CONTRA A FILOSOFIA

Eu mesmo quando jovem frequentei
Doutores e santos, e grandes argumentos ouvi
Sobre isso e tudo mais: entretanto
Cada vez mais saí pela mesma porta onde entrei.

Edward FitzGerald, Rubáiyát de Omar Khayyám


Os físicos recebem tanta ajuda da subjetividade e, frequentemente, de um julgamento estético vago, que seria de se esperar que também fossem ajudados pela filosofia, que afinal de contas foi a origem de nossa ciência. Os filósofos podem nos dar algum tipo de orientação quanto a uma teoria final?

Hoje, o valor da filosofia para a física me parece próximo ao valor dos primeiros Estados-nações para seus povos. Não seria exagerado dizer que até a introdução dos correios, o principal objetivo dos estados-nações era o de proteger seu povo de outros estados-nações. O insight dos filósofos tem ocasionalmente beneficiado os físicos, mas, geralmente, de uma maneira muito negativa -- protegendo-os de preconceitos de outros filósofos.

Não desejo teorizar aqui que a física é bem mais trabalhada sem preconceitos. Em um dado momento há tantas coisas que podem ser feitas, tantos princípios que podem ser desafiados, que sem nenhuma orientação de nossas preconcepções, não poderíamos fazer nada. Digo apenas que os princípios filosóficos geralmente não têm fornecido as preconcepções corretas. Em nossa caçada à teoria final, os físicos parecem mais cães do que falcões; aprendemos a farejar no chão traços da beleza que esperamos nas leis da natureza, mas não parecemos ser capazes de ver o caminho para a verdade a partir das alturas da filosofia.

Os físicos certamente carregam consigo uma filosofia de trabalho. Para a maioria de nós, é um realismo pragmático, uma crença na realidade objetiva dos ingredientes de nossas teorias científicas. Mas aprendemos isso por meio da experiência da pesquisa científica e raramente pelo ensino dos filósofos.

Não desejo negar o valor da filosofia, muito do qual nada tem a ver com a ciência. Não desejo nem mesmo negar o valor da filosofia da ciência, que, no que ela tem de melhor, me parece uma ilustração da história e das descobertas da ciência. Mas não devemos esperar que a filosofia forneça aos cientistas de hoje uma orientação efetiva sobre como conduzir seus trabalhos ou sobre o que eles poderão encontrar.

Devo admitir que isto é compreendido por muitos dos muitos filósofos. Depois de examinar três décadas de trabalhos em filosofia da ciência, o filósofo George Gale conclui que ``essas discussões quase indecifráveis, tendendo para escolástica, poderiam ter interessado somente um número pequeno de cientistas praticantes''. Wittgenstein observa que ``nada me parece menos provável do que um cientista ou matemático que, lendo meus trabalhos, venha a ser seriamente influenciado em sua maneira de trabalhar''. Isso não é meramente uma questão de preguiça intelectual dos cientistas. É desagradável ter que interromper o trabalho para aprender uma nova disciplina, mas os cientistas o fazem quando necessário. Em várias ocasiões, consegui interromper o que estava fazendo para aprender vários tipos de coisas que precisava saber, de topologia diferencial ao DOS da microsoft. Digo apenas que o conhecimento de filosofia não parece ser útil aos físicos -- com a exceção de que o trabalho de alguns filósofos nos ajuda a evitar os erros de outros.

Para ser justo, devo admitir minhas limitações e inclinações ao fazer esse julgamento. Após alguns poucos anos de fascínio pela filosofia, como estudante de graduação, desencantei-me. As percepções dos filósofos que eu estudava me pareciam inconsequentes e obscuras quando comparadas com o sucesso fascinante da física e da matemática. Desde então, de tempos em tempos tenho tentado ler trabalhos atuais sobre filosofia da ciência. Verifiquei que alguns deles são escritos em um jargão tão impenetrável que só consigo conceber que tenham sido escritos para impressionar aqueles que confundem obscuridade com profundidade. Algumas das leituras eram boas e até instigantes, como a obra de Wittgenstein e Paul Feyerabend. Mas só raramente pareciam-me ter algo a ver com o trabalho da ciência que eu conheço. Segundo Feyerabend, a noção de explicação científica desenvolvida por alguns filósofos da ciência é tão estreita que é impossível falar de uma teoria sendo explicada por outra. Essa visão deixaria minha geração de físicos de partículas sem nada para fazer.

Para o leitor (especialmente se este for um filósofo profissional), pode parecer que um cientista como eu, fora de sintonia com a filosofia da ciência, deveria passar discretamente pelo assunto e deixá-lo para especialistas. Sei como os filósofos se sentem em relação a tentativas de cientistas enquanto filósofos amadores; entretanto, não pretendo fazer aqui o papel de filósofo, mas, ao contrário, o de um sujeito, de um cientista incorrigível, que não encontra apoio na filosofia profissional. Não estou sozinho nisso. Não conheço ninguém que tenha participado ativamente dos avanços da física no período do pós-guerra cuja pesquisa tenha sido significativamente auxiliada pelo trabalho dos filósofos. No capítulo anterior, leventei o problema do que Wigner chama de ``eficácia incompreensível'' da matemática. Quero apresentar aqui outro fenômeno igualmente intrigante, a incompreensível ineficácia da filosofia.

Mesmo quando foram úteis aos cientistas no passado, em geral as doutrinas filosóficas permaneceram vivas tempos demais, tornando-se mais prejudiciais do que úteis. Tomemos, por exemplo, a venerável doutrina do mecanicismo, a idéia de que a natureza opera através de empurrões e puxões de partículas materiais ou fluidos. No mundo antigo, nenhuma doutrina poderia ter sido mais progressista. Desde que Demócrito e Leucipo, filósofos pré-socráticos, começaram a especular sobre átomos, a idéia de que os fenômenos naturais possuem causas mecânicas se colocou em oposição à crença popular em deuses e demônios. Epicuro, o líder do culto grego, trouxe uma visão mecânica global para sua doutrina, especificamente como um antídoto contra a crença nos deuses olímpicos. Quando René Descartes iniciou, em 1630, sua grande tentativa de entender o mundo em termos racionais, era natural que descrevesse forças físicas como a gravitação de uma maneira mecanicista, em termos de vórtices em materiais fluidos que preenchiam todo espaço. A ``filosofia mecânica'' de Descartes teve uma influência poderosa sobre Newton, não porque estivesse certa (Descartes não parecia ter a idéia moderna de testar quantitativamente as teorias), mas porque isso dava um exemplo do tipo de teoria mecânica que poderia fazer sentido quando extraída da natureza. O mecanicismo alcançou seu ápice no século XIX, sobre explicações brilhantes sobre química e sobre o calor em termos dos átomos. E mesmo hoje muitos acham que o mecanicismo é meramente uma oposição lógica à supertição. Na história do pensamento humano, a visão mecanicista teve um papel heróico.

Este é exatamente o problema. Na ciência, como na política ou na economia, somos ameaçados por idéias heróicas que sobreviveram à sua utilidade. O passado heróico do mecanicismo deu-lhe tal prestígio que os seguidores de Descartes tiveram problemas para aceitar a teoria de Newton sobre o sistema solar. Como poderia um bom cartesiano, acreditando que todos os fenômenos naturais podem ser resumidos a impactos de corpos materiais ou fluidos sobre outros corpos, aceitar a visão de Newton de que o Sol exerce uma força sobre a Terra através de 150 milhões de quilômetros de espaço vazio? Foi apenas após metade do século XVIII que filósofos europeus começaram a se familiarizar com a idéia de ação à distância. No final, as idéias de Newton prevaleceram na Europa (na Inglaterra, Holanda, Itália, França e Alemanha, nesta ordem) a partir de 1720. É bem verdade que isto ocorreu graças, parcialmente, à influência de filósofos como Voltaire e Kant. Outra vez, porém, a filosofia prestou um serviço negativo: apenas ajudou a libertar a ciência das restrições da própria filosofia.

Mesmo depois do triunfo da doutrina de Newton, a tradição mecanicista continuou a florescer na física. As teorias de campos elétrico e magnético, desenvolvidas no século XIX por Michael Faraday e James Clerk Maxwell, apoiavam-se sobre uma base mecânica, em termos de tensões de um meio físico permeável, geralmente chamado de éter. Os físicos do século XIX não estavam agindo como tolos -- todos eles precisavam de algum tipo de visão de mundo hipotética para obter progressos, e a visão mecanicista parecia um caminho tão bom quanto qualquer outro. Mas ela viveu demais.

A teoria mecanicista desviou-se demais do mecanicismo em 1905, quando a teoria da relatividade especial de Einstein baniu o éter, que foi substituído pelo espaço vazio na função de meio que carrega impulsos eletromagnéticos. Porém, mesmo nessa época a visão mecanicista sobrevivia entre gerações mais antigas de físicos, como o professor Victor Jakob, personagem da pungente novela de Russel McCormmach, Pensamentos noturnos de um físico clássico, incapaz de absorver novas idéias.

O mecanicismo também foi propagado além das fronteiras da ciência e ali sobreviveu, de modo a dar trabalho aos cientistas mais tarde. No século XIX, a heróica tradição do mecanicismo foi incorporada, infelizmente, pelo materialismo dialético de Marx, Engels e seus seguidores. Lênin, no exílio, em 1908, escreveu um livro bombástico sobre o materialismo e, embora para ele fosse apenas um meio de atacar outros revolucionários, trechos soltos de seus comentários foram tornados sagrados por seus seguidores, e por algum tempo o materialismo dialético bloqueou o caminho da aceitação da relatividade geral na União Soviética. Ainda em 1961, o notório físico russo Vladimir Fock sentiu-se compelido a se defender da acusação de que teria se desviado da filosofia ortodoxa. O prefácio de seu tratado A teoria do espaço, tempo e gravitação contém uma afirmação notável: ``O lado filosófico de nossas visões sobre a teoria do espaço, tempo e gravitação foi construído sobre a influência da filosofia do materialismo dialético, em particular do materialismo de Lênin e do criticismo empírico.''

Nada na história da ciência é simples. Ainda que após Einstein não houvesse mais lugar na pesquisa séria em física para a antiga e ingênua visão mecanicista, alguns elementos dessa visão permaneceram na física na primeira metade do século XX. Por um lado, existiam os campos, tais como os campos elétrico, magnético e gravitacional, produzidos por partículas e exercendo forças sobre as mesmas. Então, em 1929, os físicos começaram a se dirigir para uma visão mais unificada. Werner Heinsenberg e Wolfgang Pauli descreveram as partículas e as forças como manifestações de um nível mais profundo da realidade, o dos campos quânticos. A mecânica quântica tinha, anos antes, sido aplicada aos campos elétricos e magnéticos e tinha sido usada para justificar a idéia de Einstein quanto às partículas de luz, os fótons. Agora Heinsenberg e Pauli estavam supondo que não somente fótons, mas todas as partículas seriam pacotes de energia em campos diversos. Nessa teoria quântica de campos, os elétrons são pacotes de energia do campo do elétron; neutrinos são pacotes de energia do campo do neutrino; e assim por diante.

Apesar dessa síntese formidável, muitos trabalhos sobre fótons e elétrons nos anos 30 e 40 foram estabelecidos no velho contexto dual da eletrodinâmica quântica, pelo qual os fótons eram vistos como pacotes de energia do campo eletromagnético, mas os elétrons eram vistos como meras partículas de matéria. No que se refere a elétrons e fótons, isso fornece os mesmos resultados que a teoria quântica de campos. Mas quando eu era estudante de pós-graduação, nos anos 50, a teoria quântica de campos se tornou quase que universalmente aceita como o quadro de trabalho mais adequado para a física fundamental. Na receita dos físicos para o mundo, a lista de ingredientes não incluía mais partículas, somente uns poucos tipos de campos.

Partindo dessa história, podemos extrair a conclusão de que é arriscado supor que alguém conhece os termos nos quais a futura teoria final será formulada. Richard Feynman certa vez queixou-se que os jornalistas perguntam sobre teorias futuras em termos da partícula final de matéria ou sobre a unificação final de todas as forças, apesar de, na verdade, não termos idéia alguma se tais questões são pertinentes. Parece difícil que a antiga visão mecanicista seja reestruturada ou que retornaremos ao dualismo de partículas e campos, mas mesmo a teoria quântica de campos não é segura. Há dificuldades para se trazer a gravitação para dentro da estrutura da teoria quântica de campos. Na tentativa de superar tais dificuldades, emergiu recentemente um candidato a uma teoria final, em que os campos quânticos são, em si, apenas manifestações com baixa energia de falhas do espaço-tempo conhecidas como strings (cordas). Não temos condições de conhecer as perguntas corretas enquanto não tivermos prestes a conhecer as respostas.

Embora o mecanicismo ingênuo pareça estar seguramente morto, os físicos continuam a ser perturbados por outras pressuposições metafísicas, particularmente por aquelas relacionadas ao espaço e tempo. A duração no tempo é a única coisa que podemos medir (ainda que de modo imperfeito) somente pelo pensamento, sem que entrem nossos sentidos, portanto é natural imaginar que podemos aprender algo sobre a dimensão do tempo com o auxílio da razão pura. Kant ensinou que o espaço e o tempo não são partes da realidade externa, mas são, pelo contrário, estruturas preexistentes em nossas mentes, estruturas que nos permitem relacionar eventos e objetos. Para um kantiano, o mais chocante a respeito das teorias de Einstein era que reduziam o espaço e o tempo à condição de aspectos ordinários do universo físico, aspectos estes que podem ser afetados pelo movimento (na relatividade especial) ou pela gravitação (na relatividade geral). Mesmo agora, quase um século depois do advento da relatividade especial, alguns físicos ainda pensam que existem coisas que podem ser ditas sobre o espaço e o tempo com base no pensamento puro.

Essa metafísica intransigente vem à tona especialmente em discussões sobre a origem do universo. De acordo com a teoria padrão do big-bang, o universo foi criado em um momento de temperatura e densidade infinitas, entre dez e quinze bilhões de anos atrás. Invariavelmente, quando faço uma palestra sobre o big-bang, alguém na platéia, durante os debates, argumenta que a idéia de um começo é absurda; que deve haver um momento anterior qualquer que seja o momento do início do big-bang. Tenho tentado explicar que não é necessariamente assim. É verdade que, em nossa experiência comum, por mais frio que esteja é sempre possível ficar ainda mais frio, mas existe algo como o zero absoluto. O motivo pelo qual não podemos alcançar temperaturas abaixo disso não é porque não somos suficientemente inteligentes, mas porque temperaturas abaixo do zero absoluto simplesmente não tem sentido. Stephen Hawking forneceu-nos uma analogia que talvez seja melhor: faz sentido perguntar qual é o norte de Austin, Cambridge ou de qualquer outra cidade; não faz sentido perguntar qual é o norte do Pólo Norte. Santo Agostinho lidou de forma notável com esse problema, em suas Confissões, tendo chegado à conclusão de que é errado perguntar o que existia antes de Deus criar o universo, porque Deus, que é atemporal, criou o tempo juntamente com o universo. A mesma postura foi mantida por Moisés Maimônides.

Devo reconhecer aqui o fato de que, na verdade, não sabemos se o universo realmente começou em um tempo definido no passado. Andre Linde e outros cosmólogos apresentaram recentemente teorias plausíveis que descrevem a expansão do universo como uma pequena bolha num megauniverso infinitamente velho, no qual tais bolhas estão permanentemente surgindo e gerando novas bolhas. Não estou aqui tentando argumentar que o universo indubitavelmente possui alguma idade finita, mas somente que não é possível, com base no pensamento puro dizer que ele não possui.

Mais uma vez, não sabemos nem mesmo se estamos fazendo as perguntas certas. Na última versão da teoria das cordas, o espaço-tempo surge como quantidades derivadas, as quais não aparecem nas equações fundamentais da teoria. Nessas teorias, espaço e tempo possuem apenas uma significação aproximada. Não faz sentido falar sobre qualquer tempo mais próximo do big-bang do que algo em torno de um milionésimo de trilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo. Em nossa vida quotidiana, mal conseguimos notar intervalos de tempo de um centésimo de segundo; portanto, as certezas intuitivas sobre a natureza do tempo e do espaço que conseguimos a partir de nossa experiência diária não são de muito valor para tentarmos enquadrar uma teoria sobre a origem do universo.

Não é na metafísica que a física moderna encontra seus maiores problemas, mas na epistemologia, o estudo da natureza e das fontes de conhecimento. A doutrina epistemológica do positivismo (em algumas versões do positivismo lógico) exige não somente que a ciência deva, em última análise, testar radicalmente suas teorias apenas por da observação e embora seja muito dispendioso estudá-los neste ano ou no próximo, seria inadmissível para as nossas teorias lidar com elementos que, em princípio, jamais pudessem ser observados. Há muito em jogo aqui, porque se o positivismo estiver certo, poderia nos permitir a descoberta de pistas valiosas sobre ingredientes da teoria final, usando-se experimentos mentais para descobrirmos que tipos de coisas podem, em princípio, ser observadas.

A figura mais frequentemente associada à figura do positivismo na física é Ernst Mach, físico e filósofo de Viena, do final do século XIX, para quem o positivismo serviu largamente como um antídoto para a metafísica de Immanuel Kant. O artigo de Einstein de 1905 sobre a relatividade especial mostrou a influência óbvia de Mach; ele é cheio de observadores medindo distância e tempo com réguas, relógios e raios de luz. O positivismo ajudou Einstein a se libertar da noção de que existe um sentido absoluto na afirmação de que dois eventos são simultâneos; ele descobriu que nenhuma medida poderia fornecer um critério de simultaneidade que fornecesse os mesmos resultados para todos os observadores. Essa preocupação com o que realmente pode ser observado constitui a essência do positivismo. Einstein conheceu seu débito a Mach; numa carta que lhe escreveu poucos anos mais tarde, ele se autodenominou ``seu devoto estudante''. Depois da Primeira Guerra Mundial, o positivismo foi desenvolvido por Rudolf Carnap e por membros do Círculo de Viena de filosofia, que objetivavam uma reconstrução da ciência ao longo de linhas filosoficamente satisfatórias e tiveram sucesso eliminando muito do lixo metafísico.

O positivismo também desempenhou um papel importante no nascimento da mecânica quântica. O primeiro grande artigo de Heisenberg sobre a mecânica quântica, em 1925, começa com a observação de que ``é bem conhecido que as regras formais usadas para os cálculos de quantidades observáveis [na teoria quântica de Bohr de 1913], tais como a energia do átomo de hidrogênio, podem ser seriamente criticadas pelo fato de conter, como elementos básicos, relações entre quantidades que são, em princípio, aparentemente não observáveis, como por exemplo posição e velocidade de revolução do elétron''. No espírito do positivismo, Heinsenberg admitia na sua versão da mecânica quântica somente elementos observáveis, tais como taxa com que o átomo pode espontaneamente fazer uma transição de um estado para outro, emitindo um quantum de radiação. O princípio de incerteza, um dos fundamentos da interpretação probabilística da mecânica quântica, é baseado na análise positivista de Heinsenberg das limitações que encontramos quando queremos observar a posição e o momento de uma partícula.

Apesar de seu valor para Einstein e Heisenberg, o positivismo tem feito tanto mal quanto bem. Mas, ao contrário da visão mecanicista, o positivismo tem preservado sua aura heróica e sobrevive para fazer estragos no futuro. George Gale chega a culpar o positivismo por muito do atual estranhamento entre físicos e filósofos.

O positivismo estava na base da oposição da teoria atômica na virada do século XX. O século XIX foi testemunha de um maravilhoso refinamento das antigas idéias de Demócrito e Leucipo, de que a matéria é composta por átomos, e a teoria foi usada por John Dalton, Amadeo Avogrado e seus sucessores para dar sentido às regras da química, às propriedades dos gases e à natureza do calor. A teoria atômica se tornou parte da linguagem diária de físicos e químicos. Contudo, os positivistas seguidores de Mach encaravam isso como um afastamento do procedimento correto da ciência, pois esses átomos não podiam ser observados com qualquer técnica até então imaginável. Os positivistas decretaram que os cientistas deveriam se preocupar em notificar os resultados das observações, como, por exemplo, que são necessários 2 volumes de hidrogênio combinados com 1 volume do oxigênio para se fazer vapor de água, mas eles não deveriam se preocupar com especulações sobre as idéias metafísicas de que isso é assim porque a molécula da água consiste de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, porque não era possível observar átomos e moléculas. O próprio Mach nunca fez a paz com a existência dos átomos. Em data tão tardia como 1910, depois de o atomismo ter sido aceito por quase todas as outras pessoas, Mach escrevia, como parte de um debate que travava com Planck: ``Se a crença na existência dos átomos é tão crucial, então renuncio à maneira física de pensar. Não serei um físico profissional e desisto de minha reputação científica.''

A resitência ao atomismo teve um efeito particularmente desastroso ao retardar a aceitação da mecânica estatística, a teoria reducionista que interpreta o calor em termos de distribuições estatísticas das energias das partes de um sistema qualquer. O desenvolvimento dessa teoria por meio dos trabalhos de Maxwell, Boltzmann, Gibbs e outros foi um dos triunfos da ciência do século XIX, e, ao rejeitar esse fato, os positivistas cometeram o pior tipo de erro que um cientista pode cometer: não reconhecer o sucesso quando ele acontece.

O positivismo foi prejudicial de outras maneiras menos conhecidas. Existe uma famosa experiência feita em 1897 por J. J. Thomson, geralmente considerada como descoberta do elétron. (Thomson foi o sucessor de Maxwell e Rayleigh como professor Cavendish na Universidade de Cambridge.) Por alguns anos os físicos ficaram intrigados com o misterioso fenômeno dos raios catódicos, emitidos quando uma placa de metal num tubo de vácuo de vidro é conectada ao terminal negativo de uma potente bateria elétrica; eles mostram sua presença através de pontos luminosos quando se chocam com o outro extremo do tubo do vidro. Os tubos de imagem das televisões modernas não são nada mais do que tubos de raios catódicos onde a intensidade dos raios é controlada pelos sinais enviados pelas estações de televisão. Quando os raios catódicos foram primeiramente descobertos no século XIX, ninguém sabia o que eles eram. Thomson então mediu a maneira como eles eram desviados pelos campos magnético e elétrico durante sua passagem pelo tubo de vácuo. Ele descobriu que o desvio desses raios era consistente com a hipótese de que eram constituídos por partículas que carregavam uma quantidade bem definida de carga elétrica e de massa, sempre com a mesma razão entre massa e carga. Como a massa dessa partículas mostrou ser muito menor do que as massas dos átomos, Thomson concluiu que essas partículas eram constituintes fundamentais dos átomos e portadoras de carga elétrica em todas as correntes de eletricidade, em fios e átomos, assim como nos tubos de raios catódicos. Por isso, Thomson passou a considerar-se -- e também foi universalmente aceito pelos historiadores -- como o descobridor de uma nova forma de matéria, uma partícula para a qual ele escolheu um nome já conhecido na teoria da eletrólise: elétron.

A mesma experiência foi realizada em Berlim na mesma época, por Walter Kaufmann. A principal diferença entre as duas experiências é que a de Kaufmann era melhor. Ele chegou a um resultado para a razão entre a carga e a massa do elétron que, conforme sabemos hoje, é mais preciso que o de Thomson. Contudo, Kaufmann nunca é listado como o descobridor do elétron, pois não pensava ter descoberto uma nova partícula. Thomson estava trabalhando dentro de uma tradição inglesa que remontava a Newton, Dalton e Prout -- uma tradição de especulação sobre o átomo e seus constituintes. Kaufmann, porém, era um positivista: não acreditava que os físicos devessem especular sobre coisas que não podiam observar. Assim, Kaufmann não comunicou que tinha descoberto um novo tipo de partícula, mas que havia algo fluindo nos raios catódicos e que isso tinha uma certa razão entre a carga elétrica e a massa.

A moral dessa história não meramente que o positivismo tenha sido ruim para a carreira de Kaufmann. Thomson, guiado por sua crença que tinha descoberto uma partícula fundamental, foi em frente e fez outros experimentos para explorar suas propriedades. Encontrou evidências de partículas com a mesma razão entre massa e carga elétrica emitidas por radioatividade e por metais aquecidos e executou uma medição da carga elétrica do elétron. Tal medição, juntamente com sua medição anterior da razão entre carga e massa, forneceu um valor para a massa do elétron. Foi a soma de todas essas experiências que realmente validou a alegaçao de Thomson de ter descoberto o elétron, mas ele provavlemente nunca teria realizado tais experimentos se não tivesse aceitado a idéia de uma partícula que, em seu tempo, não podia ser observada diretamente.

Ao reexaminarmos o positivismo de Kaufmann e as oposições ao atomismo, eles parecem não só restritos como também ingênuos. Afinal de contas, o que significa observar alguma coisa? Num sentido estrito, Kaufmann nem mesmo observou a deflexão dos raios catódicos para um dado campo magnético; ele mediu a posição de um determinado ponto luminoso no extremo final de um tubo de vácuo, quando fios eram enrolados um certo número de vezes ao redor de um pedaço de ferro ao lado do tubo e conectado a uma certa bateria elétrica, e usou uma teoria aceita para interpretar esse fato em termos de trajetórias de raios e campos magnéticos. Estritamente falando, nem mesmo isso ele fez: apenas experimentou certas sensações visuais e táteis que interpretou em termos de pontos luminosos, fios e baterias. Tornou-se um lugar-comum entre os historiadores da ciência que a observação nunca pode ser separada da teoria.

A rendição final dos antiatomistas é geralmente considerada como sendo esta afirmação do químico Wilhelm Ostwald, na edição de 1908 do seu Panorama da química geral: ``Estou agora convencido de que recentemente descobrimos evidências experimentais da natureza discreta e granular da matéria, que a hipótese atômica buscou em vão por centenas e milhares de anos.'' As experiências que Ostwald cita consistem em medidas de impactos moleculares no chamado movimento browniano, de pequenas partículas suspensas em líquidos, juntamente com as medidas de Thomson da carga do elétron. Mas, se entendermos o quanto todas as informações experimentais são dependentes da teoria, torna-se evidente que todo o sucesso da teoria atômica na química e na mecânica estatística já tinha constituído no século XIX uma observação de átomos.

O próprio Heinsenberg lembra que Einstein tinha reservas quanto ao positivismo de sua abordagem inicial da relatividade. Numa palestra, em 1974, Heisenberg relembra uma conversa que teve com Einstein em Berlim, em 1926:

Comentei [com Einstein] que não podemos, de fato, observar tal trajetória [de um elétron num átomo]; o que realmente documentamos são frequências de luz irradiadas pelo átomo, intensidades e probabilidades de transições, mas nenhuma trajetória real. E sendo racional introduzir na teoria somente quantidades que possam ser observadas diretamente, o conceito de trajetórias de elétrons não deveria, na verdade, aparecer na teoria. Para minha surpresa, Einstein não ficou satisfeito com esse argumento. Ele pensava que toda teoria continha de fato quantidades não-observáveis. O princípio de empregar somente quantidades observáveis simplesmente não pode ser obedecido de forma consistente. E quando contestei, dizendo que estava meramente aplicando o tipo de filosofia que ele próprio tinha tomado como base para a teoria da relatividade especial, ele respondeu: ``Talvez tenha usado tal filosofia anteriormente e também escrito isto, mas é sem sentido mesmo assim.''

Mesmo antes, numa palestra em Paris, em 1922, Einstein se referiu a Mach como ``un bon mécanicien'', mas um ``deplorable philosophe''.

Apesar da vitória do atomismo e da deserção de Einstein, o tema do positivismo continuou a surgir, de tempos em tempos, na física do século XX. A obstinação dos positivistas com os elementos observáveis, como posições ou momentos das partículas, colocou-se no caminho de uma interpretação ``realista'' da mecânica quântica, na qual a função de onda é a representação da realidade física. O positivismo também contribuiu para obscurecer o problema dos infinitos. Como vimos, em 1930 Oppenheimer observou que a teoria dos fótons e elétrons conhecida como eletrodinâmica quântica levava a resultados absurdos -- a emissão e absorção de fótons por um elétron num átomo daria ao átomo uma energia infinita. O problema dos infinitos preocupou os teóricos nos anos 30 e 40 e levou a uma suposição genérica de que a eletrodinâmica quântica se tornava simplesmente não-aplicával para elétrons e fótons de energia muito alta. Muita dessa angústia causada pela eletrodinâmica quântica era permeada por um senso de culpa positivista: alguns teóricos temiam que, ao falar em valores de campos elétricos e magnéticos num ponto ocupado por um elétron, estariam cometendo o pecado de introduzir na física elementos que, a princípio, não podem ser observados. Isso era verdade, mas a preocupação com esse assunto nada fez além de retardar a descoberta da solução real do problema dos infinitos, ou seja, que os infinitos se cancelam quando se define cuidadosamente a massa e a carga do elétron.

O positivismo também teve um papel-chave na reação contra a teoria quântica de campos liderada por Geoffrey Chew, na década de 1960, em Berkeley. Para Chew, o objeto de preocupação central da física era a matriz $ S$, uma tabela que fornece as probabilidades de ocorrência de todos os resultados possíveis para uma colisão de partículas. A matriz $ S$ resumia tudo que era realmente observável sobre reações envolvendo um número qualquer de partículas. A teoria da matriz $ S$ retoma o trabalho de Heinsenberg e John Wheeler, dos anos 30 e 40 (o $ S$ vem de stresung, que é a palavra alemã para ``espalhamento''), mas Chew e seus colegas de trabalho estavam usando novas idéias para calcular a matriz $ S$ sem introduzir elementos não-observáveis, tais como campos quânticos. No final, essa tentativa falhou, em parte porque é simplesmente muito difícil calcular a matriz $ S$ dessa maneira, mas acima de tudo porque os rumos do progresso para o entendimento das forças nucleares fraca e forte se apoiaram na teoria quântica de campos, que Chew estava tentando abondonar.

O abandono mais dramático dos princípios do positivismo ocorreu no desenvolvimento de nossa presente teoria dos quarks. No início da década de 1960, Murray Gell-Mann e George Zweig, independentemente, tentaram reduzir a enorme complexidade da fauna de partículas até então conhecidas. Propuseram que quase todas elas eram compostas por umas poucas partículas simples (ainda mais elementares), que Gell-Mann chamou de quarks. A princípio não pareceu que essa idéia estivesse fora da linha de raciocínio que os físicos estão acostumados a usar. Era, afinal, mais um passo na tradição que se iniciou com Leucipo e Demócrito de tentar explicar estruturas complicadas em termos de constituintes menores e mais simples. A idéia dos quarks foi aplicada em 1960 a uma grande variedade de problemas físicos relacionados às propriedades dos nêutrons, prótons, mésons e todas as outras partículas que se supunha serem constituídas por quarks e, de um modo geral, isso funcionou muito bem. Ainda assim, todos os esforços dos físicos experimentais da década de 1960 e do início da de 1970 não levaram à remoção dos quarks das partículas que supostamente os continham. Isso parecia loucura. Desde que Thomson arrancou elétrons de um átomo num tubo de raios catódicos, sempre fora possível quebrar um sistema composto qualquer -- uma molécula, átomo ou núcleo -- nas partículas individuais que o compõem. Então por que seria possível isolar um quark livre?

As idéias sobre quarks começaram a fazer sentido com o advento, no início dos anos 70, da cromodinâmica quântica, nossa teoria moderna das forças nucleares fortes, que proíbe qualquer processo no qual um quark livre possa ser isolado. A grande mudança veio em 1973, quando cálculos independentes de David Gross e Frank Wilczek, em Princeton, e David Politzer, em Harvard, mostraram que certos tipos de teorias quânticas de campo que possuem uma propriedade peculiar conhecida como ``liberdade assintótica'', segundo a qual as forças nessas teorias decrescem para altas energias. Essa redução das forças já havia sido observada em experiências de espalhamento com altas energias em 1967, mas aquela era a primeira vez que se mostrava que uma teoria poderia ter forças com tal comportamento. Esse sucesso levou rapidamente a uma teoria quântica desse tipo, à teoria dos quarks e glúons, conhecida como cromodinâmica quântica, rapidamente aceita como correta para as forças nucleares fortes.

Originalmente pensava-se que os glúons não tinham sido observados nas colisões de partículas elementares por serem pesados e por não existir energia disponível nessas colisões para a produção das grandes massas de glúons. Logo depois da liberdade assintótica, alguns teóricos propuseram que ao contrário, os glúons eram partículas sem massa, como os fótons. Se isso fosse verdade, então a razão pela qual os glúons, e provavelmente também os quarks, não eram observados deveria ser o fato de que a troca de glúons sem massa entre glúons ou quarks produz forças de longo alcance que, em princípio, tornam impossível a separação de quarks e glúons. Acredita-se agora que, se tentarmos separar um méson (uma partícula composta de um quark e um antiquark), por exemplo, a força necessária aumenta conforme o quark e o antiquark são separados, até que, finalmente, é necessário colocar tanta energia nesse esforço que passa a existir energia suficiente para que um novo par de quark e antiquark seja criado. Assim, um antiquark surge do vácuo e se junta ao quark original. Em vez de termos um quark e um antiquark livres, temos simplesmente dois pares de quark e antiquark -- isto é, dois mésons. Frequentemente é usada a metáfora de que isso é como tentar separar os dois extremos de um pedaço de corda: você pode puxar, puxar e, se colocar energia suficiente no esforço, a corda se rompe, mas você não terá as duas extremidades da corda original isoladas; o que você terá serão dois pedaços de corda, cada um com duas extremidades. A idéia de que quarks e glúons, em princípio, nunca podem ser observados isoladamente se tornou parte da sabedoria aceita da física moderna de partículas elementares, mas isso não nos impede de descrever nêutrons, prótons e mésons como compostos de quarks. Não posso imaginar nada de que Ernst Mach gostasse menos.

A teoria dos quarks foi só um passo no processo contínuo de reformulação da teoria física, no sentido de que são cada vez mais fundamentais e, ao mesmo tempo, estão cada vez mais distantes da experiência diária. Como poderíamos construir uma teoria baseada em aspectos observáveis quando nenhum aspecto de nossa experiência -- talvez nem mesmo espaço e tempo -- aparece nos níveis mais fundamentais de nossas teorias? Parece-me muito pouco provável que a atitude positivista ajude muito no futuro.

A metafísica e a epistemologia ao menos tinham a intenção de desempenhar um papel construtivo na ciência. Nos últimos anos, a ciência tem estado sob o ataque de comentaristas pouco amigáveis, sob a bandeira do relativismo. Os filósofos relativistas negam a busca da verdade objetiva pela ciência; vêem isto como um mero fenômeno social, não muito diferente de um culto da fertidilade ou de uma cerimônia comunitária.

O relativismo filosófico origina-se em parte da descoberta por filósofos e historiadores da ciência de que existe um grande elemento subjetivo no processo pelo qual as idéias científicas passam a ser aceitas. Já vimos qual é o papel que o julgamento estético tem na aceitação de novas teorias físicas. Tudo isso é uma velha história para os cientistas (apesar de os filósofos e historiadores escreverem como se fôssemos completamente ingênuos a esse respeito). Em seu célebre livro A estrutura das revoluções científicas, Thomas Kuhn deu um passo adiante, ao argumentar que nas revoluções científicas os padrões (ou ``paradigmas'') com os quais os cientistas julgam as teorias são modificados, de forma que uma nova teoria nunca pode ser julgada pelos modelos pré-revolucionários. Há muita coisa no livro de Kuhn que está de acordo com a minha experiência na ciência. Porém, no último capítulo, ele ataca a visão de que a ciência progride através de verdades objetivas: ``Talvez, para sermos mais precisos, tenhamos que desistir da noção, implícita ou explícita, de que as mudanças de paradigmas guiam os cientistas, e todos aqueles que aprendem com eles, cada vez mais em direção à verdade.'' O livro de Kuhn parece ter sido lido (ou pelo menos citado) como um manifesto em favor de um ataque geral à presumida objetividade da ciência.

Tem havido também uma grande tendência, começando com um trabalho de Robert Merton, nos anos 30, de os sociólogos e antropólogos tratarem o empreendimento das ciências (ou, pelo menos, das ciências diferentes da antropologia e da sociologia) com os mesmos métodos que usam para estudar outros fenômenos sociais. A ciência é, é claro, um fenômeno social, com seu próprio sistema de recompensa, seus esnobismos, seus padrões interessantes de alianças e autoridade. Por exemplo, Sharon Traweek passou vários anos com físicos de partículas elementares tanto no Linear Accelerator Center, de Stanford, como no Laboratório KEK, no Japao, e descreveu o que viu sob a perspectiva de um antropólogo. Esse tipo de grande ciência é um tópico natural para os antropólogos e sociólogos, pois os cientistas pertencem a uma tradição anárquica que preza as iniciativas individuais, ainda que saibam que precisam trabalhar, nos experimentos de hoje, dentro de grupos de centenas de pessoas. Como teórico, nunca trabalhei em equipes assim, porém muitas de suas observações me parecem possuir um pouco de verdade, como por exemplo:

Os físicos se vêem como uma elite cujo critério de admissão é somente o mérito científico. Aceita-se que todos tenham tido um começo justo. Isso é acentuado pelo código de vestimentas rigorosamente informais, pela semelhança entre os escritórios e pela prática comunitária de usar o ``primeiro nome''. O individualismo competitivo é considerado justo e efetivo: a hierarquia é vista como uma meritocracia que produz uma física de qualidade. Os físicos americanos, no entanto, enfatizam que a ciência não é democrática: as decisões sobre os propósitos científicos não podem ser tomados pela regra da maioria na comunidade nem pode haver o mesmo acesso para os recursos de laboratórios. Em ambos os pontos, os físicos japoneses assumem posições opostas.

Durante esses estudos, sociólogos e antropólogos descobriram que até o processo de mudança nas teorias científicas é um processo social. Um livro recente sobre um assunto similar observa que ``as verdades científicas são, no fundo, acordos sociais largamente difundidos sobre o que é ``real'', conseguido através de um peculiar 'processo científico'de negociação''. Observações diretas junto aos cientistas que trabalhavam no Salk Institute levaram o filósofo francês Bruno Latour e o sociólogo inglês Steve Woolgar a comentar: ``A negociação do que conta como prova ou do que constitui um bom esforço é tão desordenada quanto as discussões entre advogados e polítivos.''

Parece ter sido um passo fácil, partindo dessas valiosas observações históricas e sociais, chegar à posição radical de que o conteúdo aceito das teorias científicas é o que é devido às condições históricas e sociais em que as teorias são negociadas. (Em socialogia da ciência, a elaboração dessa posição é algumas vezes conhecida como o programa forte.) Esse ataque à objetividade do conhecimento científico é feito explicitamente e foi até usado como título de um livro de Andrew Pickering: Construindo quarks. No último capítulo, ele conclui: ``E, dado seu [dos físicos] extenso treinamento em sofisticadas técnicas matemáticas, a preponderância da matemática na descrição da realidade pela física de partículas não é mais fácil de se explicar do que a afinidade dos grupos étnicos com sua linguagem nativa. De acordo com a visão defendida neste capítulo, qualquer um que pretenda enquadrar uma visão de mundo não é obrigado a levar em consideração o que a ciencia do século XX tem a dizer''. Pickering descreve, em detalhes, uma mudança de ênfase na física experimental de altas energia que ocorreu no fim da década de 1960, início da de 70. Em vez de usar a abordagem do senso comum (termo usado por Pickering), concentrando-se no fenômeno mais notável da colisão de partículas de alta energia (ou seja, a fragmentação das partículas em um número ainda maior de outras partículas, indo, em sua maioria, na direção original do feixe de partículas), os experimentalistas fizeram experiências sugeridas por teóricos, que focalizavam eventos raros, tais como aqueles nos quais algumas partículas de alta energia emergem de uma colisão num ângulo grande em relação ao feixe incidente.

Certamente houve uma mudança de ênfase na física de altas energias, tal como Pickering descreveu, mas esta decorreu da missão histórica dos físicos. Um próton é constituído por três quarks, juntamente com uma nuvem de glúons e pares quark-antiquark que aparecem e desaparecem continuamente. Na maioria das colisões entre prótons, a energia das partículas iniciais rompe essa nuvem de partículas, como a colisão entre dois caminhões de lixo. Estas podem ser as colisões mais notáveis, mas são muito complicadas para que possamos calcular o que deve acontecer de acordo com a teoria atual de quarks e glúons, de modo que não podem ser usadas para o teste dessa teoria. Uma vez ou outra, porém, um quark ou um glúon em um dos dois prótons colide frontalmente com um quark ou glúon do outro próton e suas energias ficam disponíveis para ejetar, com alta energia, esses quarks ou glúons dos detritos da colisão, um processo cuja frequencia sabemos calcular. Ou então a colisão pode criar novas partículas, como a W ou Z, que produzem a força nuclear fraca, que precisa ser estudada para que possamos aprender mais a respeito da unificação das forças fraca e eletromagnética. São esses eventos raros que os experimentais de hoje tentam detectar. Contudo, Pickering, que até onde sei entende esse embasamento teórico muito bem, insiste em descrever a mudança de ênfase da física de alta energia como se fosse mera mudança de moda, como o deslocamento do impressionismo para o cubismo ou das saias longas para as curtas.

É simplesmente uma falácia lógica partir da observação de que a ciência é um processo social e chegar à conclusão de que o produto final, nossas teorias científicas, é moldado por forças históricas e sociais que agem nesse processo. Um grupo de alpinistas pode se questionar sobre qual o melhor trajeto até o pico, e os argumentos podem ser condicionados pela estrutura histórica e social da expedição, mas, ao fim, encontram ou não um bom caminho para o pico e, só quando chegam lá, sabem se conseguiram. (Ninguém daria a um livro sobre escaladas o título Construindo o Everest.) Não posso provar que a ciência seja assim, mas tudo na minha experiência como cientista me convence de que é. As ``negociações'' a respeito de mudanças nas teorias científicas continuam, e os cientistas mudam de opinião várias vezes, em resposta a cálculos e experiências, até que, finalmente, uma visão ou outra tenha uma marca inconfundível de sucesso objetivo. Estou certo de que estamos descobrindo algo real na física, cuja forma de ser não tem qualquer conexão com as condições sociais ou históricas que nos permitiram descobri-lo.

De onde vêm, então, os ataques radicais contra a objetividade do conhecimento científico? Uma da fontes, acho eu, é o antigo ranço do positivismo, dessa vez aplicado ao estudo da própria ciência. Se alguém se recusa a falar sobre tudo aquilo que não pode ser diretamente observado, então a teoria quântica de campos, os princípios de simetria ou, mais genericamente, as leis da natureza não podem ser levadas a sério. O que os filósofos, sociólogos e antropólogos podem estudar é como os cientistas reais se comportam de fato, e tal comportamento nunca segue qualquer descrição simples em termos de regras de inferência. Contudo, os cientistas têm a experiência direta das teorias enquanto objetivos desejados, ainda que evasivos, e ficam convencidos da realidade dessas teorias.

é possível que haja uma outra motivaçao, menos nobre, para o ataque ao realismo e à objetividade da ciência. Imaginemos um antropólogo que estuda o culto de um cargueiro numa ilha do Pacífico. Os nativos da ilha acreditam que podem trazer de volta o avião cargueiro que os tornou prósperos durante a segunda guerra mundial construindo estruturas de madeira que imitam os radares e as antenas de rádio. Faz parte da natureza humana que esse antropólogo e outros antropólogos e sociólogos em circunstâncias similares se sintam superiores, porque sabem, ao contrário daqueles que eles estudam, que não existe realidade objetiva nessas crenças -- nenhum C-47 cheio de carga será atráido por radares de madeira. Por acaso seria surpreendente se, quando os antropólogos e sociólogos voltassem suas atenções para o trabalho dos cientistas, eles tentassem recriar essa deliciosa sensação de superioridade, negando para tanto a realidade objetiva das descobertas científicas?

O relativismo é somente um aspecto de um ataque mais amplo e radical à própria ciência. Feyerabend propõe uma separação formal entre ciência e sociedade, como a separação entre a Igreja e Estado, argumentando que ``a ciência é apenas uma das muitas ideologias que impulsionam a sociedade e deveria ser tratada como tal''. A filósofa Sandra Harding chama a ciência moderna (especialmente a física) de ``não apenas sexista, mas também racista, classista e culturalmente repressora'' e argumenta que ``a física, a química, a matemática e a lógica possuem as marcas distintivas de seus criadores culturais tanto quanto a antropologia e a história''. Theodore Roszak pede que alteremos ``a sensibilidade fundamental do pensamento científico... mesmo se tivermos que rever drasticamente o caráter profissional da ciência e seu lugar em nossa cultura''.

Esses críticos radicais da ciência parecem estar causando pouco ou nenhum efeito sobre os próprios cientistas. não conheço qualquer cientista atuante que os leve a sério. O perigo que representam para a ciência vem da possível influência sobre aqueles que não participam do trabalho científico, mas dos quais dependemos, especialmente sobre aqueles encarregados de financiar a ciência e a nova geração de cientistas em potencial. Recentemente, o ministro responsável pelos gastos governamentais com a ciência civil na Inglaterra foi citado na revista Nature falando, com aprovação, sobre um livro de Bryan Appleyard que trata a ciência como inimiga do espírito humano.

Desconfio que Gerald Holton está perto da verdade ao ver o ataque radical à ciência como um sintoma de uma hostilidade mais ampla à civilização ocidental, que vem perturbando os intelectuais ocidentais desde Oswald Spengler. A ciência moderna é um alvo óbvio para essa hostilidade; grandes formas de arte e literatura originaram-se em várias civilizações do mundo, mas desde Galileu a pesquisa científica tem sido grandemente dominada pelo Ocidente.

Tal hostilidade me parece ser tragicamente mal direcionada. Mesmo as mais aterradoras aplicações ocidentais da ciência, como as armas nucleares, representam apenas mais um exemplo do eterno esforço da raça humana de se destruir com quaisquer armas que puder inventar. Contrabalançando isso com as aplicações benignas da ciência e seu papel de libertação do espírito humano, acredito que a ciência moderna, juntamente com a democracia e a múica cibtrapontística, é algo que o Ocidente deu ao mundo e de que devemos ter orgulho especial.

No final, esse questionamento irá desaparecer. Métodos científicos modernos e onhecimentos têm se difundido rapidamente em países não ocidentais, como o Japão e Índia, e estão se espalhando rapidamente por todo o mundo. Irá chegar o dia em que a ciência não mais será identificada com o Ocidente, mas será vista como uma posse comum de toda a humanidade.