ARTHUR S. EDDINGTON PROVOU A TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL? UMA PROPOSTA DE ATIVIDADE HISTÓRICA PARA DISCUTIR A NATUREZA DA CIÊNCIA

## ARTHUR S. EDDINGTON PROVOU A TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL? UMA PROPOSTA DE ATIVIDADE HISTÓRICA PARA DISCUTIR A NATUREZA DA CIÊNCIA

## Flávia Polati & Danilo Cardoso 1 2

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Doutoranda do Programa de Pós-Graduação Interunidades em Ensino de Ciências/USP, flaviapolati@gmail.com

2 Doutorando do Programa de Pós-Graduação Interunidades em Ensino de Ciências/USP, danilo.cardoso.fis@gmail.com

## Resumo

Apresentamos neste trabalho uma proposta de atividade histórica investigativa para o ensino da natureza da ciência através de um estudo de caso histórico sobre os caminhos do astrônomo inglês Arthur S. Eddington na expedição do Eclipse Solar de 1919. Para esta atividade, realizamos um estudo de caso histórico de alguns dos acontecimentos e da 'Grande Guerra' (1914-1918) que influenciaram os procedimentos desta expedição, até divulgação dos resultados à comunidade científica e à população em geral, que culminaram na grande repercussão deste episódio como a 'prova' da Teoria da Relatividade Geral. Esta atividade resultou em um texto na forma de 'Narrativa Histórica Investigativa' baseada na metodologia proposta por Allchin (2013). Ao longo da narrativa, buscamos propor momentos de discussões explícitas acerca da natureza da ciência com as questões do tipo 'Pense', em que os estudantes são convidados a se posicionar frente a alguma decisão no contexto da história narrada. As questões evidenciavam decisões e tensões que envolvem a prática científica como os conflitos políticos e ideológicos, as influências de aspectos culturais e sociais na conduta científica, os critérios para financiamento da ciência, o papel da comunicação científica na aceitação de novas teorias, as influências de visões de mundo pessoais dos cientistas. Com esta atividade, buscamos além de promover reflexões explícitas sobre a NdC, problematizar a história comumente difundida de que os trabalhos de Eddington na expedição do eclipse solar de 1919 teriam 'provado' experimentalmente a Teoria da Relatividade Geral, mostrando assim com este caso histórico que a prática científica pode ir além da racionalidade científica, sendo influenciada por questões políticas, crenças pessoais e pela comunicação científica.

Palavras-chave : Natureza da ciência, estudo de caso histórico, atividade histórica investigativa, Arthur Stanley Eddington, expedição do eclipse solar de 1919.

## Introdução

Na literatura em ensino de ciências há uma ampla defesa acerca da necessidade de ensinarmos não somente os conceitos científicos, mas também o desenvolvimento da ciência. Em linhas gerais pode-se dizer que há atualmente um consenso acerca da importância de ensinar sobre a ciência, o que inclui discutir junto aos conceitos científicos elementos da construção e da prática científica.

Nas últimas décadas, diversas pesquisas internacionais e nacionais têm defendido o uso da HFC para também ensinar aspectos que evidenciem as maneiras como a ciência se desenvolve e os fatores que a influenciam. Esse movimento envolve uma defesa acerca do ensino de aspectos denominados 'Natureza da Ciência' (NdC).

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23 a 27 de janeiro de 2017

- O ensino de elementos da NdC tem sido defendido também como um importante componente da alfabetização científica (AC) do cidadão contemporâneo (LEDERMAN, 2007). Entretanto, não há uma definição única sobre o que significa ser alfabetizado cientificamente (ROBERTS, 2007) e sobre quais temas da NdC devem ser essencialmente levados para a sala de aula.

Allchin e colaboradores (2014) partem da visão funcional da alfabetização científica (RYDER, 2001), cuja premissa básica é que os estudantes ' devem desenvolver uma compreensão ampla de como a ciência funciona para interpretar a confiabilidade das afirmações científicas nas tomadas de decisões, públicas ou pessoais ' (ALLCHIN, 2013, p.4, tradução nossa). Cabe assim aos diversos autores delimitarem seus posicionamentos, de acordo com principalmente seus objetivos educacionais específicos de cada contexto escolar (ALLCHIN, 2014; 2012).

Na pesquisa em ensino de ciências atual encontramos diversas estratégias para levar discussões acerca de conhecimentos da NdC à sala de aula, através de diferentes abordagens e enfoques. Allchin e colaboradores (2014), por exemplo, defendem que o ensino de aspectos de NdC deve ocorrer através de casos concretos que envolvam a produção da ciência, seja através de casos históricos, contemporâneos, atividades investigativas ou então através de uma abordagem complementar desses diferentes tipos de estratégias (ALLCHIN et all, 2014).

Dessa forma, apresentamos neste trabalho uma proposta de atividade para o ensino de elementos da NdC, através de uma abordagem investigativa histórica sobre os desdobramentos do astrônomo Arthur S. Eddington na expedição do Eclipse Solar de 1919. Esta atividade seguiu a metodologia proposta por Allchin (2013), que resultou em um estudo de caso histórico que 'integra os conteúdos científicos, as habilidades da ciência em processo e os elementos da natureza da ciência' (ALLCHIN, 2013, p.165). Esta atividade visa, sobretudo, engajar estudantes em reflexões sobre questões que envolvem a produção da ciência.

## Os bastidores e a metodologia da construção da narrativa histórica

Este trabalho originou-se de um recorte de uma narrativa construída pelos autores durante uma disciplina de pós-graduação sobre 'Ensino de História e Natureza da Ciência', oferecida no segundo semestre de 2015 pelo historiador da ciência estadunidense Douglas Allchin, em uma universidade pública de São Paulo. Em linhas gerais, nesta disciplina deparamos com diversos caminhos para o ensino e a aprendizagem de questões da NdC a partir de principalmente casos históricos.

Em meio a este contexto, desenvolvemos como trabalho de fim de disciplina uma narrativa investigativa histórica sobre os caminhos do astrofísico inglês Arthur Stanley Eddington (1882 - 1944) nas expedições do Eclipse Solar Total de 1919. Tais expedições ocorreram em Sobral (Brasil) e na Ilha Principe (costa oeste da África) e se tornaram popularmente conhecida como uma das primeiras 'provas experimentais' da Teoria da Relatividade Geral.

A construção da narrativa envolveu tanto a leitura de fontes históricas secundárias atuais (EINSENSTEADT & VIDEIRA, 1995; VIDEIRA, 2005; ALMASSI, 2009), como artigos da biografia de Eddington (STANLEY, 2003; 2008), quanto a leitura da alguns dos relatos originais de Eddington e Dyson, seu principal colaborador na expedição de 1919 (DYSON, 1917; DYSON et all 1920).

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Ao longo da narrativa buscamos problematizar diversos aspectos da NdC, tais como: o papel das crenças pessoais religiosas e ideológicas do cientista em sua conduta científica; a influência dos conflitos políticos e sociais da 'Grande Guerra' (1ª Guerra Mundial) nesta expedição, visto que o caso aborda a tentativa de um inglês em testar uma teoria desenvolvida por um alemão, em um período de tensão entre suas nações; os critérios de financiamento científico em períodos de guerra; o papel dos experimentos pontuais na comprovação de uma teoria científica; a divulgação das ciências aos pares e à população em geral, dentre outros.

Em momentos chaves da história propomos questões denominadas 'Pense' (tradução livre do termo 'Think' proposto por Allchin). Com estas questões, os estudantes são convidados a se posicionarem juntamente com o cientista em foco, fazendo parte daquela investigação científica, vivendo alguns dos emblemas e das decisões que envolvem prática científica real (ALLCHIN, 2013, p.165).

Tais questões apresentam um estilo de 'questões abertas', em que mais do que uma resposta pode ser válida, e o objetivo central consiste em o próprio estudante se posicionar naquele acontecimento e atuar como um 'cientista', o que envolve inúmeras tomadas de decisões sobre o fazer científico. Buscamos assim com os Penses promover um engajamento dos estudantes em reflexões acerca de como a ciência é construída, e como ela está sujeita a decisões que envolvem tanto as crenças pessoais como influências de aspectos culturais e sociais.

Além disso, para garantir que o estudo de caso situasse os estudantes em um contexto histórico original e promovesse um engajamento na busca pelo aprendizado da natureza da ciência, esta metodologia envolveu a narração de uma história com o uso dos verbos no presente, visto que mesma devesse ser narrada como se os acontecimentos estivessem ocorrendo naquele momento da história.

Ao final buscamos também com esta atividade problematizar a interpretação difundida em muitos materiais didáticos de que Eddington e sua equipe teriam obtido a primeira 'prova' experimental da Teoria da Relatividade Geral (TRG) com a expedição de 1919. Evidenciamos durante a narrativa que os objetivos de Eddington foram além dos puramente científicos, envolvendo crenças pessoais e disputas entre cientistas de diferentes nações envolvidos em um período de Guerra, em que a mídia e os meios de comunicação desempenharam um papel crucial na divulgação dos resultados desta expedição da ideia de que Eddington teria provado a TRG.

A narrativa construída originalmente apresenta-se com uma extensão de 18 páginas e foi pensada para ser desenvolvida em cursos de formação inicial ou continuada de professores de Física ou Ciências. Ao total, propomos 14 questões do tipo 'pense' . Na sessão seguinte apresentamos a narrativa que, por limitações da extensão deste trabalho, optamos por apresentá-la na forma de uma 'metanarrativa', em que contamos uma história sobre a narrativa construída, enfatizando os pontos que julgamos centrais.

## Arthur S. Eddington e a expedição do Eclipse Solar de 1919: uma metanarrativa da narrativa histórica investigativa

A narrativa inicia-se na reunião da British Association for the Advancement of Science (BAAS) em 1914 na Austrália. É feita uma breve descrição do contexto, com a intenção de fazer com que os estudantes imaginem-se integrantes daquela reunião. Enfatizamos as notícias que são recebidas em meio à reunião, sobre os

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recentes acontecimentos políticos na Europa mostrando, mais especificamente, a declaração de guerra entre o Império Austro-Húngaro e Sérvia e o apoio das potências Alemanha e Rússia a estes países.

Em meio às preocupações com a situação política na Europa, destacamos as do astrônomo Arthur Eddington, personagem central da narrativa. Eddington era um Quaker e, como tal, tinha como princípio fundamental o pacifismo (STANLEY, 2003). Neste momento, reproduzimos uma carta de Eddington à sua mãe, em que ele mostra preocupação sobre a possibilidade da Inglaterra também participar desta guerra.

Dias depois a Inglaterra também declara guerra contra os países aliados à Alemanha. Em meio a este clima, Oliver Lodge, presidente da BAAS, faz um pronunciamento a todos durante um jantar oficial dizendo, dentre outras palavras, que 'A ciência está além de qualquer política' (STANLEY, 2003, p.63). A partir do pronunciamento de Lodge, propomos o primeiro momento de reflexão:

Imagine que você está nesta reunião e que após este jantar um cientista pergunta sua opinião sobre o pronunciado de Lodge. O que você responderia? De que forma você acredita que os conflitos políticos podem afetar ou não a conduta da ciência?

Os conflitos se intensificam em 1915, com o uso de bombas de gás. Há um clima de hostilidade disseminado na Inglaterra e em outros países aliados contra o povo alemão, que era caracterizado como bárbaros. Este clima hostil se disseminou, também entre os cientistas. Em maio de 1916, um ataque especialmente violento contra os cientistas alemães é publicado na revista britânica mensal sobre Astronomia The Observatory . Nesta publicação, o astrônomo inglês Herbert Hall Turner diz que já não é possível, neste momento, manter a posição declarada por Oliver Lodge no jantar durante a reunião da BAAS, em 1914. Turner defende que muitos cientistas não veem como manter as boas relações e 'enfrentar a zombaria de novos entendimentos e compromissos com esta nação [Alemanha]' (STANLEY, 2003, p.63). Partindo desta publicação, propomos aos estudantes se colocarem na posição de Eddington e esboçarem uma reação a tal situação:

Sendo Eddington, o que você poderia fazer para ir contra a segregação entre os cientistas de diferentes países? Esta é uma questão que envolve a ciência ou apenas o posicionamento político pessoal? Você acha que escrever à revista The Observatory respondendo com uma declaração pacifista seria um bom caminho, ou isso é inadequado para uma revista científica? O que uma carta como esta poderia dizer?

O objetivo deste pense é que os estudantes projetem possíveis atitudes que Eddington poderia vir a tomar, levando em conta suas crenças e sua conduta científica. Após a reflexão dos estudantes, continuamos com os desdobramentos da história, focando na carta 'O Futuro da Ciência Internacional', escrita por Eddington e enviada à revista (STANLEY, 2003, p.64), na qual expõe argumentos favoráveis à cooperação científica entre os países, especialmente em uma área do conhecimento como a Astronomia, que exige, dentre outras coisas, que sejam feitas pesquisas em outros países, como medições de eventos que muitas vezes não ocorrem no país do próprio cientista.

Eddington passa a ser reconhecidamente defensor da cooperação internacional entre os cientistas. Este posicionamento, assim como seu cargo como secretário na Royal Astronomical Society (RAS), fez com que muitos cientistas estrangeiros entrassem em contato com Eddington, a fim de divulgar ideias

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científicas provenientes, muitas vezes, de países tidos como inimigos. Um desses contatos foi o do cientista holandês Willem de Sitter (1872 - 1934), chamando sua atenção para os mais recentes trabalhos feitos por um jovem cientista alemão, Albert Einstein. De Sitter destaca o artigo intitulado ' Os Fundamentos da Teoria da Relatividade Geral ', publicado em 1916 na revista alemã Annalen der Physik .

Esta recente teoria de Einstein era capaz de explicar satisfatoriamente um problema em aberto há mais de um século, a precessão do periélio de Mercúrio. Isto chamou a atenção dos astrônomos e fez com que essa teoria passasse a ser discutida. Eddington afirma a De Sitter que há interesse por esta nova teoria na Inglaterra, embora ninguém ainda estivesse apto a ler o original de Einstein. Com o intuito de disseminar as recentes ideias de Einstein na Inglaterra, Eddington propõe uma apresentação sobre a TRG na reunião anual da BAAS, em dezembro de 1916 (STANLEY, 2003, p.69).

Ainda que Eddington já houvesse tido contato com a Teoria de Einstein, ele ainda não conhecia os avanços recentes. De Sitter e Eddington passaram então a dialogar intensamente sobre a TRG. Um dos problemas experimentais conhecido por Eddington e proposto pela TRG era o do desvio da luz quando próximo a um corpo muito massivo, como o Sol, proposto por Einstein em 1911 e reapresentado em 1916 com um novo valor para o desvio, o dobro do previsto em 1911 (EINSENSTEADT & VIDEIRA, 1995; VIDEIRA, 2005).

Eddington era um dos únicos defensores da Teoria da Relatividade Geral (STANLEY, 2003, p.71). As principais críticas à TRG eram: carência de evidências experimentais e a dificuldade técnica imposta por suas formas matemáticas . 1 Contudo, alguns cientistas da RAS mostraram interesse em testar algumas previsões da TRG, embora ainda céticos a esta nova teoria. Dentre eles, estava Frank Watson Dyson (1894 - 1906), astrônomo real Britânico e ao mesmo tempo diretor do Observatório de Greenwich, bastante influente no meio científico.

Os cientistas sabiam que existiam duas principais possibilidades de teste: observações com espectroscópios a fim de verificar um red shift gravitacional previsto pela teoria e observar posições de estrelas a fim de verificar se sua luz sofre desvio ao passar rasante ao Sol.

Para a época, a segunda observação era mais plausível, considerando os equipamentos disponíveis. Os cientistas esperavam três possíveis resultados: 0,83 segundo de arco, chamado posteriormente de 'meio desvio', previsto em 1911; 1,75 segundo de arco, chamado 'desvio completo', previsto em 1916; ou, ainda, um 'desvio nulo', isto é, a luz não sofreria desvio em seu caminho. O desvio nulo e o meio desvio confirmariam a já consolidada Teoria da Gravitação Universal, proposta pelo inglês Isaac Newton. Já o desvio completo corroboraria a TRG, do alemão Albert Einstein (EINSENSTEADT & VIDEIRA, 1995, p.30).

Em um primeiro momento, Dyson busca por chapas fotográficas registradas em um eclipse em 1905 (DYSON, 1917, 445-446). Contudo, os dados não eram suficientes para qualquer conclusão bem fundamentada.

A partir de então passou-se a cogitar uma expedição para fazer as medidas necessárias, indicando o eclipse de 1919 como uma formidável oportunidade de

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teste da TRG (DYSON, 1917). Em 1917 é criado comitê para o planejamento de possíveis expedições em 1919 (STANLEY, 2003, p.72). São investigadas as condições da ocorrência do eclipse, como localização geográfica, grupo de estrelas que seria observado, equipamentos necessários, etc.

Sabia-se que o Sol no eclipse de 1919 estaria no centro de um grupo de estrelas bastante brilhantes, conhecido como 'Aglomerado de Híades'. O grupo de cientistas decidiu que havia três possíveis regiões para a observação: nordeste do Brasil, na cidade de Sobral; Ilha de Principe, na costa oeste da África; e Lago Tanganika, também na África (STANLEY, 2003, p. 73). A partir destas informações, propomos que os estudantes se posicionem como possíveis financiadores da expedição que irá observar o eclipse, de modo que avaliem quantas expedições financiariam, e quais locais seriam mais favoráveis de se realizar as medidas.

- O desenrolar da história mostra que foram enviadas duas equipes para localidades distintas para registrar o eclipse total de 1919: uma para Sobral, no Brasil, sob a liderança dos astrônomos ingleses Charles Rundle Davidson (18751970) e Andrew Claude Crommelin (1865 - 1939); e para Ilha Príncipe, sob a liderança de Eddington e do astrônomo Edwin Turner Cottingham (1869 - 1940).

No dia do Eclipse, 29 de maio de 1919, evidenciamos as trocas de correspondências entre Dyson que permaneceu na Inglaterra e Eddington, na Ilha Príncipe. Eddington relata inicialmente que este dia amanheceu chuvoso. Contudo, a chuva dá uma trégua e Eddington e Crommelin conseguem registrar 16 chapas fotográficas (STANLEY, 2003, p.76). Eddington escreve à Dyson: 'Entre nuvens, esperançoso' (EINSENSTEADT & VIDEIRA, 1995, p.32). Por outro lado, no Brasil o clima esteve mais apropriado às observações e Crommelin comemora: 'Esplêndido eclipse' (idem). No Brasil foram obtidas 27 chapas fotográficas, sendo 19 com um telescópio astrográfico (potente) e 8 com uma pequena lente de 4 polegadas.

Entretanto, Davidson e Crommelin constatam um problema no telescópio astrográfico, uma espécie de astigmatismo no espelho do coleostado . 2

As análises das chapas de Príncipe indicaram um desvio de 1,60''± 0,30. Já as de Sobral foram mais 'polêmicas'. As medidas do telescópio astrográfico, que teria apresentado um problema no coleostato, indicavam um desvio de 0,93'. Por outro lado, as medidas do telescópio de 4 polegadas indicaram um desvio de 1,98'' ± 0,12. Dessa forma, propomos aos estudantes uma reflexão acerca da maneira como os cientistas se portam e divulgam a comunidade resultados conflitantes:

Sendo Eddington, como você apresentaria seus procedimentos e resultados com a expedição de 1919 à comunidade científica e astronômica? Em particular, como você lidaria com as variações nos resultados obtidos nos diferentes locais (Brasil e Ilha Príncipe)?

Na sequência da narrativa é dada ênfase à reunião organizada especialmente para a apresentação dos dados das expedições do eclipse, em de 6 de novembro de 1919. Esta reunião foi presidida pelo físico J. J. Thomson e contou com a presença da comunidade da Royal Society e da Royal Astronomical Society. Os dados foram apresentados de maneira independente. Cada cientista envolvido nas expedições apresentou os dados de um telescópio. Eddington apresentou os dados obtidos na Ilha Princípe. Os cientistas envolvidos nas expedições defenderam

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que a análise dos dados observados corroborava a TRG, embora os dados do telescópio astrográfico de Sobral indicassem um valor mais próximo do resultado newtoniano. Esses dados foram descartados devido ao problema no coleostato, de acordo com quem apresentou os resultados. Essa controversa é uma boa oportunidade para que os alunos discutam sobre o papel das observações e a confiabilidade dos dados em uma pesquisa científica.

Considerando que tal defesa não foi trivial para o contexto, propomos que os alunos se coloquem como membro da comunidade científica e se pronuncie acerca da confirmação desta previsão da TRG. Uma das pautas de discussão entre os cientistas foi a amplitude de validade das observações. O físico polonês Ludwik Silberstein (1872 - 1948), ali presente na reunião defendeu que a observação do desvio da luz era um 'fato isolado' que não comprovava a TRG de maneira geral (STANLEY, 2003, p.82). Usamos essa discussão epistemológica que ocorreu na reunião para provocar nos estudantes a seguinte reflexão:

Você é um astrônomo e se coloca no debate travado nesta reunião acerca das relações entre os resultados observacionais da expedição e a validação da teoria como um todo. Você acredita que um experimento único, ou uma observação do eclipse num momento pontual, demonstra uma lei específica ou ele pode ser determinante para a validação da teoria como um todo?

A parte final da narrativa foca na repercussão das expedições. Evidenciamos o importante papel que os jornais da época desempenharam na divulgação dos resultados ao público em geral, disseminando um discurso de revolução na ciência e de comprovação da TRG. Um olhar crítico para esse tipo de discurso é um dos objetivos das discussões acerca da NdC presentes na nossa narrativa.

Evidenciamos também a repercussão dos resultados das expedições na comunidade científica. Em novembro de 1919, pouco tempo depois das expedições, o conselho da RAS indicou três nomes para a tradicional premiação desta instituição, a Gold Medal . Albert Einstein foi uma das nomeações à premiação, por sua TRG. Ele era o favorito ao prêmio. Contudo, um grupo de cientistas conservadores conseguiu unir forças políticas e fazer com que Einstein não recebesse a premiação. O mais impressionante é que ninguém fora premiado naquele ano, algo inédito em mais de três décadas de premiações da Gold Medal . Em 1926 Einstein tornou a ser indicado à premiação da RAS e, desta vez, não houve boicote e ele foi premiado.

Por fim, propomos que os estudantes avaliem o estudo de caso como um todo, destacando o que mais lhes chamaram a atenção, desde aspectos científicos até políticos e sociais, ou outros que julgarem relevantes.

## Considerações Finais

O principal objetivo desta atividade é promover o engajamento e a reflexão explícita sobre diversos aspectos da Natureza da Ciência e da prática científica a partir de um estudo de caso em que o estudante é convidado a se inserir em um contexto histórico real da produção científica. A narrativa história investigativa apresentada busca ainda problematizar a noção popularmente difundida de que a expedição do eclipse de 1919 'provou' a Teoria da Relatividade Geral, mostrando que as intenções dos cientistas nem sempre são de comprovar uma nova teoria, mas também tangenciam interesses sociais, culturais e pessoais dos cientistas.

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Com esta atividade, buscamos evidenciar algumas das relações sociais e culturais que envolvem a ciência, amplamente presentes neste caso histórico, mostrando que muitas vezes a construção da ciência vai além da racionalidade científica. Ao longo de toda a narrativa, buscamos com as questões do tipo Pense , propostas em momentos chaves da história, envolver os estudantes em alguma decisão importante do caso histórico, posicionando-os num contexto de produção científica, reflexões concretas sobre a produção da ciência.

Ainda que esta narrativa tenha sido proposta inicialmente para cursos de formação inicial ou continuada de professores, envolvendo uma carga horária de cerca de 6 horas, acreditamos que ela pode ser adaptada para aulas de Física ou de Astronomia do ensino básico. Para isso, é necessário um recorte pelo professor da história apresentada, de acordo com os aspectos da NdC que objetiva discutir e ainda número de aulas disponíveis. Ainda assim, recomendamos fortemente que seja mantida a estrutura das questões do tipo 'pense'.

## Referências

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