Criar Ciência

Neste artigo de tom opinativo vou divagar um pouco sobre o processo de criação de novo conhecimento científico. Trata-se de uma reflexão pessoal e por isso parcial, que muitas vezes fará mais sentido no âmbito da Física e menos noutras áreas da Ciência. Será dirigido ao leigo comum que muitas vezes tem uma ideia errada sobre a Ciência e sobre os cientistas.

Vou então começar por uma questão essencial: o que faz um cientista? A imagem frequente é a de um indivíduo de bata branca num laboratório a misturar diferentes substâncias com o intuito de descobrir um novo composto cujas propriedades possam ter interesse numa dada aplicação. Esta ideia está obviamente mais conotada com a Química. Por outro lado, a própria imagem conduz à suposição de que a Ciência pode ser criada através de um processo de tentativa e erro. Esse é de facto um processo válido, mas não único. Contudo, é bom constatar que é um método incompleto, porque não fornece uma explicação lógica para o resultado obtido. Na tentativa e erro normalmente existe um conjunto de premissas/ elementos que são basicamente combinados de forma aleatória com o intuito de chegar a um resultado desejado. Por exemplo, se não soubermos como cozinhar arroz, os elementos a determinar são: a razão óptima de água a usar para uma dada quantidade de arroz; pressão a usar (colocar testo ou não); tipo de fonte de calor a usar; tempo de cozedura; quantidade de sal; etc. Assim, mesmo que depois de muitas tentativas cheguemos a uma receita cujo resultado é satisfatório, ficámos sem saber porquê que essa receita é melhor que uma outra que use, por exemplo, metade da quantidade de água. Em culinária o processo até pode ser muitas vezes semelhante a este, mas há alguns detalhes que são obviamente diferentes: o processo não é aleatório, pois o cozinheiro terá uma intuição que o ajudará a encontrar a solução desejada mais rapidamente. A intuição é consequência do conhecimento prévio que o cozinheiro tinha sobre os ingredientes que estava a usar. Por outro lado, como também é evidente, um resultado negativo não nos diz apenas que aquela combinação está errada – poderá eliminar muitas outras. Se o arroz ficar demasiado seco, isso significa que precisa de mais água, logo uma só experiência permite determinar um limite mínimo para a água (na verdade, também se pode dever à fonte de calor, pelo que aqui estava a assumir que esta já era controlada devidamente). Com sucessivas experiências vão-se limitando os intervalos de valores das variáveis. Em Ciência isto também acontece e é a forma de trabalhar de muitos dos investigadores na área de materiais, cujo objectivo é normalmente encontrar a “receita” ideal para criar um dado material para uma dada aplicação.

Porém, em muitos casos, o número de variáveis é demasiado grande para que essa seja uma forma viável e lógica de “atacar” o problema. Além disso, como referi em cima, o investigador fica sem saber o “porquê” de a receita encontrada ser a melhor, e não outra qualquer que tentou antes. Daqui surge então uma abordagem mais fundamental. Pegando no exemplo do arroz, poder-se-á estudar o que efectivamente acontece quando o arroz está em contacto com a água a diferentes temperaturas – não só se obtêm os dados, como também se tenta explicá-los, criando eventualmente uma “lei” que descreva como o arroz se comporta em determinadas condições. Esta é uma abordagem fenomenológica. Ainda não responde ao porquê, mas tem maior potencial de gerar novo conhecimento que a tentativa e erro, pois conduz à suposição de novas hipóteses. Se se observar, por exemplo, que o arroz expande através da absorção da água a uma taxa constante no primeiro minuto, poderá supor-se que o mesmo ocorrerá no segundo minuto e seguintes (não sei se assim é, serve apenas como exemplo). Obviamente que a suposição pode ser falsa, mas do seu teste chega-se a novo conhecimento. A lei fenomenológica encontrada poderá ser apenas válida durante alguns minutos, mas isso pode ser o suficiente para se determinar quanto tempo leva o arroz a cozer, e qual a quantidade de água a usar. Este tipo de abordagem é muito útil em Ciência, pois permite-nos sistematizar conhecimento na forma de leis simples (estas leis normalmente expressam-se através de equações matemáticas, onde são introduzidas constantes multiplicativas para que as unidades e valores combinem correctamente; o valor das constantes tem que ser determinada através de experiências de “calibração”).

De qualquer forma, continuam a faltar os porquês. O porquê é-nos dado em última instância pela teoria. Digo “em última instância”, porque à primeira vista um dado processo pode parecer ser explicado por um facto experimental, no entanto, se transpusermos o porquê para esse novo facto experimental, a resposta irá acabar por ser determinada pela nossa compreensão teórica inerente ao facto mais fundamental. (Por outro lado, se continuarmos a perguntar “porquê” à teoria, esta acabará por se reduzir às suas definições e dogmas, que assentam na observação. A teoria científica actual tenta explicar o “como” e não propriamente o “porquê” fundamental, que se situa mais no domínio da Filosofia.) Deixando o arroz na cozinha e passando ao exemplo mais paradigmático na História da Ciência que culminou na Lei da Gravitação Universal de Newton: primeiro Tycho Brahe registou de forma intensiva o movimento dos astros (observação do fenómeno); segundo Kepler encontrou os padrões subjacentes, as três leis de Kepler (observação de coerência, que é o equivalente à lei fenomenológica); e finalmente Newton obteve a sua teoria da gravitação, que era capaz em simultâneo de explicar porque é que a alegada maçã lhe caiu na cabeça, porque é que a Lua não caía, as leis de Kepler e muito mais. Usando a teoria de Newton, o Homem foi à Lua! Não foi por tentativa e erro: não se lançaram 20 missões Apollo tripuladas em direcção à Lua, com a esperança que uma lá chegasse – a primeira que foi enviada, chegou lá! Espero que isto deixe bem claro qual o poder da teoria: permite prever aquilo que nunca foi feito. (Os desastres que ocorreram na exploração espacial nunca tiveram a ver com problemas teóricos, mas antes de execução em detalhes de engenharia, como foi o caso da queda do vaivém espacial Challenger. Richard Feynman explicou porquê que ele caiu, mostrando a experiência simples de que materiais elásticos perdem as propriedades elásticas com o frio, que foi o que aconteceu a um simples o-ring do vaivém, o que veio a culminar no desastre.)

Richard Feynman (1918-1988). Recebeu o Prémio Nobel da Física em 1965 pelas suas contribuições em electrodinâmica quântica. Foi o pioneiro que avançou com a ideia da computação quântica, bem como de toda a nanotecnologia em geral. É também conhecido como tendo sido o Professor de excelência, pelas suas brilhantes aulas e livros. Recomendo a leitura do seu livro semi-autobiográfico “Está a brincar, Sr. Feynman!”, onde poderão ficar a conhecer o rapaz que arranjava rádios pensando!

É claro que na História da Ciência nem todas as teorias foram tão bem sucedidas quanto esta. Karl Popper defendeu que nenhuma teoria pode ser atestada verdadeira, pois é impossível de demonstrar que não existe uma experiência que possa mostrar que a teoria falha em determinadas condições. Por outro lado, qualquer teoria pode ser considerada falsa se se encontrar um só contra-exemplo. Assim, o núcleo da Ciência (em particular da Física) assenta em teorias cujas verificações experimentais sempre as demonstraram como correctas. (É claro que a afirmação de cima é demasiado peremptória – são “aceites” teorias que são na sua génese incompletas e que admitem não explicar “tudo”, claro. Este é um dos argumentos fundamentais de Thomas Kuhn contra a filosofia de Popper.) Acrescente-se ainda que Popper considerava que para uma teoria poder ser considerada científica, esta tinha que ser passível de ser verificada falsa (a chamada falseabilidade). Este é um elemento importante na Ciência: ela é assente na verificação experimental. Se a teoria não o permitir, é assim natural não poder ser considerada científica (esta é uma das críticas apontada à Teoria das Cordas, pois não é para já possível de a testar experimentalmente).

Karl Popper (1902-1994). É considerado um dos maiores filósofos de Ciência do século XX. “No rational argument will have a rational effect on a man who does not want to adopt a rational attitude.” (Nenhum argumento racional terá um efeito racional num homem que não adopte uma atitude racional.) “Science may be described as the art of systematic over-simplification.” (A Ciência pode ser descrita como a arte de excessiva simplificação sistemática.)

Voltando à questão inicial: o que muitos cientistas fazem é estudar os “limites” da teoria existente, bem como procurar novas consequências dessa mesma teoria. Este trabalho é tanto experimental, como teórico. O experimentalista (que faz o trabalho “prático”) pensa em novos meios de colocar a teoria à prova, em novas condições. O teórico estuda novas soluções matemáticas dessa teoria. O facto de se ter uma equação sobre um dado fenómeno físico não implica que se compreenda toda a teoria inerente. Aliás, muitas equações não são possíveis de analisar na sua íntegra, tendo os teóricos que as analisar apenas em determinadas condições. Por exemplo, a anedota de que os físicos (ou matemáticos) vêem uma vaca como sendo uma esfera é um bom exemplo disto: muitas vezes é necessário estipular aproximações para se conseguir chegar a um resultado. De qualquer modo, o cientista não esqueceu a aproximação efectuada, pelo que poderá tentar numa segunda abordagem uma consideração mais próxima da realidade.

Hoje em dia, com a ajuda dos computadores, os cientistas são muitas vezes levados a começar com uma abordagem já bastante realista do problema, pois o poder de cálculo dos computadores permite-lhes considerar muitas variáveis em simultâneo. Esta é porém uma abordagem que acaba por se assemelhar à da tentativa e erro, pois o investigador acaba por não desenvolver uma sensibilidade em relação ao que está de facto a acontecer. Em contraste, um tratamento simplificado do problema, permite a introdução de novos elementos de modo faseado e controlado, conseguindo-se perceber em cada etapa qual o papel de cada elemento. Há um caso paradigmático disto, em que o governo do Reino Unido financiou uma investigação para determinar se o “beef on the bone” deveria ser ou não banido do mercado devido à epidemia das vacas loucas. O bife foi banido, porém o estudo padece de graves problemas lógicos na sua génese, pois não foram analisados cuidadamente os parâmetros em causa. Um outro exemplo ocorreu no estudo da “propagação” da HIV, onde um modelo aparentemente realista e (mas) cheio de parâmetros deu um resultado muito menos fiável que um modelo muito mais simples (e aparentemente demasiado simplista, em comparação com o outro), onde todos os parâmetros eram devidamente compreendidos. (Há muitos outros exemplos.)

A criação de teoria nova é algo bem menos comum e que normalmente surge da sua necessidade, quando algo não funciona na teoria vigente. Como é evidente, a nova teoria não só tem que explicar o novo fenómeno até aí inexplicável, como simultaneamente terá que incorporar todos os sucessos da teoria antiga. Um exemplo disto é a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, através da qual se podem deduzir os resultados da teoria de Newton. Embora não queira aqui incluir uma discussão sobre se a Ciência é sempre incremental, como algumas correntes filosóficas defendem (Popper, por exemplo), ou se o seu avanço se dá através de revoluções científicas (Thomas Kuhn), deixo apenas a nota de que a discussão existe. Por exemplo, Kuhn considera que o contributo supracitado de Einstein foi uma revolução científica, pois embora os resultados clássicos possam ser de certo modo obtidos através da Relatividade, a verdade é que os conceitos foram na sua génese alterados (o conceito de massa, por exemplo), não sendo por isso um contributo incremental, mas antes disruptivo. 

Thomas Kuhn (1922-1996). Físico, historiador e filósofo de Ciência. É principalmente conhecido pelo seu livro “A Estrutura das Revoluções Científicas”, que foi muito influente quer no mundo académico, quer no mundo social, curiosamente (ainda que muitas vezes mal interpretado em ambos).

Alguns de vós já se poderão ter deparado com um talvez surpreendente cepticismo por parte de cientistas, quando estes foram defrontados com ideias novas. Pode parecer paradoxal como é que uma pessoa cujo trabalho é “inventar novas ideias”, tem uma certa resistência a elas. Se pensarem bem, não é paradoxal, é apenas uma consequência lógica: o cientista precisa de espírito crítico e de ser capaz de crivar as ideias novas que à partida pareçam não ter potencial. Por outro lado, é também ele que tem um maior domínio do conhecimento actual, pelo que consegue compreender melhor porquê que algo funciona e porquê que certas novas ideias não têm “cabimento”. Se assim é, o leitor poderá pensar que o cientista também deveria de ser capaz de explicar melhor as suas posições, devendo ser capaz de convencer o leigo, ao invés de dar a ideia de que é simplesmente fechado a novas ideias. O problema está obviamente na comunicação, pois o “dicionário” do cientista é diferente, e é-lhe muitas vezes difícil de traduzir… Falta evidentemente um jornalismo científico de qualidade que consiga fazer a ponte entre as duas linguagens.

Já conheci muitos amadores de Ciência que gostam de pensar nas suas próprias “teorias” (o leitor provavelmente também conhecerá algum), mas que depois ficam algo desapontados quando as expõe à crítica mais especializada na matéria, levando-os também a pensar que estes é que têm a mente fechada. A minha mensagem para todos eles é que a Ciência é de facto de certo modo fechada: não é possível desenvolverem uma teoria científica se desprezarem todo o conhecimento científico até agora acumulado. Fazer Ciência sem a conhecer é basicamente impossível. Imaginemos que esse amador vivia no final do século XIX e propunha a um físico que o tempo deveria ser relativo. O físico dir-lhe-ia com toda a certeza que se dedicasse à pesca. Einstein até viria a mostrar que a ideia era correcta, mas para isso alicerçou a ideia numa teoria bem formulada, onde a mecânica clássica não era refutada dentro dos limites onde já tinha sido verificada. Assim, o amador tem que compreender que propor uma nova ideia não serve de nada se a mesma não for suportada por uma teoria matemática que confirme o que já é sabido pela experiência. Para isto, é necessário saber bastante matemática, bem como, claro, ter a noção daquilo que efectivamente a Ciência já “sabe”. Além disso, de preferência, convém que a nova teoria responda efectivamente a uma questão que até aí não tinha resposta.

Uma outra ideia errada com que me já deparei várias vezes é a de que “em teoria tudo é possível”, como se “teorias” e “imaginação” fossem basicamente o mesmo. Obviamente que não é assim. Quando se fala numa previsão teórica ainda não verificada experimentalmente, está-se a falar normalmente de uma previsão que advém de uma teoria que já foi confirmada com muitas e diferentes experiências! Como disse em cima, uma só equação pode ter muitas soluções, em particular algumas poderão ser de difícil verificação experimental: estas serão previsões da teoria até que a experiência seja efectuada. Portanto não se está simplesmente a imaginar coisas, está-se antes a usar conhecimento para prever novo conhecimento! E não, nem “tudo é possível”, pois se por um lado uma teoria prevê dados comportamentos e fenómenos, em simultâneo também rejeita outros. No caso de um fenómeno impossível na teoria ser verificado experimentalmente, então a teoria terá que ser rejeitada (pelo menos num dado domínio) e já não será usada para prever novos fenómenos.

O Homem tem naturalmente o dom de reconhecer padrões na natureza, o que foi sem dúvida uma característica de extrema importância para a sua sobrevivência. Este dom, porém, às vezes engana-nos e leva-nos a tirar conclusões precipitadas. O emergir da Ciência terá vindo provavelmente da necessidade de filtrar convenientemente as conclusões, de criar uma metodologia que nos permitisse constatar a existência ou não desses padrões. Ainda hoje em dia, mesmo com o domínio científico sobre a nossa cultura, constata-se em conversas informais que muitos de nós têm o “vício” de inventar generalizações que na verdade não existem. Essas generalizações advêm de uma experiência parcial, pessoal, incompleta e muitas vezes filtrada dos próprios contra-exemplos, que são convenientemente postos de parte. Esta menção é apenas uma pequena chamada de atenção, pois é algo que não me incomoda muito, visto que normalmente é algo inconsequente. Mais cuidado dever-se-ia ter quando este tipo de raciocínio é aplicado a questões de saúde e o mesmo é depois reproduzido por outros, por vezes com consequências desastrosas. Pior ainda é quando se reveste este pseudo-conhecimento sob o nome da Ciência, citando algum estudo inexistente, ou uma fonte falsa (muito comuns na web).

No extremo negativo surge a própria Ciência que por vezes padece deste problema. O leitor crítico certamente que já se terá deparado com notícias sobre estudos (normalmente estatísticos) efectuados por universidades de renome internacional onde obtiveram conclusões muito questionáveis. Por vezes é a notícia que está mal escrita, outras vezes é mesmo o estudo que não faz sentido. É portanto preciso cuidado, pois nem tudo o que os cientistas dizem que é, de facto é (a Ciência não se constrói só de resultados correctos, nem de resultados positivos – os incorrectos e negativos acabam também por dar informação!). Muitos destes estudos a que me refiro estudam correlações entre dois eventos aparentemente desconexos. Embora a correlação possa existir, isso não implica causalidade! Por outro lado, a razão da correlação pode só existir em determinadas condições não indicadas no estudo. Além disso, a interpretação do leitor pode também não ser a mais correcta. Um erro comum é pensar que uma implicação funciona nos dois sentidos, quando pode não funcionar: se A implica B, isso não significa que B implique A. Outro problema que se vê em muitos estudos é o da reprodutibilidade: segundo Popper, uma experiência só pode ser considerada científica se puder ser reproduzida quantas vezes se desejar, por indivíduos diferentes, em laboratórios distintos; porém, muitos estudos parecem não obedecer a este princípio! A sua credibilidade é evidentemente muito questionável.

(Não trago para esta discussão a pseudociência e a astrologia, que aliás já as discuti nos artigos The New Secret e Astronomia versus Astrologia, respectivamente, pois nem merecem menção junto da Ciência – são meramente fantasias criadas para ludibriar e/ou roubar gente menos informada ou mais ingénua.)

 Ernest Rutherford (1871-1937).  Segundo ele: “All science is either physics or stamp collecting.” (Toda a Ciência ou é Física ou é colecção de selos.) Curiosamente, venceu o Prémio Nobel da Química em 1908 pelas suas contribuições na desintegração de elementos e estudos de radioactividade (que na verdade tanto pode ser considerado um domínio da Química, como da Física, aliás, Rutherford é considerado o pai da Física Nuclear). A afirmação em causa vai de encontro à necessidade de usar a Matemática para fazer Ciência, pois só desse modo é possível sistematizar o conhecimento de forma coerente, lógica e concisa. Nos tempos de Rutherford, a Matemática só era usada na Física, pelo que as outras Ciências acabavam por se assemelhar a um conjunto de conceitos e ideias um pouco desconexos – uma colecção de selos. Ao longo do século XX a Matemática foi entrando noutras Ciências, muitas das vezes pela mão de físicos que começaram a aplicar a sua bagagem teórica à Química e Biologia, principalmente. É claro que hoje em dia a Matemática já faz parte até das Ciências não exactas, sendo neste caso a estatística a ferramenta de estudo.

Espero que este texto possa ter servido para o leitor reflectir um pouco sobre a forma de encarar a Ciência e o conhecimento em geral. Alguns pontos que abordei são evidentemente discutíveis, pelo que desafio o leitor a comentar e a criticar, se assim o desejar.