A natureza da ci

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A natureza da ciência
Alexandre Bagdonas Henrique
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Objetivos

• Através de exemplos da História da Astronomia,
  discutir a nossa visão da ciência
• Senso comum da ciência
• Grécia antiga
• Galileu
• Francis Bacon Indução
• David Hume Críticas à indução
• Karl Popper Falsificacionismo
• A Revolução Copernicana
• Filósofos contemporâneos

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Senso comum da ciência

• Conhecimento científico é provado
• Teorias são derivadas rigorosamente dos dados
  experimentais, obtidas através de informações
  sensoriais
• Ciência é objetiva, e, portanto, confiável

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Grécia antiga

• Conhecimento obtido pelas observações não é
  confiável
• Muito progresso em filosofia e matemática, mas
  avanço reduzido em ciências empíricas
• Filosofia de Aristóteles (séc.IV ac) ainda é
  estudada, mas sua Física é pouco conhecida

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Aristóteles (384-322 a.C.)

• Discípulo de Platão e tutor de
• Alexandre o Grande

Estudou política, metafísica, psicologia,
lógica, poesia... Biologia e física Referências
aos pré-socráticos
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Elementos de Empédocles
Proporções dos elementos determinam propriedades
das substâncias Movimentos além dos naturais
pressupõem uma causa
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Duas físicas
Região sublunar

• Mudança, criação e destruição
• Da Terra até a órbita da Lua

Região sobrelunar
Caráter ordenado e regular Estrelas são o limite
externo do universo inexistência de espaços
vazios

• Éter meio com propensão natural a mover-se ao
  redor do centro do universo em círculos perfeitos

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Universo aristotélico
Neste sistema, tudo gira em torno da Terra
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Ptolomeu (séc. II dC)

• Sistema astronômico Geocêntrico

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Geocentrismo

• Epiciclos

• Visão de mundo dominante nos próximos séculos

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Copérnico (1473-1543)

• Sistema Heliocêntrico

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Galileu (1564-1642)

• Mudança de atitude ao fazer ciência baseando-se
  em observações
• Aceita-se os dados experimentais como verdade,
  então se constrói uma teoria que os explique
• Telescópio embate entre escritos aristotélicos e
  a Bíblia e as observações

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Observações de Galileu

• Fases de Vênus

• Luas de Júpiter

• Crateras na Lua

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Primeiras Observações - Como tudo começou ...
7 de Janeiro de 1610
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Primeiras Observações - Como tudo começou ...
12 de Janeiro de 1610
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Primeiras Observações - Como tudo começou ...
13 de Janeiro de 1610
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Primeiras Observações - Como tudo começou ...
14 de Janeiro de 1610
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Polêmica

• Por que observação com telescópio é preferível
  a olho nu?
• Teoria óptica Kepler (contemporâneo), que
  projetou sistema astronômico
• Apontar para objetos terrestres
• Desenho de Galileu contém crateras inexistentes

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Francis Bacon (1561-1626)

• Formulou princípios da indução científica
• Desde então sua teoria vem sendo modificada e
  aperfeiçoada
• Ainda hoje há filósofos indutivistas

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Indutivismo

• Observação com órgãos dos sentidos normais, é
  registro fiel, isento de preconceitos
• Observações geram afirmações singulares
• Ex Uma pedra caiu no chão quando solta
• A ciência é feita de afirmações universais
• Ex Existe uma força de atração entre todos os
  corpos materiais.
• Indução Obtenção, a partir de uma série finita
  de proposições de observação, de uma lei universal

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Indução

• Número de observações deve ser grande
• Observações devem ser repetidas sob uma ampla
  variedade de condições
• Nenhuma observação deve conflitar com a lei
  universal
• Ex barra metálica aquecida

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LEIS E TEORIAS
Dedução
Indução
FATOS ADQUIRIDOS PELA OBSERVAÇÃO
PREVISÕES E EXPLICAÇÕES
Ex Newton e a maçã
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Críticas ao Indutivismo

• David Hume (1711-1776)
• Como justificar o princípio da indução?
• Lógica?
• É possível chegar a uma conclusão falsa obtida
  indutivamente a partir de premissas verdadeiras
• Ex Todos os corvos são pretos
• Experiência?
• Trata-se de uma argumentação circular

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Mais críticas ao Indutivismo

• Ciência começa com observação
• Observação é uma base segura

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Observações imparciais
Observações dependem da experiência, formação
cultural, expectativas, etc. do observador
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Dependência da teoria

• Proposições de observação pressupõem teorias, e
  podem ser falsas
• Quanto mais rigoroso for o teste de uma
  proposição, mais teoria é necessária
• Ex Giz

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Falsificacionismo

• Karl Popper (1902-1994).
• Observações são orientadas pela teoria
• Teorias não podem ser provadas, são apenas
  tentativas.
• Uma vez propostas, as teorias devem ser testadas
  pelas observações, podendo ser falsificáveis
• Quanto mais falsificável uma teoria, melhor ela é

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• Base lógica é possível deduzir a partir de
  proposições singulares, que uma teoria é falsa
• Ex Um corvo que não era preto foi visto.
• Logo, nem todos os corvos são pretos
• Modificações ad hoc
• Acréscimos de postulados para proteger
  teorias de falsificações potenciais que não
  tenham conseqüências testáveis devem ser
  eliminados
• Ex Galileu vs. Aristóteles, crateras da Lua

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A revolução copernicana

• Argumentos a favor
• Planetas interiores sempre próximos ao Sol

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Laçadas planetárias

• Geocêntrico

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Laçadas planetárias

• Heliocêntrico

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Argumentos contrários

• Corpos jogados de cima
• de uma torre
• Corpos deveriam
• cair da Terra em
• rotação
• Movimento da Lua

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Paralaxe
Paralaxe de Marte
Paralaxe Estelar
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A mecânica de Galileu

• Iniciou bases de uma nova mecânica que substituiu
  a Aristotélica
• Lei circular da inércia, movimento circular
  uniforme
• Defesa de Copérnico argumento da Torre

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Newton (1643-1727)

• Força como causa dos movimentos
• Inércia linear
• Gravitação
• Explicou porque corpos não caem da Terra
• Unificação da física celeste e terrestre

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Limitações do Falsificacionismo

• A aceitação de teorias é sempre tentativa, mas a
  rejeição de teorias pode ser decisiva
• Proposições de observação são falíveis. Num
  choque entre teoria e observação, a observação
  pode estar errada
• Ex fases de Vênus e Copérnico, Lua no
  horizonte
• Inadequação histórica muitas teorias boas teriam
  sido descartadas no começo
• Ex Copérnico, Newton

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Filosofia da Ciência

• Visão do senso comum da ciência é ingênua
• Importância da história no ensino
• Ensino só trata das teorias "vencedoras", dando
  uma visão errada sobre a natureza da ciência.
• Filósofos contemporâneos
• Thomas Kuhn
• Lakatos
• Feyerabend

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• Referências
• Chalmers, A. F., O que é ciência afinal?
• Jennings, B. K., On the Nature of Science
  (http//arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0607/060724
  1.pdf)
• Agradecimentos
• Adalberto e Eder (antigos monitores)
• Profa. Cibelle
• Prof. Djalma

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EXTRAS
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Teorias não podem ser falsificadas

• Complexidade das situações de teste reais
• Previsão de uma teoria envolve muitas premissas
• Caso a previsão se revele falsa, não é fácil
  descobrir qual das premissas é falsa.

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Ceticismo

• Hume adotou uma postura cética já que a indução
  não pode ser justificada, então a ciência não
  pode ser justificada racionalmente.
• Crenças em leis e teorias são hábitos
  psicológicos adquiridos pelas observações
  repetidas

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Indutivistas modernos

• Não são adeptos de que a ciência começa com a
  observação
• Indução serve para justificar ou avaliar métodos
  científicos
• Criação de teorias envolve inspiração, acidentes
  ou mesmo séries de observações e cálculos.
• Ex maçã de Newton, raios X e Kepler
• Atos criativos que desafiam a lógica, estariam
  fora do escopo da filosofia da ciência

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Falsificabilidade como critério

• Hipóteses científicas devem ser falsificáveis
  para serem científicas
• Ex
• Ou está chovendo ou não está.
• Todos os pontos pontos num círculo euclidiano
  são equidistantes do centro.
• A sorte é possível na especulação esportiva.
• Teoria da história de Marx, psicologia de
  Freud e Adler
• Quanto mais falsificável uma teoria, melhor ela é

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Falsificacionismo e progresso

• A ciência progride por tentativa e erro.
• Não se pode dizer que uma teoria é
  verdadeira, mas sim que é a melhor possível
• Comparação entre hipóteses hipótese deve ser
  mais falsificável que a que ela quer substituir
• Avanços significativos
• Confirmação de conjecturas audaciosas
• Falsificação de conjecturas cautelosas
• Ex Netuno, sólidos de Kepler

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Teorias não podem ser falsificadas

• Complexidade das situações de teste reais
• Previsão de uma teoria envolve muitas premissas
• Caso a previsão se revele falsa, não é fácil
  descobrir qual das premissas é falsa.
• Ex Netuno, Tycho Brahe e a paralaxe

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Um exemplo

• Lakatos
• É observado um desvio na órbita prevista pelas
  leis de Newton de um planeta p
• Hipótese existe um planeta desconhecido p, que
  é pequeno demais para ser observado
• Contrução de telescópio mais avançado
• Hipótese 2 nuvem de gás e poeira
• Construção de satélite
• Hipótese 3 Campo eletromagnético

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Thomas Kuhn (1929-1996)

• Tanto indutivismo quanto falsificacionismo são
  inadequados em bases históricas
• Formado em Física, mas passou a estudar filosofia
  e história da ciência
• Segunda Guerra Mundial desprezo pelas ciências
  humanas

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Progresso da ciência
Paradigma suposições teóricas gerais e leis e
técnicas adotas por uma comunidade científica
específica Ex Mecânica newtoniana, ótica de
ondas, química analítica Ciência normal
cientistas que trabalham dentro do
paradigma Crise quando falsificações fogem do
controle
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O método científico

• Observação
• Experimentos controlados, manipulação da
  natureza
• Observações dependem da teoria
• Modelos
• Construção teórica usada para descrever ou
  prever observações
• Ex Mapa
• Modelos não devem ser razoáveis
• Ex Ação à distância de Newton, Mecânica
  Quântica

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Poder de previsão

• Habilidade de um modelo em descrever observações
  passadas e prever observações futuras
• Ao invés de falsificabilidade, modelos devem ter
  maior conteúdo de informação
• Quanto maior o poder de previsão, mais precisa é
  a teoria
• Teorias anteriores passam a ter um limite de
  validade
• Ex Relatividade, Mecânica Quântica
• Uma única falsa previsão não arruína um modelo
• Ex Dayton Miller

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Errar é humano, controlar erros, ciência

• Medidas sem estimativa de erro têm pouca validade
• Por vezes, resultados extraordinários estão
  errados
• Não cabe a comunidade científica encontrar os
  erros de uma nova teoria proposta, mas sim aos
  cientistas que a apresentaram provarem sua
  validade.
• Ao contrario da justiça, na ciência, todos são
  culpados até que se prove o contrário

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Como controlar os erros?

• Primeiramente, tanto observações como os modelos
  devem ser cuidadosamente construídos e testados
• Muitos erros surgem pela inconsistência dos
  modelos ou previsões erroneamente calculadas
• Deve atentar-se a toda fonte de erro

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Reprodutibilidade

• O experimento deve ser reprodutível
  pesquisadores independentes devem ser capaz de
  reproduzirem os mesmos resultados experimentais,
  dadas as mesmas condições de observação.
• Uma medida irreprodutível muito provavelmente
  está errada
• Medidas inesperadas, mas reprodutíveis,
  provavelmente estão corretas

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• Em contrapartida, novas tentativas devem ser o
  mais diferente o possível do experimento original
  na tentativa de eliminar fontes comuns de erro
• A reprodutibilidade não implica que eventos
  irreprodutíveis não possam ser cientificamente
  estudados
• Ex A ciência não precisa esperar um novo avião
  cair para estudar as causas de queda de aviões

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Revisão

• Uma outra forma de encontrar erros em um
  experimento é através da exposição de seus
  resultados à outras pessoas
• Ex Conversas informais com colegas, revisores de
  paper, etc...
• Artigos publicados em grandes revistas muito
  provavelmente estão corretos não necessariamente
  pelo prestígio do autor, mas sim porque fora
  revisado por vários cientistas
• A propriedade intelectual muitas vezes é inimiga
  do progresso científico

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Cemitério de modelos ultrapassados

• A relatividade do errado antigos modelos não são
  completamente descartados
• Novos modelos se reduzem aos antigos para um
  regime restrito de observações. Todos são úteis
  em um contexto apropriado
• Ex modelo plano da Terra, mecânica newtoniana,
  etc...
• A ciência é a arte da aproximação apropriada

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Revoluções científicas

• Thomas Kuhn defendeu dois tipos de ciência
  ciência normal e extraordinária
• Ciência normal pesquisa dentro dos paradigmas,
  conflito com paradigmas subsidiários
• Ciência extraordinária transposição dos
  paradigmas vigentes principais

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• Quando há revolução científica, o novo modelo
  expande as fronteiras da predição e observação
• Ex Mecânica quântica, Equações de Maxwell
• Geralmente essas revoluções ocorrem quando o
  modelo passa a ser testado em uma área até então
  inexplorada
• Novo modelo deve ser válido também no regime do
  primeiro

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Equivalência científica

• Modelos científicos são testados quanto a sua
  capacidade de descrever e prever fenômenos. Dois
  modelos que apresentem o mesmo resultados para
  todas as observações são cientificamente
  equivalentes
• Ex Transformações unitárias na mecânica
  quântica, transformações canônicas na mecânica
  clássica
• Modelo mais simples com menor número de
  suposições prevalece

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Equivalência efetiva

• Modelos distintos podem apresentar equivalência
  para uma serie de observações
• Ex Relatividade e mecânica clássica para
  corpos com baixas velocidades, Mecânica quântica
  e clássica para órbitas planetárias

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Conclusão

• O método científico é baseado na observação e
  construção de modelos
• Observações devem ser feitas cuidadosamente e
  devem ser reprodutíveis
• Deve-se controlar os erros
• O modelo deve ser o mais abrangente e simples
  possível
• Novos modelos ampliam o poder preditivo sem
  invalidar o modelo anterior