ILUSTRAÇÕES EPISTEMOLÓGICAS EM ALGUMAS ATIVIDADES DE EINSTEIN

## ILUSTRAÇÕES EPISTEMOLÓGICAS EM ALGUMAS ATIVIDADES DE EINSTEIN

## Luiz H. M. Arthury , Eduardo A. Terrazzan 1 2

1 Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica, UFSC, luizarthury@gmail.com 2 Universidade Federal de Santa Maria, eduterrabr@yahoo.com.br

## Resumo

Diante das sugestões em se tratar a natureza da ciência como um conteúdo a ser trabalhado no ensino de física, de modo a propiciar ao aluno um entendimento dos processos de construção do conhecimento científico adequado ao seu nível de ensino, propomos que uma abordagem com diferentes e concomitantes vertentes epistemológicas possa ser engendrada para esse fim. Para ilustrar essa possibilidade, fizemos uma breve reflexão epistemológica de alguns episódios dos trabalhos do físico Albert Einstein, mais particularmente relacionados com a gravitação, a sua denominada Relatividade Geral. Essa reflexão foi embasada nas filosofias da ciência delineadas por Karl Popper, Imre Lakatos e Paul Feyerabend, procurando estabelecer uma correspondência entre os aspectos principais de suas idéias e aquelas desenvolvidas por Einstein. Não pretendemos apresentar pormenorizadamente as epistemologias desses autores, mas caracterizá-las de modo geral, para ilustrar alguns aspectos da natureza da ciência em uma abordagem plural, visando sua utilização no ensino de física.

Palavras-chave : Natureza da Ciência, HFC, Física Moderna.

## Introdução

A aproximação entre história e filosofia da ciência e ensino de ciências produziu um bom número de trabalhos nesta última década (Cachapuz et al., 2008, Silva et al., 2013). As justificativas para essa aproximação são importantes, seja porque existem afinidades potenciais entre os processos de construção de conhecimento científico e apreensão de saberes escolares pelos alunos (Villani, 2001), seja porque uma preocupação histórica pode otimizar o entendimento dos próprios conceitos físicos, ou seja porque trabalhos embasados epistemologicamente podem contribuir para uma compreensão mais adequada da atividade científica (Moreira e Ostermann, 1993, Praia et al., 2002). Em relação a esta última possibilidade, destacam-se trabalhos que promovem uma abordagem didática que visa tratar a Natureza da Ciência (NdC) em sala de aula, em diferentes níveis de ensino (Moreira et al., 2007, Teixeira et al., 2009, Almeida e Farias, 2011, Forato et al., 2011)

Mesmo havendo discordâncias entre os epistemólogos , existem pontos 1 convergentes factíveis de estruturar estratégias de ensino preocupadas em passar uma imagem mais adequada para o funcionamento da ciência (Moreira e Ostermann, 1993, Silveira e Ostermann, 2002, Silveira e Peduzzi, 2006, Praia et al, 2007). Todo professor, assim como todo cientista, possui concepções epistemológicas, ainda que implícitas. Mesmo que o professor não faça uma reflexão epistemológica em suas atividades, ele acabará por transmitir seu modo de

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26 a 30 de janeiro de 2015

ver a atividade científica aos seus alunos. Ora, para evitar passar imagens distorcidas dessa atividade, comuns mesmo entre professores de ciências (Fernández et al. 2002, Chinelli et al., 2010), nada melhor que, conscientemente, tomar parte nestas reflexões. Se não para trabalhar sistematicamente com seus alunos, ao menos para enriquecer seu discurso em sala, de modo a formar uma imagem da ciência mais adequada aos seus ouvintes e a ele próprio.

Procurando contribuir com essa discussão, exemplificaremos algumas possibilidades de se tratar a NdC, por meio de episódios da história da ciência relativos às atividades de Albert Einstein, mais especificamente seus estudos com a gravitação. Intentamos discutir as caracterizações da atividade científica oferecidas pelas filosofias de Popper, Lakatos e Feyerabend, alertando para a insuficiência de qualquer tentativa de sistematização dos processos de construção de conhecimento científico. Não é nossa intenção apresentar detalhadamente as epistemologias referidas, mas lembrar alguns de seus principais elementos, como as noções de falseabilidade e corroboração (Popper), núcleo firme e cinturão protetor (Lakatos), e dadaísmo epistemológico (Feyerabend).

## Einstein e a física moderna

No final do séc. XIX a física estava praticamente concluída. Ao menos era o que pensavam alguns cientistas, devido ao enorme sucesso explicativo de teorias como a mecânica newtoniana e o eletromagnetismo (Segré, 1987). Max Planck, considerado como o pai da física quântica, não estava disposto a abandonar as bases clássicas da física. Sua relutante solução para o problema da radiação de corpo negro sempre foi encarada por ele como um subterfúgio mais matemático que físico e, quando Einstein resolveu levar sua idéia, de Planck, dos pacotes discretos de energia trocados entre as paredes do sistema e a radiação eletromagnética a um patamar de lei geral para toda radiação eletromagnética, não gostou da idéia. Chegou mesmo a justificar sua indicação de Einstein à Academia Prussiana de Ciências, dizendo que não se deveria cobrar muito dele 'só porque nas suas especulações ele ocasionalmente possa ter deixado de acertar, como na sua hipótese dos quantas de luz' (Planck, citado em Ohanian, 2009, p. 183).

Essa generalização da quantização de Planck subsidiou um dos trabalhos de Einstein em 1905, que mais tarde lhe renderia o Nobel . Mesmo admirando 2 profundamente Newton, Einstein aceitou de bom grado algumas concepções que poriam em cheque a mecânica newtoniana, concepções estas que, embora já fossem pensadas por outros cientistas antes dele , tornaram-se mais bem aceitas 3 depois de suas contribuições. Mas entremos um pouco no terreno destas contribuições, com um olhar epistemológico.

## Corroborando

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Popper nos chamou atenção para a idéia de que as teorias podem ser corroboradas, mas nunca efetivamente provadas. Mas uma teoria pode ser refutada, com uma experimentação que contrarie suas previsões.

Não exigirei que um sistema científico seja suscetível de ser dado como válido, de uma vez por todas, em sentido positivo; exigirei, porém, que sua forma lógica seja tal que se torne possível validá-lo através de recurso a provas empíricas, em sentido negativo: deve ser possível refutar, pela experiência, um sistema científico empírico (Popper, 1993, p. 42).

Quando Einstein terminou sua graduação no Instituto Politécnico de Zurique em 1900 (ano em que Planck fez sua relutante e revolucionária sugestão da quantização), não conseguiu rapidamente um cargo acadêmico, como queria, e não publicou nada significativo nos anos seguintes. Teve que aceitar um emprego em um escritório de patentes e, como ele mesmo mais tarde comentaria, foi o melhor que lhe poderia acontecer (Isaacson, 2007). Ali teve tempo suficiente para pensar nos problemas físicos que lhe interessava e, em 1905, estes pensamentos resultaram em quatro artigos que mudariam sua vida em poucos anos. Um desses trabalhos versava sobre a 'eletrodinâmica dos corpos em movimento', que em seguida seria batizada como relatividade restrita. Esta teoria postulava que a velocidade da luz era constante para todos os referenciais inerciais, e que as leis da física eram as mesmas em todos os referenciais. Percebendo a restrição desta teoria (por isso relatividade restrita ), uma vez que só se aplicava para sistemas que se movem relativamente a velocidades constantes, Einstein passou os dez anos seguintes em busca de uma generalização que permitisse estudar também sistemas acelerados. Temos assim a relatividade geral , que, uma vez finalizada em 1915, iria produzir pela primeira vez na história um cientista 'pop-star' (Isaacson, 2007). Entre outros, esta teoria lidava com um espaço geométrico, que se deforma com a presença de massa. Esta deformação está diretamente associada ao que conhecemos como gravidade, e por isso a relatividade geral é a teoria einsteiniana da gravitação.

Para Popper, as teorias devem ser corroboradas e resistir à refutação. Como corroborar a relatividade? Einstein tinha calculado que a gravidade, resultado da curvatura do espaço, poderia curvar a trajetória de um raio de luz, como o de uma estrela distante que passa nas proximidades de um corpo massivo, como o Sol (e que, portanto, só poderia ser visto durante um eclipse total, para não ofuscar a luz desta estrela distante). Mesmo sendo um desvio muito pequeno, para este caso da gravidade do Sol , já em 1914 houve tentativas para medi-lo, que não foram bem 4 sucedidas. Era a primeira guerra mundial, e Freundlich, um dos astrônomos que queria verificar o resultado de Einstein, teve sua missão frustrada ao ser confundido como espião (Isaacson, 2007). Cinco anos depois o mundo estava mais calmo, e o teste pode ser feito. O valor previsto foi efetivamente constado, sendo uma grande corroboração da teoria, que passou a ser conhecida como a nova teoria da gravitação.

Em 1914, quando da primeira tentativa para a medição da deflexão gravitacional da luz, havia um erro no valor calculado por Einstein, da ordem da metade do correto. Se a expedição de Freundlich lograsse êxito, o valor medido seria o dobro do previsto erroneamente por Einstein, e a relatividade estaria

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aparentemente refutada. Estaria mesmo? Em que medida um resultado negativo refuta uma teoria? O cientista busca uma refutação de sua teoria? Apesar de ser um guia heurístico para muitos cientistas, uma análise mais cuidadosa dos modos de operar destes parece que não encontra muito respaldo em um sistema essencialmente dependente da refutabilidade. Popper, naturalmente, estava ciente das dificuldades de se analisar o 'contexto da descoberta', e suas tentativas de elaborar uma heurística racional não devem ser vistas, de modo algum, como uma ingenuidade. Ele sabia que existem mais elementos a serem considerados. 'Minha maneira de ver pode ser expressa na afirmativa de que toda descoberta encerra um 'elemento irracional' ou 'uma intuição criadora...' (Popper, 1993, pg. 32). Segundo ele, isto não impede o cientista de proceder de uma forma racional, uma vez que muito do que se faz em ciência é 'lapidar' situações espúrias para entender seus significados e propriedades, e não seria diferente com as análises que se faz destes processos (Popper, 1993).

## Progredindo

Lakatos estava ciente de que só uma decisão metodológica por parte dos cientistas pode considerar uma teoria como refutada e, mesmo neste caso, nada garante que ela não possa se reerguer, ou seja, não só as teorias são provisórias, como suas refutações também podem o ser (Lakatos, 1979, p. 215).

Para Lakatos, as teorias, ou programas de pesquisa científica, possuem uma noção central que não está aberta, em princípio, à refutação. Este núcleo firme se manterá enquanto o programa for progressivo , ou seja, enquanto continuar explicando os fenômenos sem excessivos recursos a hipóteses ad-hoc 5 . As anomalias constatadas inicialmente serão devidamente acomodadas pelo cinturão protetor , um conjunto de hipóteses auxiliares e estratagemas adequadamente articulados para preservar o núcleo firme (Lakatos, 1979).

Só um novo programa de pesquisa poderá invalidar seu antecessor. Ou seja, não abandonamos um programa por sua degenerescência (incapacidade de acomodar novos fatos sem recursos a elementos ad-hoc ) apenas, mas pela progressão de um outro programa. A teoria newtoniana da gravitação nos deu um exemplo de sua progressão ao permitir prever a existência de Netuno, com base nas anomalias orbitais de Urano, uma ligeira diferença entre os valores calculados e os efetivamente constatados para esse planeta. Conforme terminologia de Lakatos, esta teoria apresentou uma grande força heurística , ou seja, uma capacidade para antever fenômenos posteriormente corroborados, um excesso de conteúdo altamente desejável a um programa de pesquisa. Neste caso, este excesso foi gerado pela hipótese de existência de outro planeta, responsável pela perturbação gravitacional de Urano. A descoberta do planeta Netuno foi uma grande corroboração do programa newtoniano (Silveira, 1996, p. 221).

Recurso idêntico seria utilizado para explicar anomalias também existentes com a órbita do planeta Mercúrio, uma precessão em seu periélio que o faz desviar da rota calculada pala mecânica newtoniana. Mas nenhum planeta próximo a Mercúrio foi encontrado para resolver a anomalia (Pais, 1995). Como sugere Lakatos, um programa só é suplantado por outro e, enquanto este outro não existia,

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a gravitação newtoniana continuou a ser amplamente utilizada na explicação dos fenômenos associados, mantendo a anomalia em um canto incômodo, mas que não podia invalidar o programa.

Ao generalizar sua teoria da relatividade, Einstein não tinha por objetivo resolver este problema em específico, mas acabou se apresentando como uma grande oportunidade de inicialmente testar sua heurística. A relatividade geral forneceu o resultado correto para o desvio do periélio de Mercúrio (Pais, 1995), deixando Einstein maravilhado com o poder de sua teoria. Porém, segundo Lakatos, este teste apenas não seria o suficiente, uma vez que um programa progressivo precisa não apenas explicar o que o programa rival não explica (sem contar os que ele explica, naturalmente), como também apresentar força heurística. 'Não se elaboram hipóteses científicas só para preencher lacunas entre os dados e a teoria, senão para predizer fatos novos' (Lakatos, 1979, pg. 214). A possibilidade então de medir a deflexão da luz seria uma grande oportunidade para isso.

- O fracasso da expedição de 1914 foi um tiro de sorte para Einstein. Isto permitiu que ele descobrisse seu erro a tempo, em 1915, e então comunicasse o mesmo para as equipes de astrônomos interessados na questão. Em 1919, equipes mandadas para Sobral, no nordeste brasileiro, e para a ilha de Príncipe, na costa da África, tinham então em mãos o resultado correto para testar. O resultado de Einstein estava lá, de acordo com as previsões da relatividade geral.

Lakatos sugere ainda que certa dose de dogmatismo pode ser necessária, para que o programa tenha tempo de mostrar sua força heurística (Lakatos, 1979). Por exemplo, em 1905, 'os melhores dados experimentais disponíveis sobre o aumento da massa com a velocidade pareciam estar mais de acordo com [...] outros modelos teóricos do que com a previsão de Einstein. [...] a teimosia de Einstein recusava-se a acreditar nisso. [...] A sua teimosia compensou. Pouco tempo depois, experimentos [...] encaixaram-se bem nas fórmulas de Einstein' (Ohanian, 2009, p. 54).

Embora tenhamos feito uma breve caracterização das epistemologias de Popper e Lakatos para subsidiar os episódios ilustrados, não temos dúvidas de que o mesmo poderia ser feito utilizando-se outras epistemologias. Assim, não é difícil perceber que, se diferentes epistemologias podem ser empregadas, surgirá alguém para dizer então que qualquer uma funciona, e também que nenhuma funciona. Tudo vale, portanto.

## Propagandeando

Paul Feyerabend foi contundente ao alertar quanto às limitações de nossas tentativas de racionalizar a pesquisa científica.

A História, de modo geral [...], é sempre de conteúdo mais rico, mais variada, mais multiforme, mais viva e sutil do que o melhor historiador e o melhor metodologista poderiam imaginar. [...]. Devemos realmente acreditar que as regras ingênuas e simplistas que os metodologistas adotam como guia são capazes de explicar esse 'labirinto de interações'? (Feyerabend, 1977, p. 19).

Em seu livro Contra o Método (1977), Feyerabend analisou, entre outros, os métodos de Galileu para fazer valer sua nova mecânica, mostrando como os sacrossantos princípios da metodologia científica não eram assim tão sacrossantos. Para Feyerabend, o que fez com que as idéias de Galileu, de uma Terra orbitando o Sol, persistissem, foi sua competência com a propaganda de sua teoria heliocêntrica, sua eloqüência ao defendê-la em seus livros. Semelhantemente,

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Eddington, que testou a deflexão da luz em 1919, foi um grande defensor da relatividade de Einstein, mas os resultados de outros experimentos apresentavam grande dispersão. Mas sua convicção (e de Einstein!) já estava plantada.

Costumamos ouvir o nome de Einstein e imediatamente associá-lo a uma ciência revolucionária, um gênio que só acertou. Se de fato algumas de suas contribuições à ciência merecem este apanágio, devemos ter cuidado ao associá-las a uma metodologia objetiva bem definida. Por exemplo, espera-se que um cientista lance hipóteses com base em sua teoria, que serão ou não posteriormente corroboradas. Mas não se espera que ele estipule valores e constantes de tal modo a simplesmente salvar seus interesses. Em relação a um de seus postulados da relatividade restrita, a constância da velocidade da luz, Einstein disse:

[...] na realidade não é nem uma opinião nem uma hipótese sobre a natureza física da luz, mas uma estipulação que posso adotar de acordo com o meu próprio livre-arbítrio para chegar a uma definição de simultaneidade (Einstein, citado em Ohanian, 2009, p. 128).

Naturalmente Einstein tinha boas razões para 'estipular' a constância da velocidade da luz a partir de incoerências causadas pelo tratamento maxwelliano de sistemas relativos. Mas isso seria, antes, uma hipótese . Por algum motivo ele não quis sugerir isso. 'Einstein tinha o direito de apresentar uma hipótese sobre a velocidade da luz, mas não uma estipulação. A velocidade da luz é uma constante ou não, e só uma medida pode definir o que ela é' (Ohanian, 2009, p. 129). Claro, agora sabemos que a estipulação de Einstein acabou se demonstrando correta, mas ele 'estava certo pela razão errada' (Ohanian, 2009, p. 136).

Particularmente interessante foi a tentativa de Einstein de manter o universo estático, de acordo com suas convicções, contrariando uma das previsões de sua própria teoria, a saber, a expansão do universo. Para isso, acrescentou um termo ad-hoc em sua equação do campo, a conhecida constante cosmológica, para anular o efeito indesejado. Ou seja, o cientista pode estar sujeito a critérios de decisão que transcendem, por vezes em muito, uma heurística racional, objetiva, para a atividade científica.

## Como Feyerabend explica então o sucesso da ciência?

[...] os cientistas não resolvem os problemas por possuírem uma varinha de condão, [o método científico], mas porque estudaram o problema por longo tempo e conhecem bem a situação, [...] e porque os excessos de uma escola científica são quase sempre contrabalançados pelos excessos de alguma outra escola (1977, p. 457).

Ou seja, a ciência acaba sendo positivamente auto-reguladora, uma vez que idéias concorrentes estarão em franca discussão. Não temos problemas em aceitar que os procedimentos de justificação sejam coerentes com um ideal de razão, mas devemos nos colocar em uma posição mais atenta em relação aos modos de construção de conhecimento científico. As idéias científicas

Sobreviveram graças ao preconceito, à paixão, à presunção, aos erros, à pura teimosia; em suma, graças ao fato de todos os elementos que caracterizam o contexto da descoberta se haverem oposto aos ditames da razão [...] (Feyerabend, 1977, p. 239).

Desde que esclarecidamente gerenciadas, não há que temer que essas idéias venham a minar uma desejável 'razão'. 'A verdade nunca perde em ser confirmada'.

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## Considerações finais

A ciência é uma atividade essencialmente humana e, como tal, não pode se restringir a um conjunto de regras fixas, que impossibilitariam seu desenvolvimento. A ciência é uma busca pretensamente objetiva do conhecimento, com resultados que atestam sua força, mas isso não significa que sigamos um método específico bem delimitado, uma receita infalível, para tal (Moreira e Ostermann, 1993, Silveira e Ostermann, 2002, Silveira e Peduzzi, 2006). E essas não são colocações mutuamente excludentes.

O caminho errático, imprevisível, [que os cientistas] seguem nas suas caminhadas desafia a lógica e em geral parece totalmente incompreensível, e, ainda assim, no fim leva a um resultado perfeitamente sensível e lógico (Ohanian, 2009, p. 406).

Um texto didático com a proposta de discutir a NdC com uma abordagem plural, ou seja, com discussões embasadas em diferentes vertentes epistemológicas, está sendo implementado pelos autores deste trabalho, e seu perfil geral, bem como alguns resultados e considerações oriundos de uma unidade de ensino implementada em turmas do Ensino Médio, será apresentado em um próximo trabalho.

Diferentes visões epistemológicas podem ser trabalhadas junto aos alunos de modo a permitir que eles construam sua própria, mais embasada no que conhecemos a partir dos estudos com a história e filosofia da ciência. A atividade científica tem múltiplas facetas, e sempre estaremos perdendo algo de sua essência ao limitá-la a uma única forma de análise.

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