If you have to ask
what jazz is,
you’ll never know.
Louis Armstrong

O que é ciência?

A palavra ciência é derivada de scientia, uma tradução latina para o grego episteme, ambas significando conhecimento. A ciência é um empreendimento, um esforço coletivo humano para compreender o universo, a natureza e o próprio ser humano.

Qual é o objeto da ciência?

Qualquer coisa que possa ser verificada em repetidos experimentos ou observações é um objeto da ciência. Objetos além da possibilidade de observação e experimentação estão fora do escopo científico, existam ou não. Por este motivo a ciência não trata de um objeto fixo mas se expande na medida em que a própria ciência se expande. Uma discussão sobre a existência de prótons, elétrons e neutrons seria metafísica e não científica na época de Galileu ou Newton pois nenhum experimento ou observação acessível aos pesquisadores da época permitiria chegar a uma conclusão a favor ou contra a existência destas partículas.

Leonardo da Vinci foi um representante importante do renascimento, uma era onde arte e ciência não estavam dissociadas. Ele tentava compreender um fenômeno descrevendo-o em detalhes, muitas vezes por meio de suas gravuras espetaculares, e não tinha grande preocupação com aspectos teóricos.

Além da observabilidade o tratamento de um objeto científico deve estar embasado em uma formulação teórica ou modelo que permita sua compreensão, mesmo que parcial ou fragmentada. A mera realização de um fenômeno em laboratório não torna imediatamente aquele fenômeno um objeto de estudo científico se não existem modelos ou teorias que possibilitem sua compreensão. Historicamente isto foi ilustrado inúmeras vezes por meio de resultados totalmente inesperados que acabaram sendo ignorados ou vistos como meros erros experimentais para ser, mais tarde, reconhecidos como descobertas novas e importantes. Portanto a ciência não evolui nem por meios empíricos nem formulações racionais isoladamente mas consiste em uma interação permanente entre modelos teóricos e feitos experimentais (ou observacionais).

Como progride a ciência?

A ciência evolui através da observação de fenômenos, sempre que possível realizados em laboratório sob condições controladas. Muitas vezes um fenômeno não pode ser reproduzido em laboratório mas deve ser observado diretamente na natureza. Isto ocorre na astrofísica, por exemplo, onde os objetos sob estudos em geral se encontram distantes e os eventos ocorrem em escalas gigantescas. Também existem situações onde o custo do experimento é proibitivo ou a ética impede sua realização, tal como estudos sobre a psicologia ou genética humana. Modelos são criados para explicar o que se observa e são verificados por meio de novos experimentos. Por isto todo modelo científico deve prever novos fatos, observados ou extraídos da experimentação, possíveis de serem verificadas. Experimentos com resultados positivos levam à uma confirmação parcial do modelo enquanto um único resultado negativo, se devidamente verificado, deve levar ao abandono completo daquela formulação. Nenhum modelo é considerado uma verdade final e definitiva mas uma aproximação recursiva, uma boa descrição de parte da natureza.

Neutrinos mais rápidos que a luz?

Em Outubro de 2011 um grupo de pesquisadores do projeto Opera estavam realizando medidas do tempo necessário para que neutrinos emitidos no CERN, na Suíça, fossem detectados na Itália. Estes neutrinos eram emitidos no CERN, viajavam 730 km por baixo da crosta terrestre e, aparentemente, foram detectados na Itália em tempo inferior ao que seria gasto por um feixe de luz viajando pela mesma distância. O grupo anunciou que tinham encontrado neutrinos com velocidade superior à velocidade da luz.

Como esta afirmação contradiz um postulado importante da teoria da relatividade a comunidade científica reagiu, como sempre faz, com ceticismo. Se correta a notícia implicaria em uma revisão profunda de princípios bem estabelecidos da física, entre eles a própria teoria da relatividade especial, TRE. A TRE é construída sobre o postulado de que a luz viaja com velocidade limítrofe, que não pode ser alcançada por nenhum corpo com massa não nula. Embora essa pareça ser uma atitude conservadora ela é necessária: o anúncio de qualquer nova descoberta deve ser verificado em outros laboratórios, o que é feito em geral por cientistas de todas as partes do mundo. Afirmações extrordinárias como esta exigem comprovações igualmente extraordinárias antes de serem aceitas. Desta forma erros ou enganos propositais são eliminados e não se perde tempo reformulando teorias bem verificadas.

Diversos grupos repetiram o experimento e encontraram uma velocidade compatível com as teorias aceitas: neutrinos, como partículas de massa de repouso nula, viajam com a velocidade da luz. Mais tarde o próprio grupo Opera anunciou a descoberta de um cabo ótico mal afixado provocou um atraso em suas medições que explicaria a medida incorreta.

Também pode ocorrer que um experimento resulte em verificações totalmente diferentes daquelas esperadas, forçando uma revisão profunda na ciência da época e proporcionando um grande progresso.

Mecânica Clássica, Quântica e Relativística

Nenhuma experimentação pode levar à conclusão de que o modelo testado esteja correto em todos os domínios de verificação. Pelo contrário, é crença comum no meio científico que, para domínios de altíssimas energias (o que significa altas temperaturas ou altas velocidades), a teoria da relatividade deve ser modificada. A teoria da relatividade geral, curiosamente, prevê seu próprio fracasso para regiões do espaço onde as densidades de matéria-energia sejam muito altas.

Um exemplo histórico interessante de como uma teoria aceita e bem estabelecida não se sustenta em todos os domínios de aplicação se deu com a mecânica newtoniana. Newton apresentou sua formulação da mecânica clássica através de um formalismo matemático elegante que ele mesmo desenvolveu (simultânea e independentemente com Leibniz), o Cálculo Diferencial e Integral. Este modelo foi testado em diversas situações tendo se mostrado eficiente para descrever o movimento de partículas e corpos com altíssima precisão. Estes testes, no entanto, foram sempre realizados com velocidades pequenas se comparadas à velocidade da luz, como era possível com a tecnologia existente até o final do século 19. Para velocidades altas, tais como as observadas no interior de aceleradores de partículas, em raios cósmicos ou alguns objetos astronômicos, a mecânica clássica não fornece resultados compatíveis com os observados. Neste caso torna-se necessário usar a teoria da relatividade. Ocorre ainda que, se as energias envolvidas forem muito pequenas, comparadas à uma certa quantidade minúscula de energia, o quantum descoberto por Planck, torna-se necessário usar a mecânica quântica. Estas duas teorias se reduzem à mecânica newtoniana quando as escalas de velocidade e energia se reduzem à escala newtoniana (basicamente aquela observada no cotidiano!) Não é correto, portanto, se afirmar que Einstein e os formuladores da mecânica quântica mostraram que Newton estava errado, mas sim que ampliaram os limites de aplicabilidade de sua teoria.

É bem conhecido hoje que os efeitos observados nos novos domínios explicados pelas teorias mecânicas modernas são não intuitivos e violam nosso senso comum, desenvolvido ao longo de longas eras pela evolução e moldados pela experimentação sensorial ordinária.

Que benefício tiramos do desenvolvimento científico?

Em uma primeira abordagem esta pergunta admite uma resposta muito simples. A descoberta de microorganismos tais como fungos, bactérias, protozoários ou vírus, e os métodos de impedir alguns de seus efeitos nocivos sobre a saúde humana por meio de antibióticos, por exemplo, tem melhorado a qualidade de vida das pessoas no planeta e extendido em muito a longevidade. As técnicas avançadas de produção de vacinas, algumas delas envolvendo a manipulação sofisticada de genes, têm salvado muitas crianças da morte prematura ou de doenças fortemente debilitantes. O uso da eletricidade para impulsionar máquinas ou para acionar equipamentos eletrônicos é outro exemplo imediato. A civilização atual colapsaria quase instantaneamente se, por qualquer motivo, não pudéssemos mais usar a eletricidade. Surpreendentemente, colapsaria também sem o uso de satélites transmissores de informações, alguns deles em órbitas geoestacionárias tão baixas que necessitam de correções feitas com a teoria geral da relatividade. Você pode, se quiser, se recusar a usar efeitos quânticos mas, para isso, teria que abandonar seu telefone celular, seus computadores, sua tv inteligente, todas as suas operações bancárias.

Em outro nível, no entanto, esta pergunta se torna mais difícil de ser respondida. A tecnologia tem tornado a vida humana de melhor qualidade, no sentido do bem estar, da felicidade e da realização pessoal? E o que pensar sobre os desafios e ameaças provocados pela própria tecnologia, tais como o aquecimento global, a poluição ou o risco do desenvolvimento de microorganismos artificiais e perigosos para a vida humana e do planeta?

Por um lado não é possível separar a história humana do desenvolvimento da tecnologia. Desde a pre-história usamos tecnologia nos alimentar, para tecer, para modificar espécies vegetais e animais, para nos locomover e, principalmente, para conhecer o mundo e desenvolver a própria ciência. Existem pesquisas que mostram que o desenvolvimento das camadas superiores e mais sofisticadas do cérebro humano se tornou possível devido à tecnica de cozinhar o alimento, o que permite que consumamos uma variedade muito maior e mais farta de produtos.

Por outro lado, não se pode negar que a tecnologia introduziu problemas novos, alguns muito sérios. Seriam possíveis outros caminhos? O desafio moderno é gigantesco e a própria sobrevivência da espécie depende dos rumos que a sociedade decidir tomar neste momento. Infelizmente existe uma inércia muito grande imbutida na natureza humana, que é ainda maior nos organismos e instituições. Decisões que implicam em severa redução de lucros para as empresas, por exemplo, são difíceis e improváveis até que o prejuízo ambiental seja avassalador. A não linearidade da resposta da natureza pode fazer com que o desgaste só seja reconhecido quando for tarde demais. Em outras palavras pode muito bem ocorrer que o estrago neste momento já tenha ultrapassado o ponto onde um retorno seja possível.

Considere, por um exemplo, a questão climática. É amplamente reconhecido que estamos passando por um processo que aquece o planeta e que este fenômeno está em aceleração. O aquecimento global, entre outras coisas, produz diferenças acentuadas entre climas quentes e frios. No hemisfério norte ocorrem invernos muito rigorosos porque correntes de ar frio do pólo norte consegue quebrar a barreira que antes impedia seu progresso até áreas ao sul. Este resfriamento local causa ceticismo entre as pessoas leigas sobre se de fato há um aquecimento.

A noção de que podemos combater os problemas gerados simplesmente abandonando a tecnologia é, no mínimo, ingênua. Certamente necessitaremos de mais ciência e de mais tecnologia (e muita boa vontade) para vencer o problema do aquecimento global, da poluição, da escassez de água potável, do aumento de agrotóxicos na produção de alimentos, do perigo das armas químicas, biológicas ou nucleares, do crescimento da população de bactérias super resistentes, e dai por diante.

Muitas ameaças atribuídas à tecnologia não são, de fato, devidas a ela. Por exemplo, a internet é um fantástico veículo de informação, um apoio às liberdades democráticas e uma ferramenta poderosa de combate aos regimes totalitários e, eventualmente, ao fanatismo, intolerância e fundamentalismo supersticioso. No entanto ela aumenta dramaticamente a exposição das crianças e jovens à pornografia, a conteúdos impregnados de ódio e discriminação e intolerância política e religiosa. Todos estes elementos obscuros são partes comuns de nossa história e não surgiram com a internet. Não cabe, portanto, atribuir a ela uma culpa direta por sua existência mas apenas pela facilidade de sua difusão. Quando a expressão individual é livre e as opiniões podem circular livremente deve-se esperar também a circulação de conteúdo de valor duvidoso. Esta dificuldade não pode ser resolvida através do cerceamento da liberdade de expressão ou da circulação das ideias. Pelo contrário, a ampliação da informação, o esforço pela melhoria de sua qualidade e do alcance da informação são as formas cabíveis de se atacar o problema. Dando um exemplo, com a liberdade de postagem de temas diversos na internet os pais não podem impedir que seus filhos tenham acesso à pornografia (se é que puderam algum dia!) Uma informação correta sobre a sexualidade, sobre as perversões e sobre os perigos envolvidos deve ser suprida, de preferência pelos pais e cuidadores mas também pela escola e por sites dedicados à difusão do estudo e do conhecimento.

Devemos acreditar na ciência?

Esta pergunta não é de todo apropriada (daí a citação inicial da célebre frase de Louis Armstrong, sobre o jazz). A ciência não envolve fé ou crença mas entendimento de suas teorias, quando possível, ou a compreensão de como ela funciona. Está claro que na atualidade nenhuma pessoa consegue dominar os diversos ramos do conhecimento, como ocorria no passado. Então ela deve ter o entendimento de como o conhecimento é obtido, do porque um cientista afirma ou nega um fato, de como a comunidade testa, valida ou exclui uma proposição. Para isso precisamos ter uma população instruída.

Infelizmente, vivemos hoje uma crise que atinge quase todos os paises, na qualidade da educação. No geral o problema é mais grave nos países com menor desenvolvimento sócio-econômico. A desigualdade na da educação científica e tecnológica entre as nações funciona como fomentador da dependência dos mais pobres e da exploração econômica por parte dos detentores do conhecimento.

A má formação no entendimento das pessoas produz também dificuldades internas. Como podemos esperar que um cidadão faça uma escolha esclarecida sobre tomar ou não uma vacina – ou aplicá-la em seus filhos – se ele não possui um mínimo de conhecimento sobre o tema?

Ciência é o oposto de religião?

Ciência, por definição, é uma busca sólida pelo conhecimento que busca confirmação teórica e empírica para seus achados. O método científico é relativamente novo, tendo se iniciado em torno da época em que viveu Galileu Galilei (1564-1642). Qualquer forma de se avançar sobre a ignorância, desde feita de forma sistemática, reprodutível e comprovada por qualquer pessoa que se disponha a fazê-lo, pode e deve ser incorporada ao método científico. A religião apresenta inúmeras afirmações que não podem ser comprovadas cientificamente. Ela se baseia na revelação e na fé, geralmente em torno da experiência de um indivíduo supostamente mais hábil ou com faculdades ou percepções superiores à da maioria das pessoa, ou em torno de tradições antigas e de origem remota ou esquecida. Estas afirmações terminam por se concretizar em livros sagrados e mitos que se transformam com o tempo em tradições que não podem ser questionadas. Se as afirmações do indivíduo “iluminado” ou da literatura sagrada não podem ser verificadas por qualquer pessoa então elas não podem ser chamadas de científicas. Uma afirmação sobre um fato que não pode ser reproduzido, confirmada ou descartada como falsa, não tem qualquer relevância na vida das pessoas nem no entendimento que fazemos do mundo.

Deve-e ainda lembrar que afirmações extraordinárias exigem provas extraordinárias. Por exemplo, se um físico afirmar que existe uma quinta força, além das quatro conhecidas, ele terá que apresentar uma prova contundente, seja por meio de um experimento ou um fortíssimo argumento teórico que justifique pelo menos a consideração de sua argumentação.

Vamos tomar a seguir dois exemplos de teorias científicas, o modelo cosmológico padrão, usualmente chamado de Big Bang, e a Teoria da Evolução das Espécies.