BECM Unidade 06 Teorias construtivas fenomenologicas … · 2011-03-23 · Microscópio de força atômica do Argonne National Laboratory, exemplo extremo de observabilidade mediada

Bases Epistemológicas da Ciência Moderna

Teorias construtivas e teorias fenomenológicas Problemas da observabilidade e da teoricidade Valter A. Bezerra / CCNH / UFABC

Teorias construtivas e teorias fenomenológicas – Problemas da observabilidade e teoricidade

Bases Epistemológicas da Ciência Moderna — UFABC — Prof. Valter Alnis Bezerra 2

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”



Esta classificação pressupõe que seja possível sust entar 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 Schrödinger”)



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)



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)



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) • o teste empírico de teorias



Pergunta: o que é observabilidade?



O caso de Galileu e o telescópio



Microscópio de força atômica do Argonne National Laboratory, exemplo extremo de observabilidade mediada.



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



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 de cíclotron via transformada de Fourier.



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).



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 .



Pergunta:

Existe observação sem interpretação?

A resposta dada pela epistemologia é NÃO.



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.



Conseqüências dos problemas citados:

(a) Dificuldade de sustentar a classificação fenomenológico / construtivo (b) Risco de perder a objetividade da base empírica da ciência (c) Risco de relativismo cognitivo



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.





Exemplos de teorias:

Teorias construt ivas / 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 cl ássica 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



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 sel eção 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



Relatividade restrita — uma teoria fenomenológica

β = v / c

Contração do espaço:

Dilatação do tempo:

Massa relativística:

m(v) = γm = m / √(1 – v2 / c2)



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:



A teoria da relatividade restrita e suas consequênc ias testáveis: O experimento de decaimento dos múons de raios cósmicos


Bases Epistemológicas da Ciência Moderna — UFABC — Prof. Valter Alnis Bezerra 24 Am. J. Phys. 59(7)(1991)589







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.

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