Bases Epistemológicas da Ciência Moderna Teorias construtivas e teorias fenomenológicas Problemas da observabilidade e da teoricidade Valter A.

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Bases Epistemológicas da Ciência Moderna

Teorias construtivas e teorias fenomenológicas

Problemas da observabilidade e da teoricidade

Valter A. Bezerra / CCNH / UFABC

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Uma maneira de classificar as teorias:

Teorias fenomenológicas —

Aquelas que só contém termos observáveis.

Visam principalmente descrever e correlacionar fenômenos. (Denominadas, na terminologia de Einstein, “teorias de princípios”.)

Teorias construtivas —

Aquelas que incluem um ou mais termos teóricos.

(Além, possivelmente, de alguns termos observacionais). Visam principalmente explicar os fenômenos.

⇒_{Esta classificação remonta a Einstein - “O que é a teoria da} relatividade” [1919], em: Escritos da maturidade, Cap. 12 ⇒_{Para uma visão atual, ver: Silvio S. Chibeni, “Teorias construtivas} e teorias fenomenológicas”

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Bases Epistemológicas da Ciência Moderna — UFABC — Prof. Valter Alnis Bezerra 3

Esta classificação pressupõe que seja possível sustentar a chamada

Dicotomia Teórico / Observacional (DTO)

Exemplos de conceitos tradicionalmente considerados como...

Observáveis

Teóricos

[No máximo, podemos detectar a sua presença apenas

indiretamente, através dos seus efeitos — se e quando isso for

possível]

Propriedades / predicados

observáveis:

Cores (p. ex. vermelho)

Quente / Frio

À esquerda de

Em contato com

Mais comprido que

Sobre / sob

Duro / mole

Flutuar / afundar

Horário / anti-horário

Propriedades / predicados teóricos

(inobserváveis):

Dualidade / Complementaridade

partícula-onda (somente se detecta cada um dos

aspectos separadamente, nunca os dois

juntos)

Superposição de estados quânticos (raiz do

paradoxo conhecido como o “gato de

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A proposta tradicional de classificação (continuação)

Grandezas observáveis:

Pressão, Volume, Temperatura (as

variáveis termodinâmicas clássicas)

Comprimento de onda

Distância

Velocidade

Aceleração

Ângulo de espalhamento

Adaptação dos organismos (em

teoria da evolução)

Grandezas teóricas (inobserváveis):

Spin de uma partícula (detectado

indiretamente através do experimento de

Stern-Gerlach)

Energia (detectada através do trabalho que

ela realiza)

Função potencial, p.ex. “V(x)”

Tensor de curvatura do espaço-tempo (em

relatividade)

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A proposta tradicional de classificação (conclusão)

Entidades / objetos observáveis:

Água

Madeira

Metal

Núcleo celular

Satélite natural

Aglomerado de galáxias

Cadeias estímulo-resposta (em

psicologia behaviorista)

Entidades / objetos teóricos

(inobserváveis):

Campo elétrico

Elétron

Átomo

Função de onda quântica

Ψ

Ego, superego, id (em psicanálise)

Estruturas cognitivas (em psicologia)

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A concepção standard / ortodoxa de teorias científicas depende da

possibilidade de se distinguir linguagem observacional (LO) e

linguagem teórica (LT) para conceber, entre outras coisas:

• o mecanismo de interpretação do formalismo das teorias (via

regras de correspondência)

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Pergunta: o que é

observabilidade?

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Bases Epistemológicas da Ciência Moderna — UFABC — Prof. Valter Alnis Bezerra 9 Microscópio de força atômica do Argonne National

Laboratory, exemplo extremo de observabilidade mediada.

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Ponta de tungstênio de um microscópio eletrônico de varredura por tunelamento.

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Acima à esquerda: esquema de funcionamento de um espectrômetro de

massa por deflexão usando campo magnético. Acima à direita: espectrômetro de massa que utiliza dois

setores de campo magnético e três setores de campo elétrico. À direita: espectrômetro de massa por ressonância

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Acima à esquerda: Vista aérea do Fermilab. Acima: Túnel do SPS do CERN. À esquerda: Detector ATLAS do CERN (note as figuras humanas na parte inferior, para comparação da escala).

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Bases Epistemológicas da Ciência Moderna — UFABC — Prof. Valter Alnis Bezerra 13 Há um exemplo simples, proposto pelo filósofo da ciência Paul Feyerabend, que permite colocar em destaque a contextualização teórica da observação.

Consideremos uma linguagem Lo na qual se atribuem cores a objetos que emitem luz própria.

Suponhamos que Lo contém nomes de objetos a, b, c, … e predicados de cor P1, P2, P3, …

Suponhamos também que os usuários dessa linguagem interpretam os termos Pi como designando

propriedades que são possuídas pelos objetos independentemente de eles serem observados ou não.

Suponhamos agora que um cientista afirma que as cores registradas por um observador dependem da velocidade relativa entre observador e fonte — o que é uma hipótese teórica perfeitamente admissível, que pode ser corroborada ou não. [Vem à nossa mente o efeito Doppler.]

Ora, aceitar tal teoria significa modificar a interpretação das sentenças de Lo. Agora, “P1(a)” não mais

atribui uma propriedade a um objeto a, mas sim afirma uma relação entre objeto e observador, relação essa que depende da velocidade relativa dos dois.

Nessa nova interpretação, não tem sentido falar sobre propriedades de cor de objetos que não tenham sido observados. A própria noção de “cor de um objeto” mudou.

A conclusão desse argumento é que a interpretação de uma linguagem “observacional” é determinada pelas teorias que usamos para explicar o que observamos; e essa interpretação muda quando as teorias mudam. Uma conseqüência disso é que a distinção teórico/observacional depende do contexto.

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Pergunta:

Existe observação sem interpretação?

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Recapitulando

Os problemas com a dicotomia T / O:

(a) Dificuldade de lidar com uma linha divisória nebulosa entre observável e inobservável (H. Putnam)

(a1) Existem termos de difícil classificação. P. ex.: o caso dos conceitos de força e pressão; o conceito de entropia.

(a2) O problema da observabilidade indireta. P. ex.: detectores nos aceleradores de partículas.

(b) Impregnação teórica da observação (P. Duhem defendeu uma versão mais fraca, e N. Hanson, uma versão mais forte])

Toda observação é carregada de teoria, e não existe observação sem interpretação. P. ex. as observações telescópicas de Galileu; o microscópio eletrônico.

(c) Casos de “migração” de termos da categoria “teórico” para a categoria “observacional”.

P. ex.: os conceitos de gene e de orbital molecular, que um dia foram considerados teóricos e hoje parecem bastante observáveis.

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Conseqüências dos problemas citados:

(a) Dificuldade de sustentar a classificação fenomenológico / construtivo

(b) Risco de perder a objetividade da base empírica da ciência

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Proposta de solução:

(a) Separar uma dicotomia teórico / não-teórico de uma distinção

observacional / não –observacional. São coisas distintas.

(i) A dicotomia T / NT tem caráter metodológico, diz respeito à função e

ao papel que os conceitos desempenham dentro das teorias.

(ii) Já a distinção O / NO pode ser uma distinção de grau, tem caráter

epistemológico, diz respeito à nossa possibilidade de conhecer, diz

respeito ao acesso empírico que temos a determinados conceitos.

(b) Tornar a teoricidade e a observabilidade relativas a uma dada

teoria, não mais absolutas.

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Exemplos de teorias:

Teorias construtivas / explicativas

Leis construtivas / explicativas envolvidas (p.ex.)

Termos não-observáveis envolvidos (p.ex.)

Teoria newtoniana da gravitação

Lei de Newton da gravitação Equação de Poisson

Campo gravitacional Potencial gravitacional

Eletrodinâmica clássica Equações de Maxwell Campo eletromagnético Potencial vetor

Mecânica quântica Equação de Schrödinger Função de onda

Mecânica estatística Teorema da equipartição Hipótese ergódica

Distribuições de probabilidade de energia (Maxwell-Boltzmann, Fermi-Dirac, Bose-Einstein)

Microestado

Função de partição

Ensemble canônico / micro-canônico / grande-canônico

Genética molecular Código genético

Teoria da relatividade geral

Equação de campo de Einstein Tensor energia-momento

Tensor de curvatura (tensor de Einstein) / tensor de Ricci / tensor métrico / curvatura escalar

Óptica física Equação de onda eletromagnética Campos elétrico (E) e magnético (B) acoplados e oscilantes da onda eletromagnética

Epistemologia genética Assimilação Equilibração Esquema Grupo INRC

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Teorias fenomenológicas

(Na terminologia de Einstein: “teorias de princípios”)

Leis fenomenológicas (por exemplo) Termodinâmica Lei dos gases ideais (Clapeyron)

Equação de Van der Waals

Leis de Boyle-Mariotte, Charles e Gay-Lussac

Teoria da seleção natural de Darwin

Genética mendeliana 1a. e 2a. leis de Mendel

Teoria da relatividade restrita Fórmula da contração espacial Fórmula da dilatação temporal Leis de Kepler

Estequiometria Lei das proporções definidas (Prout) / Lei das proporções múltiplas (Dalton)

Lei de Avogadro

Princípio de Pareto em economia

Cinemática galileana Equação de Torricelli

Teoria dos circuitos elétricos Lei de Ohm Leis de Kirchhoff

Óptica geométrica Lei de Snell Lei da reflexão

Lei de Hubble em cosmologia Lei de Moore em tecnologia

Hidrostática Lei de Torricelli Princípio de Pascal Princípio de Arquimedes

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Relatividade restrita — uma teoria fenomenológica

β

= v / c

Contração do espaço:

Dilatação do tempo:

Massa relativística:

m(v) =

γ

m = m /

√

(1 – v

2

/ c

2

)

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Na cinemática clássica, a conexão entre as descrições dos fenômenos feitas por

observadores nos dois referenciais é dada, como se sabe, pelas chamadas

transformações de Galileu.

No contexto da teoria da relatividade restrita, essas transformações são substituídas

pelas transformações de Lorentz:

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A teoria da relatividade restrita e suas consequências testáveis:

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Bases Epistemológicas da Ciência Moderna — UFABC — Prof. Valter Alnis Bezerra 27 Referências do slide anterior:

(i) American Journal of Physics 31(1963), pp. 342-355. (ii) American Journal of Physics 59(7)(1991), pp. 589-592.