Uma questão de ponto de vista

Para mostrar a importância da controvérsia no processo de construção do conhecimento científico, Adilson de Oliveira discute em sua coluna de agosto o exemplo das teorias propostas por Einstein, que colocaram em xeque as leis da física aceitas até então.

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 19/08/2011 | Atualizado em 19/08/2011

Os princípios da teoria da relatividade, que geraram a mais célebre equação da física, questionaram as leis da mecânica clássica então vigentes, como a gravitação universal, cuja origem é associada à queda de uma maçã. (foto: Anton Prado/ Sxc.hu)

Uma característica importante no processo de ensino e aprendizagem é estimular a habilidade dos alunos de emitir opiniões e refletir sobre os assuntos e temas abordados. Há sempre a expectativa de que os estudantes se interessem e sejam participativos, apresentando questionamentos e defendendo o seu ponto de vista.
Da mesma maneira, na física e na ciência em geral, quando surge uma teoria ou é feita uma descoberta, os cientistas normalmente não aceitam de imediato os resultados. Surgem controvérsias e divergências de opinião acerca do tema, que podem levar muito tempo para serem esclarecidas. Geralmente os pontos de vista são defendidos de maneira muito intensa, e polêmicas podem aparecer.
No caso de uma nova teoria física, ela somente é considerada válida quando verificada experimentalmente. Além disso, pode-se ter uma centena de resultados que concordem com a teoria, mas basta apenas um para nos mostrar que ela está equivocada ou incompleta.

A grande vantagem da ciência como uma forma de conhecermos a natureza é o fato de que ela está em constante evolução

Quando se realiza um novo experimento e este mostra um resultado inusitado, ele somente será considerado válido quando for reproduzido, de maneira independente, por outros pesquisadores.
Nesse sentido, a grande vantagem da ciência como uma forma de conhecermos a natureza é o fato de que ela está em constante evolução, ou seja, novos resultados ou teorias sempre surgem para reforçar ou refutar o paradigma vigente.
Entre as inúmeras controvérsias que já surgiram na física, destaca-se a grande revolução que ocorreu no começo do século passado. A teoria da relatividade especial, proposta pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955), colocou em xeque a chamada mecânica clássica, um conjunto de conhecimentos construído ao longo de mais de 300 anos.

Os pilares da mecânica clássica

As bases da mecânica clássica foram estabelecidas no século 17 pelo físico inglês Isaac Newton (1642-1727) a partir das três leis do movimento e da lei da gravitação universal.
A primeira lei de Newton (o princípio da inércia) estabelece que todo corpo se mantém em repouso ou em movimento uniforme se não houver a ação de uma força externa sobre ele. Esse princípio foi proposto primeiramente pelo físico e astrônomo italiano Galileu Galilei (1564-1642) para compreender a natureza dos movimentos, em particular os movimentos da Terra em torno de si e ao redor do Sol.

O funcionamento do motor de um foguete baseia-se na terceira lei de Newton, segundo a qual ao se aplicar uma força sobre um corpo (no caso, a exercida pelos gases expelidos na queima do combustível), este reage com outra força de mesma intensidade, mas em sentido contrário. (foto: Nasa)

A segunda lei de Newton (o princípio fundamental da mecânica) mostra que a variação da quantidade de movimento (produto da massa multiplicada pela velocidade de um corpo) é igual à força aplicada sobre o objeto. Na terceira lei de Newton (o princípio de ação e reação), apresenta-se a ideia de que, ao se aplicar uma força sobre um corpo, este reage com outra força de mesma intensidade, mas em sentido contrário.
Completando o quadro, Newton propôs que há entre os corpos uma força de atração que é proporcional ao produto de suas massas e ao inverso do quadrado das distâncias que os separam. Essa força ficou conhecida como a força da gravidade.
Com base nessas leis e nas ferramentas matemáticas também desenvolvidas por Newton (o cálculo diferencial e integral), foi possível construir um modelo completo para descrever o movimento dos corpos, tanto na Terra como no espaço.
Para a mecânica clássica, não havia um limite para a velocidade dos corpos e o espaço e o tempo eram absolutos, independentemente do observador. Esse paradigma reinou praticamente como o único ponto de vista aceito pela física por quase 250 anos.

Quebra de paradigma

Contudo, quando Einstein apresentou outro ponto de vista, no ano de 1905, a física nunca mais foi a mesma. Os princípios propostos por ele, embora sejam simples, provocaram mudanças radicais.
Um desses princípios é que as leis da física são as mesmas para todos os observadores em referenciais inerciais (referenciais que não estão sob a ação de qualquer força e, dessa forma, conservam seu estado de movimento).
O outro princípio é que a velocidade da luz é constante, independentemente do referencial do observador ou do movimento da fonte que a emite. (Para mais detalhes, leia a coluna Sonhos de um jovem visionário, publicada em março de 2007).

A controvérsia que Einstein provocou está justamente em questionar os conceitos de espaço e tempo absolutos estabelecidos na física newtoniana

A controvérsia que Einstein provocou está justamente em questionar os conceitos de espaço e tempo absolutos estabelecidos na física newtoniana. Aplicando os dois princípios descritos acima, Einstein mostrou que a velocidade da luz jamais pode ser atingida e, quando nos movemos em uma velocidade próxima à da luz, o tempo passa mais devagar e as distâncias são contraídas na direção do movimento. Portanto, se fosse possível atingir a velocidade da luz, o tempo pararia e os objetos colapsariam.
Além disso, surgiu como consequência da aplicação desses dois princípios a famosa relação E=mc² (onde ‘E’ é energia, ‘m’, massa e ‘c’, a velocidade da luz no vácuo). Quando se fornece energia para um corpo aumentar a sua velocidade, como ele não pode acelerar até a velocidade da luz, parte da energia se transforma em massa, de acordo com a equação de Einstein.

Aceitação das novas ideias

Essas divergências que a teoria da relatividade restrita (ou especial) apresentou em relação ao ponto de vista da mecânica clássica não foram imediatamente aceitas. Demorou alguns anos para que experimentos pudessem comprovar que a proposta de Einstein correspondia a uma descrição mais completa da natureza.
De fato, em 1915, Einstein ampliou a sua teoria para incluir os objetos em movimento acelerado, o que levou a uma nova teoria da gravitação, que ficou conhecida como teoria da relatividade geral.
Com essa nova teoria, ele pôde explicar algumas questões que a teoria newtoniana não conseguia, como o movimento do periélio (ponto da órbita de um corpo mais próximo do Sol) e o desvio da luz das estrelas devido à ação gravitacional do Sol. Esta última constatação – a mais polêmica – foi comprovada pela primeira vez a partir da observação de um eclipse total do Sol em Sobral, no Ceará, em maio de 1919. As observações concordaram com a previsão de Einstein.

Museu do Eclipse, construído no local da cidade de Sobral (Ceará) de onde foi observado o eclipse do Sol de 1919, que permitiu a comprovação da teoria da relatividade geral de Albert Einstein. (foto: Wikimedia Commons/ Darlanblue – CC BY-SA 3.0)

Esse é apenas um exemplo de como a física e a ciência em geral são construídas a partir da discussão de novas teorias e experimentos que levam a novos pontos de vista sobre a natureza. A razão fica sempre com quem consegue provar as suas ideias a partir dos experimentos.
Por isso, a discussão e a defesa de ideias com base em fatos e propostas são de fundamental importância para o desenvolvimento científico.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos