Folha de São Paulo, domingo, 24 de junho de 2001


Os limites da explicação científica

por Steven Weinberg ( Nobel de Fisica )

Alguns anos atrás, passei uma tarde com outros professores da
Universidade do Texas (EUA) contando o trabalho de nossas
respectivas disciplinas a um grupo de graduandos. Descrevi em
linhas gerais o grande progresso que nós, físicos, havíamos feito
no tocante à explicação do que era conhecido experimentalmente
sobre partículas elementares e campos; como, enquanto
estudante, eu tivera de aprender uma grande variedade de fatos
heterogêneos sobre partículas, forças e simetrias; como, de
meados dos anos 60 até meados dos anos 70, toda essa
miscelânea era explicada no que hoje é chamado o Modelo
Padrão das partículas elementares; como aprendemos que esses
fatos heterogêneos sobre partículas e forças podem ser deduzidos
matematicamente de uns poucos princípios bem simples; e como
um grande "A-há!" coletivo irrompeu da comunidade dos físicos.

Após os comentários, um colega de faculdade (cientista, mas não
físico atômico) comentou: "Bem, claro que você sabe que a
ciência na verdade não explica as coisas, somente as descreve".

Eu já ouvira esse comentário antes, mas na hora aquilo me pegou
de surpresa, pois eu pensava que estivéssemos fazendo um
trabalho e tanto explicando as propriedades observadas das
forças e partículas elementares, não só as descrevendo (1).

Creio que o comentário de meu colega talvez tenha sido fruto de
uma espécie de medo positivista difundido entre os filósofos da
ciência no período de entre as guerras mundiais. É célebre a
observação de Ludwig Wittgenstein de que "na base de toda a
visão moderna do mundo está a ilusão de que as chamadas leis da
natureza são as explicações de fenômenos naturais".

Pode-se supor que algo é explicado quando lhe encontramos a
causa, mas um texto de Bertrand Russell, em 1913, argumentava
que "a palavra "causa" está tão inextricavelmente presa a
associações enganosas que sua completa exclusão do vocabulário
filosófico se faz desejável" (2). Isso deixou os filósofos com uma
única escolha para a distinção entre explicação e descrição, uma
escolha teleológica, definindo uma explicação como uma
declaração do propósito da coisa explicada.

O romance "Where Angels Fear to Tread", de E.M. Forster, dá
um bom exemplo de teleologia ao traçar a diferença entre
descrição e explicação. Philip está tentando descobrir por que sua
amiga Caroline ajudou a consumar um casamento entre a irmã de
Philip e um jovem italiano a quem a família de Philip não vê com
bons olhos. Depois de Caroline relatar todas as conversas que
teve com a irmã de Philip, Philip diz: "O que você me deu é uma
descrição, não uma explicação". Todos sabem o que Philip quer
dizer com isso: ao pedir uma explicação, ele quer saber dos
propósitos de Caroline. Não há propósito revelado nas leis da
natureza, e não sabendo outro modo de distinguir descrição e
explicação, Wittgenstein e meu amigo concluíram que essas leis
não podem ser explicações.

Talvez alguns daqueles que dizem que a ciência descreve, mas não
explica, queiram também comparar desfavoravelmente a ciência à
teologia, que eles imaginam explicar as coisas com referência a
algum tipo de propósito divino, uma tarefa recusada pela ciência.

Esse modo de raciocinar me parece errado não só na substância,
mas também no procedimento. Não é tarefa dos filósofos ou de
quem quer que seja ditar sentidos de palavras diversos dos
sentidos de uso geral. Em vez de sustentar que os cientistas estão
enganados quando dizem, como geralmente o fazem, que estão
explicando coisas quando fazem seu trabalho, os filósofos que
cuidam do sentido da explicação na ciência deveriam tentar
entender o que os cientistas estão fazendo quando dizem que
explicam alguma coisa. Se eu tivesse de dar uma definição a priori
da explicação na física, diria: "Explicação na física é o que os
físicos fizeram quando dizem "A-há!'". Mas definições a priori
(incluindo essa) não são de muita utilidade.

Que eu saiba, isso foi bem entendido pelos filósofos da ciência
desde pelo menos a Segunda Guerra Mundial. Há uma vasta
literatura moderna sobre a natureza da explicação, por filósofos
como Peter Achinstein, Carl Hempel, Philip Kitcher e Wesley
Salmon. Daquilo que li dessa literatura, concluo que os filósofos
estão agora lidando com isso da forma correta. Estão tentando
desenvolver uma resposta à pergunta: "O que fazem os cientistas
quando explicam alguma coisa?", observando o que os cientistas
realmente estão fazendo.


Explicando para se explicar

Cientistas que fazem pesquisa pura, e não aplicada, costumam
dizer ao público e às agências de financiamento que sua missão é
a explicação de tal ou qual coisa, daí porque a tarefa de aclarar a
natureza da explicação é tão importante para eles -e também para
os filósofos. Essa tarefa me parece um pouco mais fácil na física (e
na química) do que nas demais ciências, porque os filósofos da
ciência se viram a braços com a pergunta de o que se quer dizer
com a explicação de um evento (note a referência de Wittgenstein
aos "fenômenos naturais"), enquanto os físicos estão interessados
na explicação das regularidades, de princípios físicos, e não com
eventos individuais.

Biólogos, meteorologistas e historiadores se preocupam com as
causas de eventos individuais, tais como a extinção dos
dinossauros, a nevasca de 1888, a Revolução Francesa etc.,
enquanto um físico só se interessa por um evento -como a velação
das chapas fotográficas de Becquerel que, em 1897, foram
deixadas na proximidade de um sal de urânio- quando esse revela
uma regularidade da natureza, tal como a instabilidade do átomo
de urânio. Philip Kitcher tentou reavivar a idéia de que o modo de
explicar um evento é reportá-lo a sua causa, mas entre o infinito
número de coisas que podem afetar um evento, qual considerar
como causa? (3)

No contexto limitado da física, creio que se possa dar uma
resposta sofrível ao problema de distinguir a explicação da simples
descrição, que capta o que os físicos querem dizer quando
afirmam que explicaram alguma regularidade. A resposta é que
nós explicamos um princípio físico quando mostramos que ele
pode ser deduzido de um princípio mais fundamental. Infelizmente,
para parafrasear algo que a escritora Mary McCarthy disse uma
vez sobre um livro de Lillian Hellman, cada palavra nessa
definição possui um sentido questionável, incluindo "nós" e "um".
Mas vou focalizar as três palavras que, a meu ver, apresentam as
maiores dificuldades: "fundamental", "deduzido" e "princípio".

Newton e Kepler
A espinhosa palavra "fundamental" não pode ser deixada de fora
dessa definição, porque a própria dedução não implica direção:
ela costuma trabalhar em ambos os sentidos. O melhor exemplo
que conheço é dado pela relação entre as leis de Newton e as leis
de Kepler. Todos sabem que Newton descobriu não só a lei que
diz que a força da gravidade diminui na proporção inversa do
quadrado da distância, mas também uma lei do movimento que diz
como os corpos se movem sob a influência de qualquer tipo de
força. Um pouco antes, Kepler descrevera três leis do movimento
planetário: planetas se movem em elipses tendo o Sol como foco;
a linha que une o Sol a qualquer planeta se estende por iguais
áreas em iguais tempos; e o quadrado dos períodos (o tempo que
os planetas levam para descrever suas órbitas) é proporcional ao
cubo dos maiores diâmetros das órbitas dos planetas. Costuma-se
dizer que as leis de Newton explicam as de Kepler. Mas,
historicamente, a lei de gravitação de Newton foi deduzida das leis
de movimento planetário de Kepler.

Edmund Halley, Christopher Wren e Robert Hooke usaram a
relação de Kepler entre o quadrado dos períodos e o cubo dos
diâmetros (tomando as órbitas como círculos) para deduzir uma
lei de gravitação do inverso do quadrado, e depois Newton
estendeu o argumento às órbitas elípticas. Hoje, claro, quando se
estuda mecânica, aprende-se a deduzir as leis de Kepler das leis
de Newton e não vice-versa. Estamos convencidos de que as leis
de Newton são mais fundamentais que as leis de Kepler, e é nesse
sentido que as leis de Newton explicam as leis de Kepler, e não o
contrário. Mas não é fácil emprestar um sentido preciso à idéia de
que um princípio físico é mais fundamental que outro.

Somos tentados a dizer que mais fundamental significa mais
abrangente. Talvez a mais célebre tentativa de captar o sentido
que os cientistas conferem à explicação foi aquela de Carl
Hempel. Em seu famoso artigo de 1948, escrito com Paul
Oppenheim, ele observou que "a explicação de uma regularidade
geral consiste em subsumi-la a outra regularidade mais abrangente,
a uma lei mais geral" (4). Mas isso não afasta a dificuldade.

Pode-se dizer, por exemplo, que as leis de Newton governam não
só os movimentos dos planetas, mas também as marés da Terra, a
queda de frutas das árvores e assim por diante, enquanto as leis
de Kepler tratam do contexto mais restrito dos movimentos
planetários.

Mas isso não é rigorosamente verdade. As leis de Kepler, à
medida que a mecânica clássica nem sequer é aplicada, governam
também o movimento dos elétrons ao redor do núcleo, onde a
gravidade é irrelevante. Assim, há um sentido em que as leis de
Kepler possuam uma generalidade que as leis de Newton não
têm. Mas seria absurdo dizer que as leis de Kepler explicam as de
Newton, ao passo que todos (salvo talvez um purista filosófico)
concordam com a afirmação de que as leis de Newton explicam
as de Kepler. Esse exemplo das leis de Newton e de Kepler é um
tanto artificial, porque a bem dizer não há dúvida sobre qual é a
explicação de qual. Em outros casos, a questão de saber qual
explica qual é mais difícil e mais importante.

Eis um exemplo: quando a mecânica quântica é aplicada à
relatividade geral, descobre-se que a energia e o momentum num
campo gravitacional vêm em feixes conhecidos como grávitons,
partículas que têm massa nula, tal como a partícula de luz, o fóton,
mas um spin dois (duas vezes o do fóton). Por outro lado, foi
mostrado que qualquer partícula cuja massa é zero e cujo spin é
dois se portará do mesmo modo que os grávitons na relatividade
geral, e que a troca desses grávitons produzirá os mesmos efeitos
gravitacionais previstos pela relatividade geral. Além disso, é uma
previsão geral da teoria quântica que devem existir partículas de
massa zero e spin dois. Assim, será a existência do gráviton
explicada pela teoria geral da relatividade ou a teoria geral da
relatividade explicada pela existência do gráviton? Não sabemos.

Da resposta a essa pergunta depende uma escolha de nossa visão
do futuro da física: será ele baseado na geometria do
tempo-espaço, como na relatividade geral, ou em alguma teoria
como a teoria quântica, que prevê a existência de grávitons?


Além da dedução
A idéia de explicação como dedução também se vê em apuros
quando consideramos princípios físicos que parecem transcender
os princípios dos quais foram deduzidos. Isso vale sobretudo para
a termodinâmica, a ciência do calor e da entropia. Depois que
suas leis foram formuladas no século 19, Ludwig Boltzmann
logrou deduzir essas leis da mecânica estatística, a física de
amostras macroscópicas de matéria compostas de largo número
de moléculas individuais. A explicação da termodinâmica por
Boltzmann em termos de mecânica estatística ganhou ampla
aceitação, ainda que encontrasse resistência em Max Planck,
Ernst Zermelo e alguns outros físicos que se aferravam à antiga
visão das leis da termodinâmica como princípios independentes,
tão fundamentais como quaisquer outros. Mas aí os trabalhos de
Jacob Bekenstein e Stephen Hawking no século 20 mostraram
que a termodinâmica se aplica também a buracos negros, e não
porque eles sejam compostos de muitas moléculas, mas porque
têm uma superfície da qual nenhuma partícula ou raio luminoso
jamais poderá emergir.

Assim, a termodinâmica parece transcender a mecânica estatística
dos sistemas multicorporais dos quais foi deduzida originalmente.
No entanto, eu sustentaria que há um sentido em que as leis da
termodinâmica não são tão fundamentais como os princípios da
relatividade geral ou o Modelo Padrão das partículas elementares.

É importante distinguir aqui dois aspectos diversos da
termodinâmica. De um lado, a termodinâmica é um sistema formal
que nos permite deduzir consequências interessantes de algumas
leis simples, onde quer que essas leis se apliquem. As leis se
aplicam a buracos negros, a caldeiras a vapor e a muitos outros
sistemas. Mas não se aplicam em toda parte. A termodinâmica
não teria sentido se aplicada a um único átomo. Para descobrir se
as leis da termodinâmica se aplicam a um sistema físico particular,
é preciso perguntar se as leis da termodinâmica podem ser
deduzidas daquilo que se sabe desse sistema. Às vezes podem, às
vezes não. A termodinâmica mesma nunca é a explicação de nada
-é preciso sempre perguntar por que a termodinâmica se aplica a
qualquer sistema que se esteja estudando, o que é feito deduzindo
as leis da termodinâmica de qualquer princípio mais fundamental
que possa ser relevante àquele sistema.


Euclidianas
Nesse sentido, não vejo muita diferença entre a termodinâmica e a
geometria euclidiana. Afinal, a geometria euclidiana se aplica a
uma impressionante variedade de contextos. Se três pessoas
concordam que cada uma medirá o ângulo entre as linhas de visão
de outras duas e depois se reúnem e somam esses ângulos, a
soma será 180 graus. E se chegará ao mesmo resultado de 180
graus para a soma dos ângulos de um triângulo feito de barras de
ferro ou linhas a lápis sobre um pedaço de papel. Pode parecer
que a geometria seja mais fundamental que a óptica ou a
mecânica. Mas a geometria euclidiana é um sistema formal de
inferência baseado em postulados que podem ou não se aplicar a
uma dada situação. Como sabemos da teoria geral da
relatividade, o sistema euclidiano não se aplica a campos
gravitacionais, embora seja uma aproximação muito boa no
campo gravitacional relativamente fraco do planeta em que foi
desenvolvido por Euclides.

Quando usamos a geometria euclidiana para explicar qualquer
coisa, estamos confiando tacitamente na teoria geral da
relatividade para explicar por que a geometria euclidiana se aplica
ao caso em questão.
Falando de dedução, topamos com outro problema: quem é que
faz a dedução? Costumamos dizer que algo é explicado por algo
diverso sem na verdade sermos capazes de deduzi-lo. Por
exemplo, depois do desenvolvimento da física quântica em
meados da década de 1920, quando se tornou possível calcular
pela primeira vez, de modo claro e compreensível, o espectro do
átomo de hidrogênio e a energia de ligação do hidrogênio, muitos
físicos concluíram imediatamente que toda a química era explicada
pela mecânica quântica e o princípio da atração eletrostática entre
elétrons e núcleos atômicos. Físicos como Paul Dirac
proclamaram que toda a química fora então compreendida. Mas
eles não tinham ainda conseguido deduzir as propriedades
químicas de nenhuma outra molécula senão a molécula de
hidrogênio mais simples. Os físicos estavam certos de que todas
essas propriedades eram consequência das leis da mecânica
quântica tal como aplicadas a núcleos e elétrons.

A experiência confirmou isso; de fato, agora podemos deduzir as
propriedades de moléculas bastante complicadas -não moléculas
tão complicadas como proteínas ou DNA, mas ainda assim
moléculas orgânicas bem impressionantes- fazendo complicados
cálculos de computador, usando a mecânica quântica e o princípio
da atração eletrostática. Quase qualquer físico diria que a química
é explicada pela mecânica quântica e as propriedades simples de
elétrons e núcleos atômicos. Mas os fenômenos químicos nunca
serão inteiramente explicados desse modo, e assim a química
persiste como uma disciplina separada. Os químicos não se
chamam de físicos; possuem revistas diferentes e habilidades
diferentes das dos físicos. É difícil lidar com moléculas
complicadas pelos métodos da mecânica quântica, mas ainda
assim sabemos que a física explica por que a química é o que é. A
explicação não está em nossos livros, não está em nossos artigos
científicos, está na natureza; é que as leis da física exigem que a
química se comporte da maneira como faz.

Observações análogas cabem a outras áreas da ciência física.
Como parte do Modelo Padrão, temos uma teoria bem verificada
da força nuclear forte -a força que une tanto as partículas nos
núcleos quanto as partículas que compõem essas partículas-
conhecida como cromodinâmica quântica, que acreditamos
explicar por que a massa do próton é o que é. A massa do próton
é produzida pelas forças intensas que os quarks dentro do próton
exercem uns sobre os outros. Não que possamos realmente
calcular a massa do próton; não tenho nem certeza de que
tenhamos um bom algoritmo para fazer o cálculo, mas não há
mistério algum sobre a massa do próton. Sentimos por que é o
que é, não no sentido de que o tenhamos calculado ou que sequer
o possamos calcular, mas no sentido de que a cromodinâmica
quântica pode calculá-lo -o valor da massa do próton é definido
pela cromodinâmica quântica, embora não saibamos como fazer o
cálculo.

Talvez seja muito importante reconhecer que algo foi explicado,
mesmo nesse sentido restrito, porque isso nos pode fornecer um
sentido estratégico de quais problemas abordar. Se você quiser
trabalhar no cálculo da massa do próton, vá em frente, melhor
para você. Seria um belo espetáculo de habilidade de cálculo, mas
não avançaria nossa compreensão das leis da natureza, porque já
compreendemos bem o suficiente a intensa força nuclear para
saber que nenhuma lei da natureza nova será necessária nesse
cálculo.

Outro problema com a explicação como dedução: em alguns
casos, podemos deduzir algo sem explicá-lo. Isso pode parecer
um tanto insólito, mas considere a seguinte história. Quando os
físicos começaram a levar cosmologicamente a sério o Big Bang,
uma das coisas que fizeram foi calcular a produção de elementos
leves nos primeiros minutos do Universo em expansão. E o
fizeram anotando as equações que governam as taxas em que
ocorreram as várias reações nucleares. A taxa de troca da
quantidade (ou "abundância", como dizem os físicos) de qualquer
espécie nuclear é igual à soma dos termos, cada termo sendo
proporcional às abundâncias da outra espécie nuclear. Desse
modo, desenvolve-se um amplo conjunto de equações diferenciais
vinculadas, que depois são introduzidas num computador que
produz uma solução numérica.

Quando essas equações foram resolvidas. em meados de 1960
por James Peebles e depois por Robert Wagoner, William Fowler
e Fred Hoyle, descobriu-se que, após os primeiros minutos, um
quarto da massa do Universo assumiu a forma de hélio, e quase
todo o resto era hidrogênio, com outros elementos presentes
apenas em quantidades minúsculas. Esses cálculos revelaram
também certas regularidades. Por exemplo, se introduzimos algo à
teoria para acelerar a expansão, como por exemplo acrescentar
espécies adicionais de neutrinos, descobrimos que mais hélio seria
produzido. Isso é um pouco contra-intuitivo -talvez se pense que
acelerar a expansão do Universo daria menos tempo para as
reações nucleares produzirem hélio, mas o fato é que os cálculos
mostraram que aumentou a quantidade de hélio produzido.

A explicação não é difícil, embora não possa ser facilmente vista
na página impressa do computador. Enquanto o Universo se
expandia e esfriava nos primeiros minutos, ocorriam reações
nucleares que compunham núcleos complexos dos prótons e
nêutrons primordiais, mas como a densidade da matéria era
relativamente baixa, essas reações podiam ocorrer apenas em
sequência, primeiro combinando alguns prótons e nêutrons para
formar o núcleo do hidrogênio pesado, o dêuteron, e depois
combinando dêuterons com prótons e nêutrons ou outros
dêuterons para formar núcleos mais pesados, como o hélio.
Contudo os dêuterons são muito frágeis; possuem uma ligação
relativamente fraca, de modo que, na essência, nenhum dêuteron
foi produzido até que a temperatura baixasse a cerca de 1 bilhão
de graus, ao cabo dos primeiros três minutos. Durante todo esse
tempo, nêutrons se convertiam em prótons, tal como fazem hoje
nêutrons livres em nossos laboratórios.

Quando a temperatura baixou a 1 bilhão de graus, e ficou frio o
bastante para os dêuterons se manterem juntos, então todos os
nêutrons que ainda restavam foram rapidamente transformados em
dêuterons, e os dêuterons, em hélio, um núcleo particularmente
estável. São precisos dois nêutrons e dois prótons para formar um
núcleo de hélio, assim o número de núcleos de hélio produzido
então era somente a metade do número dos nêutrons
remanescentes. Portanto o fato crucial que determina a quantidade
de hélio produzido nos primórdios do Universo é quantos
nêutrons se desintegraram antes que a temperatura baixasse a 1
bilhão de graus. Quanto mais rápida a expansão, mais cedo a
temperatura baixou a 1 bilhão de graus, e assim menos tempo
tinham os nêutrons para se desintegrar, e mais deles sobraram, e
mais hélio foi produzido. Essa a explicação do que foi descoberto
nos cálculos do computador; mas a explicação não seria
encontrada nos gráficos traçados pelo computador, que
mostravam a abundância em relação à velocidade da expansão.

Além disso, embora eu tenha dito que os físicos só estão
interessados em explicar os princípios gerais, não está claro o que
é um princípio e o que é um simples acidente. Às vezes, o que
imaginamos ser uma lei fundamental da natureza é apenas um
acidente. Kepler fornece novamente um exemplo. Hoje ele é
conhecido sobretudo pelas suas famosas três leis do movimento
planetário, mas, quando jovem, ele tentou também explicar os
diâmetros das órbitas dos planetas com uma complicada
construção geométrica envolvendo poliedros regulares. Hoje
rimos disso porque sabemos que as distâncias dos planetas em
relação ao Sol refletem acidentes que ocorreram quando o
Sistema Solar foi formado. Não tentaríamos explicar os diâmetros
das órbitas planetárias deduzindo-os de alguma lei fundamental.

Em certo sentido, porém, há uma espécie de explicação estatística
aproximada para a distância entre a Terra e o Sol (5). Se
perguntarmos por que a Terra está a cerca de cem milhões de
milhas do Sol, e não, digamos, duzentos milhões ou cinquenta
milhões de milhas, ou até mais longe, ou até mais perto, uma
resposta seria que, se a Terra estivesse muito mais próxima do
Sol, seria quente demais para nós, e, se estivesse um pouco mais
afastada do Sol, seria muito fria para nós. Dita assim, essa é uma
explicação bastante besta, porque sabemos que não havia
conhecimento prévio dos seres humanos na formação do Sistema
Solar. Mas há um sentido em que essa explicação não é besta,
porque há inúmeros planetas no Universo, de modo que, embora
somente uma pequena fração esteja à distância correta de sua
estrela e tenha a massa e composição química corretas e tudo o
mais para permitir a evolução da vida, não seria surpresa que as
criaturas que investigam a distância de seu planeta em relação a
sua estrela descubram que vivem num dos planetas dessa pequena
fração.

Esse tipo de explicação é conhecida como antrópica, e, como se
pode ver, ela não oferece um insight muito útil na física do Sistema
Solar. Mas argumentos antrópicos podem se tornar bem
importantes quando aplicados ao que costumamos chamar de
Universo. Os cosmólogos especulam cada vez mais que, tal como
a Terra é somente um entre muitos planetas, assim também nosso
Big Bang, a grande expansão do Universo em que vivemos, pode
ser apenas um entre os muitos bangs que ocorrem
esporadicamente aqui e ali num mega-universo muito maior.

Especulam ainda que, nesses diversos big bangs, algumas das
supostas constantes da natureza assumem valores diferentes, e
talvez mesmo algo do que chamamos hoje leis da natureza
assumam formas diferentes. Nesse caso, a questão de saber por
que as leis da natureza que descobrimos e as constantes da
natureza que medimos são o que são teria uma explicação
teleológica tosca que é somente com esse tipo de Big Bang que
haveria alguém para formular a pergunta.


Unificando leis
Espero certamente que não sejamos levados a esse tipo de
raciocínio e que descobriremos um único conjunto de leis naturais
para explicar por que todas as constantes da natureza são o que
são. Mas temos que manter em vista a possibilidade de que o que
hoje chamamos de leis da natureza e as constantes da natureza
sejam aspectos acidentais do Big Bang no qual nos encontramos,
embora submetidos (tal como é a distância da Terra em relação
ao Sol) à exigência de que têm de estar num âmbito que permita o
aparecimento de seres que possam perguntar por que são o que
são.

Inversamente, é possível também que uma classe de fenômenos
seja considerada como simples acidentes quando são, de fato,
manifestações de princípios físicos fundamentais. Creio que essa
talvez seja a resposta a uma questão histórica que me intrigou por
muitos anos. Por que Aristóteles (e vários outros filósofos
naturais, notadamente Descartes) se satisfez com uma teoria do
movimento que não fornecia nenhum modo de prever onde um
projétil ou um corpo em queda estaria em dado instante de seu
vôo, uma previsão do tipo que as leis de Newton fornecem?
Segundo Aristóteles, as substâncias tendem a se mover para suas
posições naturais -a posição natural da terra é para baixo, a
posição natural do fogo é para cima, e a água e o ar se acham
naturalmente em algum lugar desse intervalo-, mas ele não tentou
dizer como um pedaço de terra cai para baixo ou uma centelha
sobe para cima. Não estou perguntando por que Aristóteles não
descobriu as leis de Newton -obviamente alguém teria de ser o
primeiro a descobrir essas leis, e o prêmio coube a Newton. O
que me intriga é por que Aristóteles não expressou nenhuma
insatisfação por não ter aprendido como calcular as posições dos
projéteis em cada instante de suas trajetórias. Ele parece não ter
percebido que esse era um problema que qualquer um deveria
resolver.

Suspeito que isso foi porque Aristóteles supôs tacitamente que as
razões em que os elementos se movem para seus lugares naturais
sejam meros acidentes, que não estejam sujeitas a regras, que não
se poderia dizer nada de geral sobre elas (salvo que os objetos
pesados caem mais rápido que os leves), que as únicas coisas
sobre as quais se pode generalizar sejam questões de equilíbrio
onde os objetos acabam por atingir o repouso. Isso talvez tenha
refletido um disseminado desdém pela mudança da parte dos
filósofos helênicos, tal como evidenciado na obra de Parmênides,
que era admirado por Platão, mestre de Aristóteles. Claro que
Aristóteles estava errado quanto a isso, mas se nos imaginarmos
naqueles tempos, vemos como não seria nada óbvio que o
movimento fosse governado por regras matemáticas precisas,
passíveis de descoberta. Que eu saiba, isso só foi entendido
quando Galileu começou a medir quanto tempo levava para bolas
rolarem diversas distâncias num plano inclinado. É uma das
grandes tarefas da ciência aprender o que são acidentes e o que
são princípios, e isso nem sempre podemos saber de antemão.

Agora que desconstruímos os termos "fundamental", "deduzir" e
"princípio", terá restado algo de minha proposta, que na física
dizemos que explicamos um princípio quando o deduzimos de um
princípio mais fundamental? Sim, acho que restou, mas somente
dentro de um contexto histórico, uma visão do futuro da ciência.

Peço licença para abordar a questão de saber se a ciência
pode explicar qualquer coisa; claro que não

Temos rumado para uma imagem cada vez mais satisfatória do
mundo. Esperamos que, no futuro, tenhamos alcançado um
entendimento de todas as regularidades que vemos na natureza,
baseados em alguns princípios simples, leis da natureza das quais
todas as outras regularidades possam ser deduzidas. Essas leis
serão a explicação de quaisquer princípios (tais como, por
exemplo, as regras do Modelo Padrão ou da relatividade geral)
que possam ser deduzidos diretamente delas, e esses princípios
diretamente deduzidos serão as explicações de quaisquer
princípios que possam ser deduzidos deles etc. -somente quando
tivermos essa teoria final saberemos com certeza o que é princípio
e o que é acidente, quais fatos sobre a natureza são definidos por
quais princípios, e quais são os princípios fundamentais e quais
são os princípios menos fundamentais que eles explicam.

Até agora fiz o que pude para dizer se a ciência pode explicar
tudo; peço licença para abordar a questão de saber se a ciência
pode explicar qualquer coisa. Claro que não. Certamente sempre
haverá acidentes que ninguém explicará, não porque não possam
ser explicados se soubéssemos todas as condições precisas que
conduziram a eles, mas porque jamais saberemos todas essas
condições. Há questões como saber por que o código genético é
precisamente o que é ou por que um cometa atingiu a Terra 65
milhões de anos atrás justamente nesse ponto e não em outro que
permanecerão para sempre fora de nosso alcance.

Não podemos explicar, por exemplo, por que a bala de John
Wilkes Booth matou Lincoln enquanto os nacionalistas
porto-riquenhos que tentaram matar Truman não tiveram sucesso.
Talvez tivéssemos uma explicação parcial se tivéssemos provas de
que um dos braços do atirador tremeu ao puxar o gatilho, mas o
fato é que não temos. Todas essas informações estão perdidas
nas brumas do tempo; os eventos dependem de acidentes que
jamais poderemos recuperar.

Podemos, talvez, tentar explicá-los estatisticamente: por exemplo,
pode-se cogitar a teoria de que os atores sulistas em meados do
século 19 costumavam ser bons atiradores, enquanto os
nacionalistas porto-riquenhos em meados do século 20
costumavam ser maus atiradores, mas, quando se tem somente
informações esparsas, é muito difícil fazer até mesmo inferências
estatísticas. Os físicos tentam explicar justamente as coisas que
não dependem de acidentes, mas no mundo real a maior parte do
que tentamos compreender depende de acidentes.

Além disso, a ciência nunca pode explicar nenhum princípio moral.
Parece haver um abismo intransponível entre questões do que "é"
e do que "deve ser". Talvez possamos explicar por que as pessoas
acham que devem fazer as coisas, ou por que a raça humana
evoluiu para sentir que certas coisas devem ser feitas e outras não,
mas permanece em aberto para nós transcender essas regras
morais de base biológica. Pode ser, por exemplo, que nossa
espécie tenha evoluído de tal modo que homens e mulheres
desempenhem papéis diferentes -os homens caçam e brigam, as
mulheres dão à luz e cuidam dos filhos, mas podemos tentar
evoluir para uma sociedade em que todo tipo de trabalho esteja
igualmente aberto a mulheres e homens. Os postulados morais que
nos dizem se devemos ou não fazê-lo não podem ser deduzidos
do conhecimento científico.


Possíveis explicações
Há também limitações na certeza de nossas explicações. Não
creio que jamais teremos certeza de nenhuma delas. Tal como há
profundos teoremas matemáticos que mostram a impossibilidade
de provar que a aritmética é consistente, parece que nunca
seremos capazes de provar que as mais fundamentais leis da
natureza são matematicamente consistentes. Não que isso não me
assuste, porque, mesmo que soubéssemos que as leis da natureza
são matematicamente consistentes, ainda assim não teríamos
certeza de que elas são verdadeiras. Você deixa de se preocupar
com a certeza quando dá aquela virada na carreira que o
transforma num físico, não num matemático.

Finalmente, parece claro que nunca seremos capazes de explicar
nossos mais fundamentais princípios científicos. (Talvez seja por
isso que alguns dizem que a ciência não fornece explicações, mas
por esse raciocínio, nada mais o faz.) Creio que, no fim,
chegaremos a um conjunto de leis da natureza simples e
universais, leis que não podemos explicar. O único tipo de
explicação que posso imaginar (se não descobrirmos um simples
conjunto de leis mais profundo, o que somente estenderia a
questão) seria mostrar que a consistência matemática exige essas
leis. Mas isso é obviamente impossível, porque já podemos
imaginar conjuntos de leis da natureza que, até onde sabemos, são
perfeitamente consistentes em termos matemáticos, mas não
descrevem a natureza tal como a observamos.

Por exemplo, se tomarmos o Modelo Padrão das partículas
elementares e jogarmos fora tudo menos as intensas forças
nucleares e as partículas sobre as quais elas agem, os quarks e os
glúons, nos resta a teoria conhecida como cromodinâmica
quântica. Parece que a cromodinâmica quântica é
matematicamente autoconsistente, mas descreve um universo
empobrecido, no qual existem apenas partículas nucleares -não
existem átomos, não existem pessoas.

Se abandonarmos a mecânica quântica e a relatividade, podemos
forjar uma enorme variedade de outras leis da natureza
logicamente consistentes, tais como as leis de Newton que
descrevem umas poucas partículas que orbitam sem parar uma ao
redor da outra de acordo com essas leis, com nada mais no
universo, e nunca acontecendo nada de novo. Essas são teorias
logicamente consistentes, mas são todas empobrecidas. Talvez
nossa melhor esperança para uma explicação final seja descobrir
um conjunto final de leis da natureza e mostrar que essa é a única
teoria rica logicamente consistente, rica o bastante, por exemplo,
para permitir a existência de nós mesmos. Isso talvez aconteça em
um ou dois séculos, e, se assim for, creio que os físicos estarão
nos limites extremos de seu poder de explicação.

Texto originalmente publicado no "The New York Review of Books".

Tradução de José Marcos Macedo.

Notas:
1. Esse artigo é baseado numa palestra dada num simpósio sobre
"Ciência e os Limites da Explicação", em Amherst, no ano
passado.
2. "On the Notion of Cause" , reimpresso em "Mysticism and
Logic" (Doubleday, 1957), p. 174.
3. Há um exemplo da dificuldade de explicar eventos em termos
de causas que é muito citado pelos filósofos. Suponha que se
descubra que o prefeito tenha paresia. Será ela explicada pelo
fato de o prefeito ter tido um caso de sífilis não tratada alguns
anos antes? O problema com essa explicação é que a maioria das
pessoas com sífilis não tratada na verdade não fica com paresia.
Se pudéssemos traçar a sequência de eventos que levaram da
sífilis à paresia, descobriríamos muitas outras coisas que
desempenharam um papel essencial talvez uma espiroqueta tenha
coleado nessa direção e não na outra, talvez o prefeito tivesse
uma deficiência vitamínica quem sabe? E no entanto sentimos que
a sífilis do prefeito é a explicação da paresia. Isso talvez seja
porque a sífilis é a mais dramática das muitas causas que
conduziram ao efeito, e é certamente uma das que seriam mais
relevantes politicamente.
4. Carl Hempel e Paul Oppenheim, "Studies in the Logic of
Confirmation", Philosophy of Science, vol. 15, nº 135 (1948), pp.
135-75; reimpresso com algumas mudanças em "Aspects of
Scientific Explanation and Other Essays in the Philosophy of
Science" (Free Press, 1965).
5. O professor R. J. Hankinson, da Universidade do Texas,
chamou-me a atenção para um exemplo original dessa
"explicação" em Galeno. Claro, escrevendo 1.400 anos antes de
Copérnico, Galeno estava preocupado em explicar a posição do
Sol, e não a da Terra. Em "A utilidade das partes do corpo", ele
compara sua explicação da posição do Sol com a explicação da
posição do pé humano na extremidade da perna tanto o Sol como
a Terra são dispostos pelo criador onde propiciariam o maior
benefício.
Embora essas explicações sejam teleológicas num sentido que foi
abandonado pela ciência moderna, a analogia de Galeno era
melhor do que ele poderia ter imaginado. Tal como a Terra é um
entre um vasto números de planetas, cujas distâncias de suas
estrelas é em boa parte uma questão do acaso, assim também a
posição do pé é o resultado de um vasto número de mutações
casuais na evolução de nossos ancestrais vertebrados. Um
organismo produzido por uma cadeia de mutações casuais que lhe
põem o pé dentro da boca não sobreviveria para transmitir seus
genes aos descendentes, tal como um planeta que, por acaso,
condensou muito perto ou muito longe de sua estrela não seria o
lar de filósofos.