, não temos nenhum meio de discernir se somos ou não lelevados p por semelhante movimento". Trata-se exatamente do princípio da relatividade de Galileu enunciado por A. Einstein em 1905. Com esse pronunciamento e as transformações de Lorentz, o éter perde completamente sua razão de ser r [Bergia, 2005] .

Com isso, várias das idéias mais brilhantes atribuídas exclusivamente a Einstein, como a inexistência do éter, a dilatação do tempo e a contração das distâncias não eram mais originais em 1905. Contudo, cocoube a A. Einstein fazer uma síntese do pensamento da sua época e preencher o esqueleto das transformações de significado físico.

Embora possam ser apontadas algumas fortes divergências conceituais entre as publicações de Einstein e seus contemporâneos, percebemos que Einstein não foi original nas suas respostas aos paradoxos da teoria clássica .

Discutir a real participação de Einstein na teoria é uma porta para desfazezer o mito do gênio isolado conforme discutiremos a seguir. Por outro lado, a apresentação dos paradoxos do eletromagnetismo estimula a turma a construir pontes com o conhecimento ministrado no terceiro ano do ensino médio. Ensinar teoria da relatividade a partir de sua motivação teórica nos leva a um diálogo instigante da física com a própria física.

## 2.2 O fator sócio -econômico

Mais que falar sobre história da ciência, buscamos estratégias que nos permitam estabelecer um diálogo interdisciplinar com a história ministrada nas escolas de educação básica. Dado que essa disciplina é primeiramente marxista e de natureza econômica, seria necessário encontrar fa tores sócio -econômicos s que tenham motivado as publicações de 1905.

Os elementos históricos desejados puderam ser encontrados num artigo escrito por Peter Galisson n publicado na revista Ciência e Ambiente [Galisson, 2006]. Segundo ele, não só a cidade de Berna, onde Einstein viveu por muitos anos, mas toda a Europa passava por dificuldades no que diz respeito à sincronização dos relógios públicos. Já era possível produzir relógios de alta precisão, mas a maioria deles ainda marcava o horário local l da cidade.

Até o advento das grandes ferrovias, decorrente da revolução industrial, não era necessária uma ampla sincronização dos relógios. Mais de um século depois da revolução industrial, a relação da sociedade européia com o tempo ainda sofria convulsões. Em 1891, Alemanha ainda contava com cinco horários diferentes.

Dada a multiplicidade dos horários existentes, as linhas de transporte ferroviário sincronizavam seus serviços com o relógio da matriz. Em 1880, por exemplo, um trem da companhia Paris -Lyon-n-Mediterrrranée que chegagasse a Genebra, tereria seu horário agendado conforme a matriz parisiense (quinze minutos atrasado em relação ao horário local de Genebra). Para o sistema ferroviário e para a comunicação militar, essa multiplicidade de horários causava muita coconfusão. Precisando resolvê -la, foi necessário refletir sobre a melhor forma de sincronizar relógios distantes , reduzindo com isso a quantidade de horários locais .

É exatamente sobre a regra de sincronização dos relógios que surge a teoria da relatividade especial. Dessa forma, encontramos uma estreita relação entre a física moderna e as demandas econômicas s e militares na Europa .

As mudanças nas relações sociedade/economia/tempo não se restringem às ferrovias. Enquanto a atividade econômica foi i predominantntemente agrária, artesanal e mercantil , a noção social de tempo era de natureza cósmica - - estritamente ligado com a periodicidade dos fenômenos naturais como dia, noite, estações do ano, e etc. Mesmo porque o número dos cidadãos que dependiam das colheitas ainda era muito grande. A revolução industrial substitui progressivamente esse tempo cósmico por um tempo próprio de natureza abstrata para o qual l os fenômenos naturais têm importância secundária. Conforme a vontade do patrão, e a necessidade de manter sua ua fábrica funcionando continuamente, operários eram alocados para as madrugadas. Assim, a revolução industrial fez a jornada diária de trabalho transbordar os limites entre aurora e crepúsculo, que perderam sua relevância. Com a redução do número de camponeneses e o surgimento do proletariado empregado nas fábricas, a atividade comercial deixou de ser regulada diretamente pelas estações do ano, pelos períodos de colheita e semeadura.

Assim vemos que, para o cidadão europeu comum, morre a noção cósmica de tempmpo - tipicamente Newtoniana - e nasce uma nova idéia de um tempo particular e abstrato, regulado primeiramente p pelas necessidades do patrão.

Todos os pesquisadores e pensadores escrevem a partir de um contexto social e econômico muito específico que norma lmente influencia suas produções. Com A. Einstein não foi diferente. À moda do seu contexto, ele soube reformular a relação da teoria física com o tempo, libertando-se do tempo cósmico de Isaac Newton. Estabeleceu com isso um tempo próprio que pode ser percebido em medidas diferentes por referenciais inerciais distintos.

## 2.3 O fator político-cultural

O artigo Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento traz um rompimento profundo e inédito com a percepção newtoniana de tempo e espaço absolutos. O tom inovavador da teoria,

iluminado pelo contexto político-cultural em que ela surge, aponta sua relação com a mudança de mentalidade pela qual passaram m o homem e a mulher na Europa do início do século XX.

Se olharmos para o que acontece no mundo enquanto é desenvolvida a física moderna, perceberemos que , em tudo , o século XX representou revolução, rompimento e desencanto. Nas palavras do músico Inglês Yehudi Menuhin: "Se eu tivesse que resumir o século XX, diria que despertou as maiores esperanças já concebidas pela la humanidade e destruiu todas as ilusões e ideais."

Em meados do século XVIII ocorreu na Inglaterra uma primeira onda de inovações técnicas chamada Revolução Industrial. Tal revolução foi se espalhando pelo mundo e alterando relações econômicas, sociais, políticas e culturais. A nova onda que sucedeu nas últimas décadas do século XIX não foi, contudo, uma simples expansão do processo de industrialização que começara na Inglaterra um século antes. A revolução industrial l inglesa, na mais estrita acepção, ou seja, a revolução do carvão e do ferro, implicou a extensão gradual do uso de máquinas, o surgimento do proletariado e uma profunda mudança nas relações de trabalho.

A segunda revolução industrial foi diferente. Para começar, foi mais profundamente científica e menos dependente das "invenções" de homens "práticos" de treino científico ralo ou inexistente. A idade do carvão e do ferro fora substituída em 1870 pela era do aço, da eletricidade, do petróleo e dos produtos químicos s [Geoferey,1973] .

Foi contudo por volta dos anos 1900 que a industrialização começou a exercer sua influência nas condições de vida das massas. Esse processo de popularização dos bens tecnológicos, embora acentuasse algumas desigualdades sociais, foi acompanhado do surgimento de uma fafabulosa cultura de valorização do saber científico.

No início do século XX todo o mundo ocidental apostava no desenvolvimento tecnológico como a saída para os t todos p problelemas sociais. Por isso dizemos que a transição do século XIX para o século XX, momento em que as teorias modernas foram gestadas, é um tempo em que impera uma cultura de revolução e esperança.

Sigmund Freud (1856 - 1939) e Charles Darwin (1809 -1882) são dois dodos eminentes contemporâneos de Einstein conhecidos por ditar alguns caminhos da a ciência na Europa. A psicanálise de Freud e o evolucionismo de Darwin foram, ao seu tempo, fortes sinais de revolução e rompimento com o pensamento científico até então estabelecido.

Nas artes, em 1914, praticamente tudo aquilo que se pode chamar de modernismo já se encontrava vivo. Dentre essas tendências vemos: o cubismo; o abstracionismo puro na pintura; o expressionismo; o funcionalismo e ausência de ornamentos na arquitetura; o abandono da tonalidade na música e o rompimento com a tradição na literatutura a [Hobsbawn, 1995] . Para todos esses movimentos da vanguarda européia, inovação e rompimento são palavras de ordem.

No campo da política, o início do século XX assiste às duas grandes guerras mundiais. Destruída e humilhada após a primeira guerra, a Alemanha dá a luz a um Hitler e sua ditadura capitalista.

Surgem movimentos sociais de mulheres e negros lutando contra todas as expressões machistas e racistas inculcadas no pensamento da época. Tais movimentos também apresentam uma forte veia inovadora e uma tendência ao rompimento extremo como o pensamento estabelecido [Hobsbawn, 1995] .

Finalizando, do ponto de vista cultural, tudo o que diz respeito ao século XX remete ao mesmo ideal de rompimento e inovação presentes nas publicações de Einstein, n, seguido, contudo de decepção. Portanto, por esse nó, é possível ligar à física todo o pensamento contemporâneo da sociologia, psicologia, biologia, literatura, pintura...

## 3. Aspectos Estruturais

Dado que o conhecimento histórico facilita a somente parte do processo de elaboração metodológica, decidimos expor aqui dois outros aspectos que julgamos necessários a um ensino escolar duradouro e libertador, em se tratando da teoria especial da relatividade.

## 3.1 O real valor da genialidade

Em se tratando de produção científica, Albert Einstein é certamente a figura mais popularizada dentro e fora das escolas. São inúmeros os materiais que arrogam para ele o posto de gênio isolado e autor das idéias que revolucionaram o pensamento moderno. Certamente suas publicações representaram um grande passo para o desenvolvimento da nossa compreensão da natureza, mas alguns estudos já amplamente divulgados indicam com segurança que seu trabalho não pode ser percebido isolado das outras produções científicas da sua época.

Dada a infinidade de fatores históricos que implicaram o surgimento da teoria da relatividade, ousamos dizer até que o início do século XX pediu um Einstein. Talvez não fosse aquele mesmo Albert nascido em 14 de março no sul da Alemanha, mas algum outro que, percebendndo as necessidades do seu tempo, inauguraria uma teoria equivalente.

O ensino de física moderna nas escolas precisa substituir a idéia de que ciência é algo produzido por mitos distantes que só podem ser encontrados nos livros. Seremos mais fieis ao devir histórico e mais estimulantes se passamos aos alunos a noção de que os gênios surgem na medida em que o homem e a mulher se lançam em favor das demandas do seu tempo. A figura do gênio está mais próxima de um papel social que de uma pessoa predestinada ao sucesso.

## 3.2 O conceito exato

No nosso levantamento de textos disponíveis , encontramos uma série deles que apresentam equívocos ou conceitos questionáveis. Muitos materiais publicados se distanciam das interpretações conceituais corretas e apresentam conceititos inexatos. Em outros casos, esquivam-m-se do cerne das discussões, permanecendo à margem do fundamental. Desse último caso podemos citar o exemplo do paradoxo dos gêmeos. Frequentemente é citada essa questão do paradoxo, mas são raríssimos os textos que apapresentam o paradoxo dos gêmeos em sua essência.

Uma metodologia adequada de ensino de física não pode abrir mão de ensinar os conceitos com seu significado exato, evitando formulações alternativas que se desviem do sentido apresentado nos artigo originaisis. Os elementos históricos devem enriquecer, jamais substituir o esforço formal e matemático intrínsecos ao espírito da pesquisa.

## CONCLUSÃO

A despeito da crença de vários profissionais de ensino de física, é perfeitamente possível lecionar e avaliar os alunos da educação básica nos conteúdos da física moderna sem que para isso seja necessário recorrer a subterfúgios ou equívocos conceituais.

A partir do conhecimento histórico da gênese da teoria da relatividade especial é possível provocar um diálogo com m outros saberes escolares muito raramente relacionados com a física. Também é o conhecimento histórico que nos permite substituir a física dos mitos pela física dos humanos comuns, colocando o aluno em papel de destaque social, enfatizando seu potencial produtivo e criativo.

## BIBLIOGRAFIA

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Hobsbawn, Eric. 1995. As artes: 1914 -45. In: Era dos extremos: o breve século XX: X: 1914 -1991. São Paulo, Companhia das Letras, pp.: 178-197.

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Geoferey, Barraclough. 1973. I Introdução à história contemporânea. Rio: Zahar.