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Throwback Thursday: Você realmente ama a ciência?

Crédito da imagem: NASA/ESA.

Não são apenas saltos e avanços, mas uma maneira de pensar e um modo de vida. Estás dentro?

Quando eu digo ‘eu te amo’, não é porque eu quero você ou porque eu não posso ter você. Não tem nada a ver comigo. Eu amo o que você é, o que você faz, como você tenta. Eu vi sua bondade e sua força. Eu vi o melhor e o pior de você. E eu entendo com perfeita clareza exatamente o que você é. – Joss Whedon

Aposto que você ama a ciência; praticamente todos nós, quer percebamos ou não. Como crianças, nós todo vivem como cientistas, nascidos sem conhecimento ou experiência deste mundo, mas com capacidade inerente de aprender e se adaptar.

Crédito da imagem: 2005–2013 ~chhrriissttaa, do deviantART.

Nossos sentidos nos ajudam tremendamente com isso: você se queima quando toca em algo extremamente quente, então você aprende a não tocar em coisas como fogo. Você aprende que, à medida que se aproxima, fica mais quente, então aprende a ficar a uma distância segura. Você vê a fumaça subindo e aprende como evitar com segurança se queimar. E à medida que você ganha experiência e entende o fogo, a lava e outros objetos escaldantes, aprende a evitar tocar em algo que parece estar muito quente.

E você faz bem, por um tempo.

Crédito de imagem: Guarda de fogão ajustável à prova de crianças, de http://www.onestepahead.com/ .

Até, talvez, você aprender que nem todas as coisas quentes parecem quentes! Mas aquela panela no fogão queima você com tanta certeza quanto o fogo, mesmo que não tenha emitido os mesmos sinais de alerta que o fogo fez.

Tudo bem, porque você é um cientista ! Sua velha teoria – ou maneira de entender o mundo – agora é revisada e substituída por uma nova que é ainda melhor para descrever o conjunto completo de fenômenos que você conhece. Coisas quentes não brilham apenas em vermelho, ficam quentes à distância ou soltam fumaça (embora algum fazer), eles têm uma variedade de propriedades dependendo apenas do que o objeto é, e quão quente ele está. Há muitas maneiras de se queimar e, à medida que você constrói sua experiência no mundo, começa a aprender que entrar em contato com objetos em temperaturas extremamente quentes é o que vai queimar você.

E você se sai bem, por um tempo, até encontrar algo muito, muito resfriado .

Crédito da imagem: Nicolas George.

Muito muito resfriado objetos, como gelo seco ou nitrogênio líquido, também podem queimá-lo! Então, novamente, sua teoria – ou sua maneira de entender o que vai te queimar – muda mais uma vez. Não são apenas objetos muito quentes, em todas as suas variedades; sua teoria evolui para abranger todo objetos de temperaturas extremas, ou seja, temperaturas extremamente diferentes da temperatura da sua própria pele!

Nesse sentido, somos todos cientistas; toda vez que encontramos algo no mundo natural que não é explicado por nossa compreensão atual, revisamos nossas explicações para que possam explicar tanto o velho fenômenos que nossas explicações anteriores cuidaram, mas também explicam os novo fenômenos para os quais as explicações arcaicas são insuficientes.

Crédito da imagem: P. J. Brucat / University of Florida.

Na realidade, entendemos a temperatura pelas propriedades do movimento das moléculas e átomos que compõem um material ou sistema, e a temperatura depende das velocidades e distribuição do que é feito. Você - uma criatura viva - pode experimentar um queimar se os átomos ou moléculas que o compõem são feitos para se mover de uma maneira que seu corpo não sabe como acomodar. Isso pode significar que fazer com que suas moléculas se movam muito rápido, muito devagar ou simplesmente com a distribuição errada pode prejudicá-lo.

Bem, se você pode esquecer o que aprendeu O método científico por um minuto, este é praticamente o caminho que a ciência sempre leva. Você tem experiências e fenômenos que procura explicar e dar sentido, então você cria explicações para eles. E se suas explicações puderem prever o que vai acontecer em uma determinada situação, você tem uma teoria científica.

Crédito da imagem: artista Granger da Fine Art America.

Toda teoria científica tem poder preditivo e outra coisa em que normalmente não pensamos: um intervalo de validade . Em outras palavras, vamos fazer experimentos, fazer observações e, de outra forma, cutucar e cutucar as previsões dessa teoria. Idealmente para uma teoria científica, o intervalo de validade será tão grande quanto seus experimentos/observações permitirem, e quaisquer discrepâncias serão apenas devido a erros experimentais/observacionais. Foi por isso que a gravidade newtoniana foi a teoria mais bem-sucedida de todos os tempos; permaneceu, incontestável, durante a maior parte três séculos .

Mas se esse ideal fosse alcançado para sua teoria científica, seu campo de ciência nunca avançaria. E, no entanto, a ciência está sempre marchando.

Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons WillowW, usando o Blender.

Quando a órbita do planeta mais interno - Mercúrio - falhou em se alinhar com as previsões da gravidade newtoniana, isso foi uma crise e uma oportunidade para a física. Por um lado, a gravidade newtoniana tinha um enorme alcance de validade, desde as menores escalas sondadas e forças gravitacionais mais fracas mensuráveis ​​até corpos celestes em movimento um ao redor do outro. A discrepância observada foi que o caminho orbital de Mercúrio precessou apenas um pouco diferente da previsão: 5600″ por século, em oposição aos 5557″ previstos.

No entanto, essa pequena diferença - essa diferença de menos de 1% da previsão newtoniana - foi real , e confirmado por séculos de observações de vários pontos. Não foi uma flutuação aleatória, não foi uma observação casual, não foi devido a um erro sistemático. Em vez disso, isso foi uma indicação de que algo estava diferente de nossas expectativas.

Crédito da imagem: 2012 Alan Dyer.

Havia muitas possibilidades sobre o que poderia ter causado isso. A gravidade de Newton estar errada era apenas uma delas: poderia ter havido uma nova massa (ou conjunto de massas) que não eram vistas anteriormente, o Sol poderia ter propriedades diferentes do que assumimos que tinha, ou a coroa solar poderia ter sido massiva e estendida, por exemplo.

Quando observações ou experimentos não estão alinhados com o que uma teoria prevê, não significa que sua teoria está errada ou inválida, posso significa que existem efeitos físicos – perfeitamente explicados pela ciência atualmente compreendida – que não levamos em conta. Na verdade, isso é mais frequente a resolução para uma observação inesperada: um fenômeno físico fundamentalmente compreendido cuja presença e aplicação em relação ao problema em questão era inesperada.

Crédito da imagem: WGBH Boston, via R. Jay Gabany.

Existem dois grandes problemas com isso sendo a verdade sobre nossa realidade:

1. Isto é não o que geralmente excita a imaginação das pessoas, e
2. Não é isso que leva a um salto teórico revolucionário.

Então nos deparamos com um problema de cientistas, comunicadores científicos e jornalistas: as pessoas imediatamente saltam para a sensacional explicação teórica quando encontramos pela primeira vez esses fenômenos inesperados. Mas essa explicação sensacional está quase sempre errada. O primeiro pergunta que você deve sempre se perguntar é se é possível que leis e teorias físicas conhecidas podem explicar esse novo resultado observacional ou experimental.

Agora não há nada de errado em considerar o salto teórico como uma possibilidade; só há algo errado se você entretê-lo como o só (ou a principal) possibilidade. Porque – e me perdoe aqui – qualquer idiota pode sair e especular sobre como as leis da natureza podem ser diferentes. Se você quer ir da especulação ociosa para a ciência sólida, há um caminho claro, mas é um caminho que raramente é falado.

Crédito da imagem: Gravity Probe B / STScI da NASA.

Primeiro, se você pretende dar um salto teórico, sua nova teoria devo abrangem todos os sucessos da velha teoria. Qualquer coisa que possa fazer, sua nova teoria também deve fazer.

Em segundo lugar, você deve explicar a observação/experiência recém-descoberta, realçando ou estendendo o intervalo de validade de seu poder preditivo do mundo. Quando o DNA foi descoberto, ele não substituiu a genética (que, por sua vez, não substituiu a evolução darwiniana), apenas a abarcou e ampliou, fornecendo uma estrutura preditiva mais poderosa para explicar as propriedades mensuráveis/observáveis ​​dos seres vivos. Quando a relatividade geral de Einstein surgiu, ela precisava explicar tudo o que a gravidade de Newton fazia, bem como ter sucesso onde a gravidade de Newton falhou: em corretamente prevendo o comportamento orbital de Mercúrio, o que aconteceu.

E, finalmente, esta teoria deve fazer uma novo previsão (que é mais uma vez diferente das velhas teorias) que pode ser testado , e verificados ou refutados. Mais de um é melhor, mas pelo menos um é absolutamente necessário!

Crédito da imagem: Cosmic Times da NASA / Jim Lochner e Barbara Mattson.

Para a relatividade geral, essa foi a previsão da curvatura da luz das estrelas por objetos massivos e densos, proposta em meados da década de 1910 e verificada observacionalmente em 1919. (E muitas vezes desde então).

Então, da próxima vez que você estiver lendo uma história que faz uma afirmação extraordinária, pergunte a si mesmo – criticamente – se a afirmação extraordinária é realmente necessário, ou se a ciência pudesse explicá-lo simplesmente com o que já é conhecido. Porque quase sempre pode.

Crédito da imagem: The Two Micron Sky Survey (2MASS).

O Universo é um lugar incrível, e a ciência não ama nada melhor do que aumentar nossa compreensão de como tudo funciona. Você não pode realmente amar a ciência a menos que entenda o que é, então aprenda a identificar aqueles que substituiriam esse conhecimento por hype e especulação . Como um dos meus amigos (colegas cientistas) disse:

[Como fazer certo será ignorado enquanto fazê-lo direito requer sentar e pensar cuidadosamente por mais de 5 minutos. É melhor colocar mais uma porcaria no seu currículo do que obter a resposta certa (geralmente chata).

Não caia no hype; como qualquer pessoa que viveu isso pode lhe dizer, não há nada mais emocionante do que acertar por si mesmo! Então faça por você, faça pelo bem do mundo e faça por amor à ciência. É a coisa mais recompensadora que qualquer um de nós – pelo bem do conhecimento – pode fazer.

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