A natureza da Ciência e metodologia

A Natureza da Ciência

A ciência é uma paixão que levou a descobertas fantásticas, a conhecimento profundo. Ciência é a maior aventura humana em acção, a maior aventura da mente humana, e todos podemos partilhar essa aventura.

O que torna a ciência especial? Um método de saber? Como sabemos o que sabemos?

Temos a religião, filosofia, artes, ciências. Tudo isto nos ajuda a localizar a nossa existência no mundo natural, mas a ciência é especial, é um método desenvolvido para questionar e responder aspectos no mundo natural.

Princípio da Ciência: “A ciência é um modo de saber acerca do mundo natural baseado nas observações reproduzíveis e experiências cuidadosamente controladas, raciocínio matemático...”

Existem diversas ciências como Física, Química, Biologia, Geologia, Astronomia, Ciências Sociais, Psicologia e muitas outras. Todas elas partilham de uma metodologia comum, pois a natureza não tem essas fronteiras disciplinares. Estão todas ligadas e partilham todas leis naturais.

“A ciência é a pesquisa de leis que descrevem a organização e evolução do universo.”

É fundamentalmente diferente de outros meios de saber, porque é baseado em factos independentes e verificáveis, e conduz a um consenso baseado nesses factos.

A ciência é diferente da religião, porque a religião é baseada em textos sagrados, verdade revelada, outras fontes, e isso tem de ser aceite somente com Fé. A Fé se for firme tem de ultrapassar quaisquer observações que podemos ter do mundo físico.

Nas artes a verdade é explorada através da visão individual do artista. Nas artes o que importa é o ponto de vista, não existem verdades absolutas.

A ciência é também diferente da Política ou História onde existem muitas interpretações diferentes dos eventos, várias interpretações e políticas plausíveis baseadas nas diversas experiências das pessoas. Na verdade, a riqueza dessas disciplinas provém e resulta da multiplicidade de interpretações de eventos passados, presentes e futuros.

A ciência difere também de Astrologia, Fenómenos paranormais ou psíquicos. São consideradas pseudociências, como por exemplo OVNIS, não são baseadas em observações reproduzíveis e independentes. Mas, a maioria dos cientistas não rejeita a existência de OVNIS ou fenómenos paranormais, no entando não são sujeitos a observações independentes, verificação, a não ser que um OVNI aterre e o possamos estudar, aí poderá tornar-se ciência.

Voltando á distincão de Ciência e Religião.

O filósofo Søren Kierkegaard abordou o tema de Verdade Subjectiva. Kierkegaard não é contra objectividade, mas coloca-a no seu lugar, mas esteve disposto a dizer “todo o poder para as ciências”, mas… tudo o que se segue é claro toda a filosofia de Kierkegaard. Em particular, deus e religião não são objectivos, não existem provas para a existência de Deus, e tal tentativa é absurda.

Não podemos usar provas de milagres santos para provar a existência de Deus, porque tal como David Hume argumentou uns séculos antes de Kierkegaard “basicamente a própria ideia de milagre já pressupõe uma excepção ás leis da ciência”, e o que Kierkegaard quer dizer é que nem se fala sequer a uma excepção ás leis científicas, mas que se aborda “um domínio em que explicação científica nem sequer consegue abranger.”

Durante muitos anos a religião (cristianismo) dominou a ciência, e a ciência teve sempre de se defender no tribunal da religião. Por volta do séc. 17 essas relações de poder inverteram-se, e pelos séculos 18 e 19, o periodo do Iluminismo, a religião teve de se defender no tribunal da ciência. Um argumento que surgiu foi de que o que se diz na Biblia pode até ser verdade científicamente.

Pequenos exemplos:

- No Exodus onde se conta que Moisés conduziu o povo atráves do Mar Vermelho, que miraculosamente se abriu ao seu comando com a ajuda de Deus. Se algo no Velho Testamento é um milagre, isso é certamente um milagre. Mas meteorologistas usaram modelos de computador para voltar atrás no tempo, até a 1000 A.C. e o que encontraram foi que havia um conjunto de condições no Médio Oriente nessa altura tais que o Mar Vermelho poderia estar com maré bastante baixa, quase seco, sendo possivel atravessar o Mar a pé, e claro se alguém tentasse seguir com correntes de metal e cavalos e equipamento pesado iria-se provavelmente afundar e afogar.

O que se pode retirar daqui não é propriamente o plaúsivel que isso possa ser, mas na verdade o que isso faz á nocção religiosa de milagre? Ao tornar plaúsivel deixa de se torna matéria de fé, torna-se simplesmente matéria de prova científica.

- Encarar a criação como algo que deve ser de alguma forma reconciliado com metódo científico, quer por exemplo pegar na ideia dos dias na génese e interpretar como Eras, prolongando o tempo para que a evolução tivesse tempo de trabalhar no contexto da Genese; ou ciência da criação que tenta utilizar método científico para provar algo sobre as alegações da Génese. É um grande erro estratégico, a fé é fé, a ciência é ciência, e o importante é não misturar.

A fé é o domínio de significado pessoal, o domínio da subjectividade. A ciência é o domínio da objectividade.

Os gregos tinham uma intuição subjectiva de que a unidade fundamental da realidade era o átomo, a unidade indivisível á qual chegariamos se continuassemos contínuamente a dividir a matéria, iríamos chegar a uma unidade indivísivel. Ora bem, era apenas uma intuição acerca da realidade, subjectividade, uma alegação, crença, o que for. Agora sabemos desde a primeira observação de átomos em laboratório que estavam correctos, a sua subjectividade tornou-se verdade objectiva, válida e corresponde ao mundo real. Mas a ciência também provou além disso, que o átomo não é só uma unidade indivísivel, mas que existem partículas dentro dele. Contudo a ciência pode também refutar uma hipótese ou crença, intuição, dogma ou opinião da mesma forma, até que se torne matéria factual, científica, observável, e ou reproduzível, e de acordo com o funcionamento do mundo real.

Teorias científicas são explicações sistemáticas que unificam vários fenómenos e factos observados. Delas surgem metáforas, modelos, ou fórmulas para compreensão e previsão de processos de desenvolvimento, e o progresso desse desenvolvimento sob um determinado conjunto de circunstâncias. As teorias não são uma perfeita explicação ou modelo de realidade, mas sem elas não progredimos na nossa compreensão e não podemos usar os factos que reunimos.

Existem critérios que os cientistas usam para avaliar se uma teoria é boa ou não.

1. A teoria reflecte o mundo real?

2. A teoria é suportada por provas convincentes?

3. A teoria explica o passado e prevê o futuro?

4. Pode a teoria suportar novos dados e descobertas?

5. A teoria estimula novas pesquisas e descobertas?

6. É a teoria claramente compreensível, e simplifica em vez de complicar o mundo?

7. É a teoria auto-satisfatória?

Esta lista de questões servem como uma guia de avaliação de cada teoria. Se as respostas são geralmente “sim”, podemos confiar que a teoria é boa.

O processo da ciência oferece uma poderosa ferramenta para observar o funcionamento do mundo, fazer previsões, descobrir meios de alterar o que nos envolve. Temos tecnologias associadas á Saúde, Alimentação, Transportes, Comunicação, Abrigo.

A importância da Literacia Científica

No mundo moderno todos os cidadãos devem ser científicamente literados. Qualquer tema ou notícias que vemos na Televisão, ou lemos nos jornais ou revistas estão práticamente todas relacionadas com ciência. O Clima, Energia, Artigos sobre o Ambiente, aquecimento global, Poluição, Farmaceuticos, Tratamentos médicos, estudos biológicos, geologia, julgamentos em tribunais baseados em provas forenses…É claro que a ciência domina as notícias, todos devem ser científicamente literados.

4 Principais razões para a importância de Literacia científica:

1. Literacia Científica ajuda os consumidores a tomarem decisões informadas. Um conteúdo científico ajuda-nos e oferece uma base para perceber como os produtos funcionam, tal como um pensamento crítico nas escolhas pessoais. Decisões de saúde, nutrição, dieta, tratamentos, exercício físico. Decisões acerca do ambiente.

2. Empregos modernos dependem directamente ou indirectamente da ciência e tecnologia desenvolvida. 2.1. Na medicina os médicos e pacientes têm de ponderar as possíveis intervenções médicas e diagnósticos, riscos, Raio X, Ressonância Magnética, Drogas. 2.2 Na Lei, os advogados têm de compreender uma grande variedade de provas forenses e métodos como impressões digitais, genética, exames de toxicologia, análise de padrões manchas de sangue… 2.3 Banqueiros ou investidores têm também de compreender a natureza das empresas modernas de alta tecnologia nos negócios, compras e investimentos. Pesquisa genética, estudo de drogas e desenvolvimento de medicamentos, estudos energéticos, supercondutores, electricidade, transportes…

3. Literacia científica oferece uma base de ensino para as crianças. Pais ou professores podem assim reforçar as experiências das criança, isto é a sua interação com o mundo, podem reforçar a curiosidade e motivação.

4. Literacia Científica permite que todos partilhem do prazer da ciência. É uma aventura de descoberta e exploração. Todos os dias se fazem novas descobertas

Um facto importante é que todos podem alcançar esta literacia científica e partilhar dos seus benefícios. Não é necessário vocabulário complexo, matemática abstracta, ou informação factual. Basta apenas a compreensão dos princípios. Além dos ramos científicos como Física, Química, Astronomia, Biologia, também é baseada em História, Filosofia e contexto social.

A Literacia científica introduz-nos aos grandes princípios da ciência e explorar como os cientistas descobriram estas grandes ideias e de como envolvem a nossa vida.

Integração de diferentes ciências

Devemos integrar todas as diferentes ciências, ao contrário da tradicional separação em Física, Química, Biologia, Ciências da Terra, como partes separadas. Isso leva à fragmentação da ciência muito devido ao número crescente de professores e a necessidade de criação de postos de trabalho, e criação de mais departamentos científicos.

Consideremos um caso de poluição radioactiva, ou despejo ilegal. Envolve Física ao nível de radioactividade; química, pois desperdício nuclear são químicos que reagem com o Ambiente; é também um problema Geológico pois é necessário enterrar os resíduos num ambiente estável como rochas; e também envolve Biologia pois lixo radioactivo afecta organismos vivos. Ao abrangermos todas estas ciências estamos a abranger todo o problema, em vez de parte dele se nos focarmos apenas num dos ramos científicos. Esta é a importância de ciências integradas no mundo moderno, a compreensão do problema em questão na sua totalidade.

Hierarquia da Ciência

As ciências e matemáticas são organizadas linearmente, da forma mais pura e base para a manifestação mais derivada.

Matemática Física Química Ciências da Terra Biologia Psicologia Sociologia

1. A Matemática manifesta-se com a mais básica e abstracta forma de conhecimento. Não pode ser divida em elementos mais pequenos ou padrões. Em efeito, a aplicação da metamática no mundo real é Física.

2. A Física surge da tentativa de explicar os eventos do universo através da matemática.

3. A Química utiliza a fisica para compreender as partículas que constituem toda a matéria.

4. Na Biologia estuda-se como a química se manifesta como vida.

5. A Psicologia leva-nos ao estudo da mente e comportamentos baseados no contexto biológico.

6. Na Sociologia estuda-se os sistemas humanos e interacção social.

Visto por outra perspectiva, não se pode compreender a biologia sem primeiro compreender a biologia molecular e como o ADN codifica as proteínas que tornam a vida possivel. Por sua vez não se pode compreender o ADN sem antes compreender a química dos átomos. Não se pode compreender os átomos sem as leis da física e a natureza das partículas. E por último, não se pode compreender as partículas sem matemática.

A Física é dividida em duas áreas: Física Clássica, que lida com os fenómenos diários de matéria, energia, forças e movimento; Física Moderna que lida com outros domínios fora da nossa experiência diária, as partículas muito pequenas, massivas e rápidas. Estas requerem leis físicas novas no campo na mecânica quântica, física nuclear e de partículas, e relatividade.

A Química por sua vez é o estudo das interacções atómicas, reacções químicas e formação de novos materiais.

Nas Ciências da Terra aborda-se a origem da Terra, os processos dinâmicos, o estado presente, e também planetas próximos. Aqui encontra-se a Geologia e Geofísica. Geologia é o estudo das rochas e solos, e a sua distribuição. A Geofísica estuda os processo dinâmicos como as marés, furacões e terramotos.

O estudo de sistemas vivos remete-se à Biologia, que são os objectos mais complexos que conhecemos. A Biologia tem uma grande importância na saúde e medicina. É extremanente diversa devido aos inúmeros métodos de estudar seres vivos.

Apesar desta separação das ciências, o mundo natural não tem as mesmas divisões ou fronteiras e funciona como um sistema integrado.

4. Método Científico

Método científico é o processo de investigação e procura de respostas acerca do mundo natural. Consiste num “ciclo entre observações e dados, identificação de padrões, a formulação de uma hipótese, previsões e novamente de volta ao início do ciclo, mais observações e dados”.

A ciência é a procura de respostas que se iniciam com uma questão bem concebida. E método científico oferece um mecanismo idealizado que inclui:

1. Dados através de observações e experiências;

2. Reconhecimento de padrões;

3. Formulação de uma Hipótese e teorias que sistematizam esses padrões;

4. Previsões que podem ser testadas por mais observações e experiências.

Pesquisa científica emerge da curiosidade humana. O progresso científico depende de questões bem formuladas como num catálogo de respostas bem estabelecidas. A ciência aborda apenas as questões que podem ser respondidas através de observações reproduzíveis, experiências controladas e teoria guiada por lógica matématica.

As questões científicas dividem-se me quatro categorias:

1. Questões existênciais acerca dos objectos e fenómenos que ocorrem no mundo natural;

2. Questões de origem que expora a origem dos objectos naturais e fenómenos;

3. Questões do processo do funcionamento da natureza.

4. Questões de aplicação: formas de manipular o mundo físico para nossa vantagem, como curar doenças, produzir novos materiais, ou modificar o ambiente.

Nas questões existênciais podemos considerar exemplos de exploração científica, as grandes viagens exóticas na descoberta de novos territórios, procura de novas plantas, novas espécies, minerais… Charles Darwin formulou a sua teoria de evolução com base na sua expedição científica da Viagem do Beagle. Um atlas de galáxias é outro exemplo, onde astrónomos catalogam diferentes galáxias e estrelas, o que existe no universo. Químicos desenvolveram a tabela períodica ao investigarem elemento a elemento. Físicos catalogram diferentes fenenómenos físicos. Vários cientístas catalogam objectos, isolam vírus, sequênciam o genoma, encontram novos planetas…

Nas questões de origem estuda-se a origem do universo, da terra, da vida, e essas questões têm de ser respondidas com uma sequência de eventos plausível, deduzidas por provas contemporâneas e lei natural. Involve contar uma história histórica.

Nas questões de processo explora-se a evolução, o desenvolvimento, as interações, e isso ajuda a descrever o passado a a prever o futuro.

Nas questões de aplicação desenvolvem-se as tecnologias, as ferramentas, os meios. Por exemplo a descoberta de raios X levou a avanços na tecnologia médica. Astronomia de Raios X, e o campo da cristalografia de raios X é uma técnica que consiste em fazer passar um feixe de raios X através de um cristal da substância sujeita ao estudo. O feixe difunde-se em várias direções devido à simetria do agrupamento de átomos e, por difração, dá lugar a um padrão de intensidades que pode interpretar-se segundo a distribuição dos átomos no cristal, aplicando a lei de Bragg. A descoberta de Tectónica de Placas transformou as ciências da Terra e estudos sobre o clima, antropologia, biologia evolucionária.

As questões científicas estão geralmente relacionadas com a abordagem filosófica.

Reducionismo é baseado na suposição que sistemas podem ser compreendidos ao se examinar o comportamento das unidades fundamentais.

Exemplos podem ser a procura de uma Teoria de Tudo por parte dos físicos teóricos e experimentais de partículas, com base que tudo pode ser explicado estudando interacções de partículas subatómicas. Alguns biólogos moleculares seguem o mesmo princípio ao estudarem a biologia, e que toda a biologia provém de características genéticas e vêm os génes como unidades fundamentais.

No extremo oposto, sistemas colectivos exibem propriedades completamente diferentes das suas componentes mais pequenas. Alguns cientístas pensam agora em termos de sistemas complexos numa forma holística, como ecosistemas, ou o cérebro, ou todo o universo. Podem ser examinados como sistemas colectivos que apresentam uma propriedade chamada de Emergência, propriedades diferentes das suas partes componentos.

Por exemplo, átomos interagem de diversas formas para formar moléculas que não se comportam como átomos individuais, e as moléculas podem-se combinar para formas células vivas que não se comportam como moléculas individuais. Essas células individuais podem-se combinar e formar consciência e pensamento que são propriedades que nenhuma célula individual apresenta.

As questões científicas estão geralmente relacionadas com a abordagem filosófica. Reducionismo é baseado na suposição que sistemas podem ser compreendidos ao se examinar o comportamento das unidades fundamentais. No extremo oposto, sistemas colectivos exibem propriedades completamente diferentes das suas componentes mais pequenas.

Diversos factores nos impendem de obter respostas completas em várias questões científicas, como:

1. Erro experimental: todas as medições contêm algum erro, por mais precisa que seja a medição.

2. O Princípio da Incerteza: na escala subatómica cada medição altera o objecto em estudo, isto é conhecido como o Princípio da Incerteza de Heisenberg;

3. Caos: vários sistemas naturais são caóticos e sendo assim inerentemente imprevísiveis.

4. A velocidade da luz é uma limitação no tempo e espaço.

No entanto, "A ciência não é algo absoluto, mas aproximações à realidade que são cada vez menos Refutáveis".

O método científico é um processo humano complexo e variável, que varia em detalhes de cientista para cientista, e de descoberta para descoberta. No entando esse método pode ser idealizado como um ciclo de observação, síntese, hipótese e previsões.

1. O primeiro passo em estudos científicos é reunir dados, observações, medições e experiências.

2. O segundo passo é o reconhecimento de padrões, procura de simetrias. Este passo involve reconhecer similaridades entre fenómenos aparentemente diferentes, como por exemplo formas diferentes de electricidade. Por vezes este passo é uma síntese matemática.

3. Quando se descobre o padrão o cientista propõe uma possivel explicação na formação de uma Hipótese. Quando a Hipótese é de uma natureza descritiva pode assumir uma forma superior de teoria, como a Teoria de Evolução de Darwin.

4. A hipótese ou teoria tem de levar a previsões, um hipótese científica tem de ser testável e levar a mais observações.

Uma teoria, ou hipótese científica, ou lei deve conduzir a previsões testáveis e não ambíguas. Consequentemente essa teoria pode ser sempre refutada por uma previsão irrealizável, como ser completamente provada.

Um aspecto a ter em conta e talvez mais desconhecido é que no centro deste ciclo idealizado há sempre um paradigma, uma sistema prevalescente de expectativas acerca do mundo natural. Por vezes o método não é seguido como um ciclo exacto, e imaginação humana, intuição e sorte são elementos vitais do processo.

Geralmente uma anomalia leva a novos entendimentos. Quando uma anomalia é encontrada que viola teorias e leis bem testadas, isso significa que a teoria ou lei precedente é um caso válido especial de uma lei mais geral. Podemos considerar um exemplo, a “hipótese” que todos os objectos caem sob a força da gravidade, no entanto a anomalia de um balão com hélio leva a uma compreensão mais profunda.

O processo científico é um processo elegante para aprender acerca do mundo natural, mas não é nem intuitivo nem óbvio.

Referências e sugestões de leitura:

Hazen and Singer, Why Aren’t Black Holes Black, Preface and Prologue.

Trefil and Hazen, The Sciences: An integrated approach, chapter 1.

Barrow, Impossibility, Chapter 1.

Kuhn, Structure of Scientific Revolutions.