• Começa Com Um Estrondo

As 4 lições que todo (bom) cientista deve aprender

Cometa McNaught, como fotografado em 2006 de Victoria, Austrália. A cauda de poeira é branca e difusa (e curva), enquanto a cauda de íons é fina, estreita, azul e aponta diretamente para longe do Sol. Ao contrário da crença popular, as chuvas de meteoros não são resultado de caudas de cometas, mas sim de pequenos fragmentos de cometas quebrados do próprio núcleo que continuam ao longo de sua órbita elíptica original. (SOERFM / WIKIMEDIA COMMONS)

Esquecê-los, a qualquer momento, pode levar a conclusões não científicas.

Ninguém, nem mesmo os mais inteligentes entre nós, eram cientistas competentes desde o início. O conceito de ciência é simples e direto: se você quer saber alguma coisa sobre o Universo, você deve testá-lo, experimentá-lo, medi-lo e formular regras que sejam consistentes com todos os resultados já obtidos. Se sua concepção desse fenômeno for boa, você poderá aproveitar sua compreensão para fazer previsões precisas sobre fenômenos relacionados que ainda não observou.

Em algum intervalo específico, suas previsões vão corresponder à realidade: é aí que sua ideia (ou teoria) é válida. Onde suas previsões falham em corresponder à realidade, no entanto, é onde as coisas ficam realmente interessantes, pois é aí que sua ideia (ou teoria) atual falha. É aí que estão as fronteiras da ciência e onde o potencial para avanços científicos é maior.

Tornar-se um bom cientista em qualquer campo, no entanto, requer habilidades que levam anos para se desenvolver. Aqui estão 4 lições vitais que todo cientista iniciante deve aprender para ser bom no que faz.

O comportamento idêntico de uma bola caindo no chão em um foguete acelerado (esquerda) e na Terra (direita) é uma demonstração do princípio de equivalência de Einstein. Embora medir a aceleração em um único ponto não mostre diferença entre a aceleração gravitacional e outras formas de aceleração, medir vários pontos ao longo desse caminho mostraria uma diferença, devido ao gradiente gravitacional desigual do espaço-tempo circundante. Observar que a gravidade se comporta de forma indistinguível de qualquer outra aceleração foi a epifania que levou Einstein a unificar a gravidade com a Relatividade Especial. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS MARKUS POESSEL, RETOQUE POR PBROKS13)

1.) Você está cheio de equívocos. Trabalhe para desaprendê-los . Sempre que aprendemos sobre um fenômeno pela primeira vez, nossos cérebros fazem algo bastante notável: eles tentam criar uma narrativa que acomode e explique esse novo fenômeno no contexto do que já sabemos.

Às vezes, quando a nova informação é extremamente análoga a coisas que já entendemos, acertamos: os alunos que conhecem a lei da gravitação de Newton (atrativa) não têm problemas em aprender a lei de atração e repulsão eletrostática de Coulomb.

Outras vezes, as novas informações desafiam as analogias do senso comum que aprendemos até agora. Os alunos que conhecem as leis do movimento de Newton ficam frequentemente intrigados com as novas regras contra-intuitivas da relatividade especial; alunos que conhecem a gravitação de Newton lutam com os novos conceitos da relatividade geral; os alunos que conhecem a física clássica e determinística lutam com a física quântica probabilística.

Trajetórias de uma partícula em uma caixa (também chamada de poço quadrado infinito) na mecânica clássica (A) e na mecânica quântica (B-F). Em (A), a partícula se move com velocidade constante, saltando para frente e para trás. Em (B-F), as soluções de função de onda para a Equação de Schrodinger dependente do tempo são mostradas para a mesma geometria e potencial. O eixo horizontal é a posição, o eixo vertical é a parte real (azul) ou a parte imaginária (vermelha) da função de onda. (B,C,D) são estados estacionários (autoestados de energia), que vêm de soluções para a Equação de Schrõdinger Independente do Tempo. (E,F) são estados não estacionários, soluções para a equação de Schrodinger dependente do tempo. Observe que essas soluções não são invariantes sob transformações relativísticas; eles só são válidos em um determinado quadro de referência. (STEVE BYRNES / SBYRNES321 OF WIKIMEDIA COMMONS)

Aqueles de nós que navegaram com sucesso em um Ph.D. tivemos que confrontar – e eliminar – uma infinidade de equívocos que desenvolvemos ao longo do caminho. Muitos de nós tiveram que superar o pensamento errado sobre um éter, ou um meio teórico necessário para a luz viajar. Muitos de nós tivemos que lutar contra nossa intuição, que queria se apegar a ideias pré-relativistas sobre espaço e tempo, ou ideias pré-quânticas sobre propriedades como posição, energia ou momento angular.

É preciso muito trabalho pessoal não apenas para aprender os conceitos avançados que são os fundamentos da ciência moderna, mas também para desaprender os equívocos que você adquiriu ao longo do caminho. Este deve ser um processo contínuo, pois muitas das ideias consensuais de hoje levarão a equívocos se nos agarrarmos a elas além de seu alcance de validade. As margens da ciência estão repletas de conspirações e ideias inviáveis ​​que seus adeptos nunca desaprenderam com sucesso. Para ter sucesso na ciência, você deve identificar e revisar continuamente seus equívocos.

Um dispositivo de fusão baseado em plasma confinado magneticamente. A fusão a quente é cientificamente válida, mas ainda não foi alcançada na prática para alcançar e sustentar uma reação além do ponto de 'equilíbrio'. A fusão a frio, por outro lado, nunca foi robustamente demonstrada, mas é um campo repleto de charlatães e incompetentes. (GESTÃO DO PPPL, UNIVERSIDADE DE PRINCETON, DEPARTAMENTO DE ENERGIA, DO PROJETO DE INCÊNDIO)

2.) Você interpretará mal o que os estudos (novos e antigos) significam até que tenha uma base de conhecimento suficientemente forte nessa área específica . Muitos de nós, particularmente na era da informação, temos acesso direto a artigos científicos, o que é um tremendo trunfo neste mundo. No entanto, muito poucos de nós têm a formação científica necessária - mesmo aqueles de nós que são cientistas que se aventuram fora de nossas próprias áreas de especialização — para entender corretamente o que esses resultados significam. A razão é simples: não temos a base sólida necessária para compreender o panorama completo do campo em que esta pesquisa é feita.

A maioria de nós, quando estamos curiosos sobre uma questão científica, simplesmente buscamos informações sobre ela e as leremos através das lentes de nosso conhecimento atualmente existente (e muitas vezes insuficiente). Se você pesquisar se o Big Bang nunca aconteceu, o flúor diminui seu QI ou se a medicina tradicional chinesa é um tratamento eficaz para o COVID-19, encontrará vários artigos científicos e/ou livros que afirmam um retumbante sim a essa indagação.

A medicina tradicional chinesa é frequentemente usada em combinação com tratamentos genuínos em pacientes, mas a falta de estudos controlados e a escassez de evidências científicas que apóiem ​​sua eficácia atormentaram o campo. Existem muitas alegações infundadas, bem como práticas de pesquisa extremamente questionáveis, em torno deste campo. (Liu Kegeng/China News Service via Getty Images)

Isso não é o que a ciência realmente indica, no entanto. Sem um conhecimento fundamental de qual é o conjunto completo de evidências para o Big Bang, o papel biológico vital do flúor na absorção de cálcio no desenvolvimento de dentes e ossos, ou o problema desenfreado de estudos descontrolados (e discutivelmente fraudulentos) na medicina tradicional chinesa , um não especialista pode facilmente ser enganado. Mesmo quando a pessoa que busca esse conhecimento é um especialista em um campo relacionado, mas tem lacunas ou equívocos em seu conhecimento fundamental, uma conclusão incorreta pode ser tirada mesmo por um profissional competente.

É o velho problema de você não saber o que não sabe quando se aventura fora de sua especialidade. A melhor coisa que você pode fazer, se encontrar alguém disposto a fazê-lo, é consultar um especialista de boa-fé que tenha essa base profunda e ampla. Simultaneamente, você deve permanecer humilde e estar aberto ao fato de que provavelmente tem vários equívocos que precisará desafiar no processo de aprender as respostas. Não há vergonha na ignorância, mas há uma grande vergonha em escolher permanecer ignorante quando a verdade científica é exposta diante de seus olhos.

Olhando para trás, uma variedade de distâncias corresponde a uma variedade de tempos desde o Big Bang. O fato de que nossas previsões para o que deveria existir em várias épocas comparadas com nossas observações são uma excelente confirmação do Big Bang. (NASA, ESA, E A. FEILD (STSCI))

3.) As opiniões consensuais anteriores são muitas vezes insuficientes ou até erradas hoje. Mas aprender como e por que é vital . Esta é talvez a maior característica incompreendida – não um bug – de todo o empreendimento científico. Os cientistas são muitas vezes retratados injusta e incorretamente como pensadores estreitos que simplesmente memorizaram uma grande coleção de fatos, enquanto a verdade é exatamente o oposto. Em sua essência, a ciência não é simplesmente um corpo de conhecimento, mas também um processo. É preciso ter em mente várias ideias e hipóteses concorrentes simultaneamente, avaliando e examinando todas elas, continuamente, diante de um conjunto cada vez maior de evidências.

Sempre que surge uma nova evidência, todas essas hipóteses devem ser reavaliadas novamente. Alguns dos que antes eram viáveis ​​podem ser desfavorecidos; outros podem permanecer consistentes. Algumas ideias especulativas podem ganhar apoio; outros podem perder o apoio. E algumas idéias que foram descartadas anteriormente podem ganhar nova vida, pois podem explicar alguns fenômenos que as teorias dominantes não explicam.

Um exemplo que raramente paramos para considerar é universal para todos nós: o brilho das estrelas.

As estrelas que estão mais próximas do horizonte, na verdade, cintilam mais dramaticamente do que as estrelas que estão diretamente acima, devido ao fato de que sua luz viaja mais pela atmosfera da Terra antes de atingir nossos olhos. Os planetas, no entanto, não brilham, pois parecem discos da Terra, em vez de pontos. Mesmo Plutão, visto de telescópios terrestres, não pisca. (JEFF BARTON/FLICKR)

Se você já olhou para o abismo de um céu noturno escuro, deve ter notado quase todos os pontos de luz brilhando nos céus, com exceção de alguns brilhantes: os planetas. Por que as estrelas brilham, enquanto os planetas não? Durante muito tempo, houve duas ideias concorrentes.

• Talvez a atmosfera da Terra estivesse com defeito, com o fluxo de ar turbulento afetando o caminho da luz das estrelas distantes, semelhantes a pontos, mas não os planetas próximos, semelhantes a discos.
• Alternativamente, talvez houvesse nuvens interestelares de matéria pelas quais a luz das estrelas passou, causando o brilho, enquanto os planetas estavam dentro do nosso Sistema Solar, o que significa que sua luz nunca passou pelo gás.

Ambas as ideias eram viáveis ​​até o início da era espacial, onde câmeras, instrumentos e, eventualmente, humanos foram capazes de ver as estrelas e planetas do espaço, demonstrando que as estrelas não brilhavam mais e que a atmosfera da Terra era a culpada. No entanto, as nuvens interestelares de matéria continuam sendo uma realidade e desempenham um papel importante em muitos fenômenos astronômicos, destacando a importância de aprender sobre ideias desacreditadas. Aprender sobre ideias antigas, como a constante cosmológica de Einstein, muitas vezes pode abrir caminho para descobertas surpreendentes e novas, como as fracas supernovas que levaram à nossa descoberta moderna da energia escura.

A observação de supernovas distantes nos permitiu não apenas descobrir a presença de energia escura, mas também discernir a diferença entre várias alternativas, como “poeira cinza” em comparação com a energia escura. Para que uma teoria permaneça aceita, ela deve se encaixar no conjunto completo de dados, não apenas em uma única peça nova. (A.G. RIESS ET AL. (2004), THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, VOLUME 607, NÚMERO 2)

4.) Você terá favoritos entre as ideias e hipóteses especulativas. E eles provavelmente estão todos incorretos . Esta é talvez a parte mais difícil de ser um cientista: há tantas ideias por aí – com prós e contras – sobre o que está além das fronteiras das porções conhecidas, estabelecidas e bem testadas de seu campo. Muitas das ideias mais loucas da ciência estabelecida hoje, da epigenética à antimatéria, começaram como hipóteses infundadas. Outras ideias que pareciam simples e diretas, como que você teria 25% do DNA de cada um de seus avós biológicos ou que a antienergia também existiria, acabaram não sendo o caso.

Hoje, há uma série de ideias especulativas que ganham muita atenção do público, mas que carecem de um pingo de evidência experimental ou observacional de apoio. Muitos teóricos passam a vida com essas ideias, que incluem:

• buracos negros primordiais,
• supersimetria,
• grandes teorias unificadas,
• cordas cósmicas,
• várias abordagens para a gravidade quântica (incluindo teoria das cordas e gravidade quântica em loop),
• e modelos inconstantes de energia escura.

Eles são todos atraentes e interessantes à sua maneira. E, no entanto, se a história da ciência servir de guia, é provável que todos estejam errados.

A gravidade quântica tenta combinar a teoria geral da relatividade de Einstein com a mecânica quântica. As correções quânticas à gravidade clássica são visualizadas como diagramas de loop, como o mostrado aqui em branco. Embora muitos cientistas suspeitem que a gravidade seja inerentemente quântica por natureza, não há evidências experimentais ou observacionais a favor ou contra essa hipótese. (LACELERATOR LABORATÓRIO NACIONAL DO SLAC)

Uma das armadilhas mais catastróficas em que um cientista pode cair é se convencer da infalibilidade de uma determinada ideia ou linha de pensamento em seu campo. Quando se trata de hipóteses especulativas, se apaixonar por ela é sem dúvida a pior coisa que você pode fazer. Fazer isso cega você para todas as evidências contraditórias, tira sua capacidade de avaliar objetivamente ideias concorrentes e leva você a um caminho de raciocínio motivado: uma busca inerentemente não científica.

É a razão pela qual os avanços científicos de Johannes Kepler ainda são tão impressionantes , mesmo com mais de 400 anos de retrospectiva. Kepler tinha uma ideia bonita, convincente e original sobre o Sistema Solar: que os planetas orbitavam ao redor do Sol em uma série de esferas aninhadas, que ele apelidou de O Mistério do Cosmographicum . Mas quando os dados não corresponderam às suas previsões, ele fez a coisa mais admirável que se poderia fazer, descartando completamente seu modelo e buscando uma nova abordagem. O resultado, depois de muitos anos, foi sua teoria dos planetas girando em torno do Sol em órbitas elípticas. Ele se encaixa nos dados melhor do que qualquer interpretação anterior e ainda permanece em uso para o movimento planetário hoje.

Tanto o modelo geocêntrico de Ptolomeu quanto todos os modelos heliocêntricos de Copérnico (com órbitas circulares) não conseguiram corresponder aos melhores dados observáveis. Especificamente, Tycho Brahe conduziu algumas das melhores observações de Marte antes da invenção do telescópio. Aqui, as observações de Brahe da órbita de Marte, particularmente durante episódios retrógrados, forneceram uma excelente confirmação da teoria da órbita elíptica de Kepler. (WAYNE PAFKO, 2000 / HTTP://WWW.PAFKO.COM/TYCHO/OBSERVE.HTML )

Vários mitos perigosos persistem mesmo entre os cientistas: que os melhores cientistas nunca estão errados, que mudar de ideia sobre um assunto é um sinal de fraqueza ou que é um sinal de pensamento de grupo quando ideias alternativas caem em desuso. A verdade é que estar errado é uma parte essencial do aprendizado ao longo do caminho para se tornar um cientista. Quando você muda de ideia sobre um problema, é porque está disposto a incorporar novas informações e revisar suas conclusões. E, muitas vezes, isso requer o abandono de ideias outrora populares, mas agora insustentáveis.

A ciência é inerentemente um esforço aditivo e cumulativo. Se esperamos acompanhar esse crescente corpo de conhecimento, precisamos entender que mesmo nossas conclusões mais robustas devem sempre estar sujeitas a revisão. Cada vez que obtemos novas informações é uma oportunidade de testar nossas ideias e hipóteses de novas maneiras. Às vezes, o consenso é confirmado e validado; ocasionalmente, é a faísca para uma controvérsia ou mesmo uma revolução científica. Qualquer que seja o resultado, aqueles que seguem essas quatro lições sempre serão capazes de acompanhá-las. Aqueles que não o fizerem desaparecerão na irrelevância, pois nenhuma fama pessoal alterará o que é cientificamente verdadeiro.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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