Adonai Sant'Anna

Matemática e Sociedade

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sábado, 27 de dezembro de 2014Artigo na revista Nature expõe grave crise na física teórica

Este mês foi publicado um brilhante artigo na revista britânica Nature que denunciade forma alarmante o crescente distanciamento entre físicos experimentais e físicosteóricos nos últimos dez anos. Apesar de eu não concordar com uns poucos pontosdiscutidos pelos autores do artigo (pois vejo que certas noções ingênuas aindapersistem mesmo entre os mais céticos), a leitura é obrigatória para físicos,matemáticos e filósofos. Por isso mesmo decidi traduzir o texto original para o nossoidioma e veicular neste blog. Por conta de formatação usual do blog Matemática eSociedade, decidi omitir as referências citadas. Quem quiser conferir a versãooriginal, veiculada no último dia 16, ela está disponível aqui.

Importante também observar que o artigo abaixo está em perfeita sintonia comdiscussões recentemente promovidas neste blog sobre o método científico, sobre ummembro da Academia Brasileira de Ciências que defende o Design Inteligente esobre o físico brasileiro Gabriel Guerrer, que promove uma visão mística sobre físicaquântica.

Desejo a todos uma leitura crítica.___________________

Método Científico: Em Defesa da Integridade da Físicade George Ellis e Joe Silk

Tentativas para isentar teorias especulativas sobre o universo, de verificação

Início

experimental, prejudicam a ciência.

Durante este ano, debates entre físicos tiveram uma preocupante reviravolta. Diante dedificuldades para aplicar teorias fundamentais ao universo observado, algunspesquisadores pediram por uma mudança na maneira como a física teórica sejadesenvolvida. Eles começaram a argumentar - explicitamente - que se uma teoria ésuficientemente elegante e explanatória, ela não precisa ser testadaexperimentalmente, algo que rompe com séculos de tradição filosófica no tratamentode conhecimento científico como empírico. Nós discordamos disso. Como argumentouo filósofo da ciência Karl Popper, uma teoria precisa ser falseável para ser científica.

Entre os líderes que advogam a tese de que elegância basta, estão algunspesquisadores de teoria das cordas. Como teoria das cordas é supostamente o "únicojogo na cidade" capaz de unificar as quatro forças fundamentais, eles acreditam queela deve conter um grão de verdade, apesar de se sustentar em dimensões espaciaisextras que jamais podemos observar. Alguns cosmólogos também estão procurandoabandonar a verificação experimental de grandes hipóteses que invocam domíniosimperceptíveis, como aqueles que ocorrem no caleidoscópico multiverso(compreendendo uma miríade de universos), a interpretação dos muitos mundos paraa realidade quântica (na qual atos de observação são associados a ramos paralelos darealidade) e conceitos pré-Big Bang.

Essas hipóteses não verificáveis são muito diferentes daquelas que se relacionamdiretamente com o mundo real e que são testáveis através de observações - como asdo modelo padrão em física de partículas e a existência de matéria escura e energiaescura. Da maneira como estamos percebendo a situação, a física teórica corre o riscode se tornar uma "terra de ninguém", que perambula entre matemática, física efilosofia, mas que não atende aos critérios de nenhum desses ramos doconhecimento.

A questão da testabilidade tem assombrado a física por uma década. A teoria dascordas e a teoria do multiverso têm sido criticadas em livros e artigos de divulgaçãocientífica, incluindo alguns escritos por um de nós (G.E.). Em março último, PaulSteinhardt publicou neste periódico que a teoria do universo inflacionário não é maiscientífica, uma vez que se tornou tão flexível a ponto de acomodar qualquer resultadoobservável. O físico teórico e filósofo Richard Dawid e o cosmólogo Sean Carroll têmcombatido essas críticas com uma defesa filosófica para enfraquecer a exigência detestabilidade em fundamentos da física.

Congratulamos Dawid, Carroll e outros físicos por terem trazido este problema à tona.Mas o passo drástico que eles propõem exige um debate cuidadoso. Essa batalha pelocoração e pela alma da física está ocorrendo em uma época na qual resultadoscientíficos - em tópicos que variam de mudanças climáticas à teoria da evolução -estão sendo questionados por alguns políticos e fundamentalistas religiosos. O

potencial dano na confiança pública em ciência e na natureza dos fundamentos dafísica precisa ser contido a partir de um diálogo mais profundo entre cientistas efilósofos.

Teoria da Cordas

Teoria das cordas é uma elaborada proposta para explicar como minúsculas cordas(objetos unidimensionais) e membranas (extensões de cordas para várias dimensões)existentes em espaços multi-dimensionais sustentam toda a física. Essas dimensõesextras são entrelaçadas de maneira tão intensa que são pequenas demais para seremobservadas a níveis de energia acessíveis por meio de colisões em qualqueracelerador de partículas concebível no futuro.

Alguns aspectos da teoria das cordas podem ser testados experimentalmente, emprincípio. Por exemplo, um princípio de simetria entre férmions e bósons, central nestateoria - supersimetria - prevê que cada tipo de partícula admite uma parceira ainda nãoobservada. Tais parceiras não foram detectadas ainda pelo Large Hadron Collider, noCERN, o laboratório europeu de física de partículas localizado próximo de Genebra,Suíça, o que limita o espectro de energias no qual a supersimetria possa existir. Seessas parceiras das partículas já conhecidas continuarem imperceptíveis, entãopoderemos jamais saber se existem ou não. Os defensores da teoria das cordaspoderão sempre afirmar que as massas dessas partículas são maiores do que osníveis de energia sondados.

Dawid argumenta que a veracidade da teoria das cordas pode ser estabelecida atravésde argumentos filosóficos e probabilísticos sobre o processo de pesquisa. Citandoanálise Bayesiana, um método estatístico para inferir a probabilidade de que umaexplicação seja adequada para um conjunto de fatos, Dawid afirma que confirmação éequivalente ao aumento de probabilidade de que uma teoria seja verdadeira ou viável.No entanto, este aumento de probabilidade pode ser puramente teórico. Como"ninguém propôs uma boa alternativa" e "teorias sem alternativas tinham a tendênciade ser viáveis no passado", ele argumenta que a teoria das cordas deveria serassumida como válida.

Na nossa opinião isso é como mover as traves do gol. No lugar de aumentar a crençaem uma teoria com base em evidências observacionais, ele sugere que descobertasteóricas é que devem reforçar a crença. Mas conclusões oriundas da matemática nãoprecisam se aplicar ao mundo real. Experimentos já demonstraram que muitas teoriasbelas e simples estavam erradas, desde a teoria do estado estacionário em cosmologiaaté a Grande Teoria Unificada SU(5) de física de partículas, que buscavam unificar asforças nucleares eletrofraca e forte. A ideia de que verdades pré-concebidas sobre ouniverso podem ser inferidas além de fatos estabelecidos (indutivismo) foi descartadapor Popper e outros filósofos do século 20.

Não podemos assumir a inexistência de teorias alternativas. Pode ser que não astenhamos encontrado ainda. Pode não haver a necessidade de uma teoria geral dequatro forças fundamentais se a gravidade, um efeito da curvatura do espaço-tempo,difere das forças forte, fraca e eletromagnética que governam partículas. Em suasmuitas variantes, a teoria das cordas não é sequer bem definida. Na nossa opinião, apossibilidade de uma teoria unificada é uma nota promissória.

Muitos multiversos

A hipótese do multiverso é motivada por um enigma: por que as constantes danatureza, como a constante de estrutura fina (que caracteriza a intensidade deinterações eletromagnéticas entre partículas) e a constante cosmológica (associadacom a aceleração da expansão do universo) têm valores que se encontram nopequeno intervalo que permite a existência de vida? A teoria do multiverso estabeleceque existem bilhões de universos paralelos não observáveis lá fora, nos quais todos ospossíveis valores para essas constantes podem ocorrer. Portanto, em algum lugarexiste um universo condizente com vida, como o nosso, apesar disso ser altamenteimprovável.

Alguns físicos consideram que a teoria do multiverso não encontra qualquer ideiaalternativa para explicar muitas outras coincidências bizarras. O baixo valor daconstante cosmológica - conhecido como 10 elevado a 120 vezes menor do que o valorprevisto pela teoria quântica de campos - é difícil de explicar, por exemplo.

Este ano, defendendo as hipóteses do multiverso e da interpretação de muitosmundos, Carroll dipensou o critério de falseabilidade de Popper, alegando que se tratade um "instrumento contundente". Ele apresentou duas outras exigências: uma teoriacientífica deveria ser "definitiva" e "empírica". Por definitiva, Carroll entende que ateoria diz "algo claro e sem ambiguidade sobre como a realidade funciona". Porempírica ele compreende algo que está de acordo com a definição usual de que umateoria deve ser julgada como bem sucedida ou fracassada a partir de sua habilidadepara explicar dados.

Ele argumenta que domínios inacessíveis podem ter um "efeito dramático" em nossoquintal cósmico, explicando por que a constante cosmológica é tão pequena na parteque observamos. Mas na teoria do multiverso, essa explicação poderia ser dadaindependentemente do que astrônomos observam. Todas as possíveis combinaçõesde parâmetros cosmológicos existiriam em algum lugar, e a teoria tem muitas variáveisque podem ser alteradas. Outras teorias, como a gravidade unimodular, uma versãomodificada da teoria da relatividade geral de Einstein, também podem explicar por quea constante cosmológica não é enorme.

Algumas pessoas desenvolveram variantes da teoria do multiverso que são suscetíveisa testes. A versão do físico Leonard Susskind pode ser falseada se algum dia for

descoberta uma curvatura espacial negativa no universo. Mas tal descoberta nãoprovaria coisa alguma a respeito das outras versões. Fundamentalmente, a hipótese domultiverso se sustenta na teoria das cordas, que ainda é não verificada, e nosmecanismos especulativos para compreender diferentes físicas em universosparalelos. Isso, em nossa opinião, não é robusto e, muito menos, testável.

A interpretação dos muitos mundos para a realidade quântica, proposta pelo físicoHugh Everett, é o multiverso quântico final, onde probabilidades quânticas afetam arealidade macroscópica. De acordo com Everett, cada um dos famosos gatos deSchrödinger, o vivo e o morto, envenenado ou não em sua caixa fechada por ação dedecaimentos radioativos aleatórios, é real em seu próprio universo. Cada vez que vocêfaz uma escolha, mesmo que seja tão mundana quanto seguir para a direita ou para aesquerda, um universo alternativo pipoca a partir do vácuo quântico para acomodar aoutra ação.

Bilhões de universos - e de galáxias e de cópias de cada um de nós - se acumulamsem a possibilidade de comunicação entre eles ou de teste sobre suas existências.Mas se uma duplicata de alguém existe em cada multiverso e se há infinitos universos,qual é o verdadeiro "eu" que experimento neste momento? Alguma versão deste "eu" épreferida sobre alguma outra? Como "eu" poderia saber qual é a "verdadeira" naturezada realidade se um "eu" favorece o multiverso e o outro não?

Em nosso ponto de vista, cosmólogos deveriam acatar a advertência do matemáticoDavid Hilbert: apesar de infinidades serem necessárias para completar a matemática,elas não ocorrem em lugar algum do universo físico.

Passe pelo teste

Nós concordamos com a física teórica Sabine Hossenfelder: ciência pós-empírica éum oximoro. Teorias como mecânica quântica e relatividade se saíram bem porquefizeram previsões que resistiram a testes. Porém, inúmeros exemplos históricosindicam como, na ausência de dados adequados, ideias elegantes e sedutorasconduziram pesquisadores para o caminho errado, desde a teoria geocêntrica dePtolomeu até a teoria do vórtex do átomo de Lord Kelvin e a visão do universo emestado estacionário perpétuo, devida a Fred Hoyle.

As consequências da supervalorização do significado de certas teorias são profundas -o método científico está em jogo. Afirmar que uma teoria é tão boa que sua existênciadispensa a necessidade de dados e de testes, em nossa opinião, coloca em risco avisão de estudantes e do público sobre como ciência deveria ser feita. E ainda podeabrir portas para pseudocientistas afirmarem que suas ideias atendem a exigênciassemelhantes.

O que fazer então? Físicos, filósofos e outros cientistas deveriam insistir em uma nova

Adonai às 17:04

narrativa para o método científico que possa lidar com o escopo da física moderna. Emnossa perspectiva, a questão se resume a esclarecer o seguinte: qual tipo de evidênciaobservacional ou experimental que pode persuadi-lo a acreditar que a teoria estáerrada e que deve ser abandonada? Se não existir alguma, não é uma teoria científica.

Tal defesa deve ser feita em termos filosóficos formais. Uma conferência deve serconvocada no próximo ano para dar os primeiros passos. Pessoas de ambos os ladosdo debate sobre testabilidade devem participar.

Enquanto isso, editores e editoras poderiam destinar trabalho especulativo para outrascategorias de pesquisa - como matemática, ao invés de cosmologia - de acordo com opotencial para testabilidade. E o domínio dessas atividades em alguns departamentose institutos de física poderia ser reavaliado.

O imprimatur da ciência deveria ser conferido apenas a uma teoria que seja testável.Somente assim poderemos defender a ciência de ataques.

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22 comentários:

danillonunes 28 de dezembro de 2014 12:21“Se existir alguma, não é uma teoria científica.”

Acho que aqui o correto seria “se não existir alguma”.Responder

Adonai 28 de dezembro de 2014 13:47danillonunes

Muito bem observado. Erro grotesco meu, que acabo de corrigir. Grato pela dica.

Anônimo 28 de dezembro de 2014 15:51É interessante que a análise bayesiana também é bastante utilizada para argumentar em favor dosobrenatural. Por exemplo, o filósofo de Oxford Richard Swinburne usa argumentos bayesianos para"demonstrar" que é mais provável que deus exista (The Existence of God, 2004) e que Jesus tenharessuscitado dos mortos (The Resurrection of God Incarnate, 2003, aponta 97% de chance!). Pareceque a física moderna cada vez mais se aproxima da metafísica.

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Adonai 28 de dezembro de 2014 16:21Anônimo

O emprego de probabilidades para esse tipo de análise é muito ardiloso. Se puder, dá umaolhada na postagem abaixo. Grato pela excelente recomendação.

http://adonaisantanna.blogspot.com.br/2012/09/testemunhando-lobisomens.html

Luiz Braz 31 de dezembro de 2014 11:59

Luiz Braz 31 de dezembro de 2014 12:01Para quem quiser embrenhar-se mais um pouco no assunto da postagem, há um artigo naScientific American Brasil (nº 145) intitulado Supersimetria e a Grande Crise na Física, quetrata do mesmo tema, mas que evidencia especificamente o problema técnico danecessidade da Supersimetria e o provável paradigma que deve ser seguido caso a teoria“fracasse”, paradigma que por sinal é passível de ser testado.

Adonai 31 de dezembro de 2014 17:08Caro Luiz Braz

Excelente recomendação! Grato.

Andreambrosio 1 de janeiro de 2015 20:56Certa vez, numa conferência no Instituto de Física da UFPR (isso lá por 1970, 1971) o Professor JoséGoldemberg disse que "os físicos nunca devem se esquecer de que o supremo juiz de qualquer teoria éo resultado de testes experimentais". Isso foi há tanto tempo que não me lembro do teor exato daafirmação, mas a essência é a que aí está. experimentalResponder

Adonai 3 de janeiro de 2015 16:29Andreambrosio

Já há alguns anos os filósofos da ciência se distanciam da ciência, no sentido estrito dotermo. Agora parece que a bola da vez é a dos físicos teóricos, que parecem querer sedistanciar da física experimental, esquecendo que a física é uma só, semcompartimentalização que separe experiência de teoria. A situação descrita neste artigo da

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Nature é realmente alarmante.

Cadu 2 de janeiro de 2015 14:35Prof. Adonai,

Como já comentei anteriormente, estou iniciando minha vida acadêmica na área da educação.Ultimamente tenho estudado alguns autores considerados pós-estruturalistas que, resumidamente,rejeitam definições que encerram verdades absolutas sobre o mundo.Li uma artigo em seu facebook sobre "Partículas telepáticas" e achei muito interessante. Em umaprimeira leitura, notei certa correlação e pensei que poderia me auxiliar em meus estudos, entretanto,sou completamente leigo no assunto, poderia me indicar algumas obras introdutórias sobre o tema.Responder

Adonai 3 de janeiro de 2015 16:33Cadu

Um texto que adapta o teorema de Bell para um público menos familiarizado com mecânicaquântica segue abaixo.

http://adonaisantanna.blogspot.com.br/2012/02/aplicando-matematica-em-metafisica.html

Espero que ajude. Outra referência que vale a pena conferir é o livro Sneaking a Look atGod's Cards, de Giancarlo Ghirardi. É um livro fenomenal e não técnico.

Daniel Freitas 3 de janeiro de 2015 14:47É ridiculo chamar de enigma esta falácia de que: "por que as constantes da natureza, como a constantede estrutura fina (que caracteriza a intensidade de interações eletromagnéticas entre partículas) e aconstante cosmológica (associada com a aceleração da expansão do universo) têm valores que seencontram no pequeno intervalo que permite a existência de vida"Mais ridículo ainda é a Nature se submeter a defender o método científico.Responder

Adonai 3 de janeiro de 2015 16:36Caro Daniel

Fiquei intrigado com o seu comentário. Poderia explicar a sua postura?

Daniel Freitas 3 de janeiro de 2015 22:57

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Adonai,desculpe-me, por favor. Eu não quis lançar mão do ´Apelo ao ridículo´, que também é umafalácia. Minha primeira crítica é a de que esses caras continuam falando em ´pequenointervalo que permite a existência de vida´. Que intervalo é esse? ´Vida´ é um conceito muitomal definido. Por exemplo, o artigo sobre a inevitabilidade do surgimento de vida comoconsequência natural de leis físicas bem conhecidas fala de matéria em desequilíbriotermodinâmico. No fim basta o desequilíbrio, os atores poderiam ser apenas férmions,bósons, suas combinações ou ainda, quem sabe, matéria escura? Mas, de modo geral,quando falam em ´vida´, os caras do ajuste fino, estão disfarçando o velho argumentoantropocêntrico.Professor, não quero parecer reacionário, mas quando vi a revista ´01´ da Ciência Terrestrecomeçar um artigo dizendo que isentar teorias de verificação experimental prejudica aCiência, eu tive de rir. Tudo bem, acho que foi uma risada meio nervosa. Talvez este artigoseja apenas mais um sinal dos tempos. Meu conhecimento de epistemologia da ciência érudimentar, mas creio que na Nature não dá para abrir uma discussão sobre fundamentos dométodo científico no contexto da Física Teórica; ela não é o veículo apropriado. Teria de seruma revista de Filosofia da Ciência. Não vejo como demérito para as diversas prototeorias devanguarda da física ainda não terem conseguido atingir o status de teoria científica; os prêmiode Teoria do Tudo ou de Grande Unificação valem o longo tempo de amadurecimento.Desconheço a existência de prova de que estas prototeorias nunca poderão consagrar-seteorias, mas se surgirem, pronto, fim de papo. Os proponentes tem de aprender a controlar aansiedade. Mudar as regras do jogo, como aponta o artigo, está obviamente fora decogitação.

Adonai 4 de janeiro de 2015 14:29Caro Daniel

Sensacional o que você escreve! E não consigo discordar de sua visão. De fato, aindavivemos na Idade das Trevas, mesmo quando o assunto é ciência de ponta.

Leandro Martins 5 de janeiro de 2015 17:13"[...] Da maneira como estamos percebendo a situação, a física teórica corre o risco de se tornar uma"terra de ninguém", que perambula entre matemática, física e filosofia, mas que não atende aos critériosde nenhum desses ramos do conhecimento. [...]"

Pelo pouco que entendo acerca de críticas e questionamentos metodológicos usuais, matemáticos efísicos em geral tendem a apontar a Química como portadora desse mal, sendo esta última uma "terrade ninguém" perambulando entre a Física, a Biologia e a Farmácia.

Daí talvez a crença de que a Química seja o "patinho feio" das Ciências Naturais e "Exatas".

Neste contexto, me surgiram as seguintes dúvidas:

1) Seria este o motivo da Química não estar em um caminho de Ciência Fundamental, como ocorre coma Física e a Matemática???? Em outras palavras, para poder ser considerada uma CiênciaFundamental, a Química precisaria desenvolver uma metodologia completamente distinta dasusualmente abordadas em Matemática, Física, Filosofia, Biologia e Farmácia????

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2) Se o objetivo é entender o funcionamento da Natureza como um todo, por que não mesclar asmetodologias (de modo coerente e cuidadoso, é claro) visando obter uma visão mais unificada demundo (juntando metodologias) do que uma segmentada (separando e isolando metodologiasdistintas)????Responder

Adonai 5 de janeiro de 2015 20:11Leandro

Neste momento só posso responder de forma opinativa. E é aquela coisa... Opinião é algoque se encontra entre o conhecimento e a ignorância.

Minha impressão é que ciência tem um caráter orgânico, por mérito próprio, emaranhado comum caráter arbitrário, por conta de seu reflexo social. Por um lado, a ciência busca uma visãounificada sobre o universo que vivemos. Esta parece ser a sua natureza. Por outro lado,ciência depende de financiamento e de retorno social. Neste momento é que surge acompartimentalização da ciência, dividindo-a em diferentes áreas do saber, com diferentesmetodologias, epistemologias e ontologias. Ou seja, fazer ciência é saber conviver com ascontradições da vida.

Leandro Martins 5 de janeiro de 2015 17:19Quanto ao restante da postagem, outras dúvidas:

1) Podemos admitir que, pelo menos na Física, está surgindo aos poucos e de modo preocupante eproblemático um Reducionismo exagerado????

2) Seria isto consequência de darem vazão, nas escolas, a posturas de desmerecimento do estudo deuma dada disciplina qualquer com base naquele questionamento comum dos alunos, do tipo "para queestudar isso ou aquilo se não irei trabalhar com esta área"????Responder

Anônimo 5 de janeiro de 2015 20:09Eu achei o artigo meio sensacionalista. Como escreveu o Daniel, logo acima, mudar a regra do jogo(validação experimental) está fora de cogitação. Confirmar uma teoria é algo que pode demorar séculos,como mostra a história. As pessoas têm pressa mas não adianta ter pressa. É preciso dar tempo aotempo. Beleza põe a mesa mas não garante o jantar. Ou seja, beleza pode se revelar uma ótimaexplicação aparente mas pode não se adequar a todos os fatos.Responder

Anônimo 5 de janeiro de 2015 20:10Um pouco de Wittgenstein nessa discussão faria um bem...

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Adonai 5 de janeiro de 2015 20:13Anônimo

Entendo a sua crítica. No entanto, Wittgenstein em especial não ajuda muito nessas horas. Oestilo dele mais remete a um sermão de domingo para profissionais de segunda-feira. E é nosdetalhes que residem os grande problemas.

Adonai 5 de janeiro de 2015 20:17Não me entenda mal. Adoro Wittgenstein e já tomei por base algumas de suas discussões emartigos meus. No entanto, ele foi mais um inspirador do que resolvedor de problemas.

Adonai

Professor Associado do Departamento de Matemática da UFPR. Autor de dois livros sobre lógicapublicados no Brasil, e de dezenas de artigos publicados em periódicos especializados dematemática, física e filosofia, no Brasil e no exterior. Atualmente está trabalhando em dois projetos

cinematográficos, sendo que um deles visa uma crítica inédita às universidades federais brasileiras. Para mais

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