1.2: A natureza da ciência

O juiz supremo da ciência é sempre o que a própria natureza revela com base em observações, experimentos, modelos e testes. A ciência não é meramente um conjunto de conhecimento, mas um método pelo qual tentamos entender a natureza e como ela se comporta. Esse método começa com muitas observações ao longo de um período de tempo. A partir das tendências encontradas por meio de observações, os cientistas podem modelar os fenômenos específicos que queremos entender. Esses modelos são sempre aproximações da natureza, sujeitos a testes adicionais.

Como um exemplo astronômico concreto, astrônomos antigos construíram um modelo (parcialmente a partir de observações e parcialmente de crenças filosóficas) de que a Terra era o centro do universo e tudo se movia ao redor dela em órbitas circulares. No início, nossas observações disponíveis do Sol, da Lua e dos planetas se encaixavam nesse modelo; no entanto, após observações adicionais, o modelo teve que ser atualizado adicionando círculo após círculo para representar os movimentos dos planetas ao redor da Terra no centro. Com o passar dos séculos e com o desenvolvimento de instrumentos aprimorados para rastrear objetos no céu, o modelo antigo (mesmo com um grande número de círculos) não conseguia mais explicar todos os fatos observados. Como veremos no capítulo Observando o Céu: O Nascimento da Astronomia, um novo modelo, com o Sol no centro, se encaixa melhor na evidência experimental. Depois de um período de luta filosófica, ela se tornou aceita como nossa visão do universo.

Quando são propostos pela primeira vez, novos modelos ou ideias às vezes são chamados de hipóteses. Você pode pensar que não pode haver novas hipóteses em uma ciência como a astronomia — de que tudo o que é importante já foi aprendido. Nada poderia estar mais longe da verdade. Ao longo deste livro didático, você encontrará discussões sobre hipóteses recentes e, ocasionalmente, ainda controversas em astronomia. Por exemplo, a importância que os enormes pedaços de rocha e gelo que atingem a Terra têm para a vida na própria Terra ainda é debatida. E embora a evidência seja forte de que grandes quantidades de “energia escura” invisível compõem a maior parte do universo, os cientistas não têm uma explicação convincente para o que a energia escura realmente é. Resolver esses problemas exigirá observações difíceis feitas na vanguarda de nossa tecnologia, e todas essas hipóteses precisam de mais testes antes de incorporá-las totalmente aos nossos modelos astronômicos padrão.

Esse último ponto é crucial: uma hipótese deve ser uma explicação proposta que possa ser testada. A abordagem mais direta para esses testes na ciência é realizar um experimento. Se o experimento for conduzido adequadamente, seus resultados concordarão com as previsões da hipótese ou a contradizerão. Se o resultado experimental for realmente inconsistente com a hipótese, um cientista deve descartar a hipótese e tentar desenvolver uma alternativa. Se o resultado experimental concordar com as previsões, isso não prova necessariamente que a hipótese está absolutamente correta; talvez experimentos posteriores contradizem partes cruciais da hipótese. Mas, quanto mais experimentos concordarem com a hipótese, maior a probabilidade de aceitarmos a hipótese como uma descrição útil da natureza.

Uma maneira de pensar sobre isso é considerar um cientista que nasceu e vive em uma ilha onde vivem apenas ovelhas negras. Dia após dia, o cientista encontra apenas ovelhas negras, então ele ou ela supõe que todas as ovelhas são negras. Embora cada ovelha observada acrescente confiança à hipótese, o cientista só precisa visitar o continente e observar uma ovelha branca para provar que a hipótese está errada.

Ao ler sobre experimentos, você provavelmente tem uma imagem mental de um cientista em um laboratório realizando testes ou fazendo medições cuidadosas. Esse é certamente o caso de um biólogo ou químico, mas o que os astrônomos podem fazer quando nosso laboratório é o universo? É impossível colocar um grupo de estrelas em um tubo de ensaio ou encomendar outro cometa a uma empresa de suprimentos científicos.

Como resultado, a astronomia às vezes é chamada de ciência observacional; geralmente fazemos nossos testes observando muitas amostras do tipo de objeto que queremos estudar e observando cuidadosamente como as diferentes amostras variam. Novos instrumentos e tecnologias podem nos permitir observar objetos astronômicos a partir de novas perspectivas e com mais detalhes. Nossas hipóteses são então julgadas à luz dessas novas informações e são aprovadas ou fracassadas da mesma forma que avaliaríamos o resultado de um experimento de laboratório.

Grande parte da astronomia também é uma ciência histórica, o que significa que o que observamos já aconteceu no universo e não podemos fazer nada para mudá-lo. Da mesma forma, um geólogo não pode alterar o que aconteceu com nosso planeta, e um paleontólogo não pode trazer um animal antigo de volta à vida. Embora isso possa tornar a astronomia desafiadora, também nos dá oportunidades fascinantes de descobrir os segredos do nosso passado cósmico.

Você pode comparar um astrônomo a um detetive tentando resolver um crime ocorrido antes de o detetive chegar ao local. Há muitas evidências, mas tanto o detetive quanto o cientista devem examinar e organizar as evidências para testar várias hipóteses sobre o que realmente aconteceu. E há outra forma pela qual o cientista é como um detetive: ambos devem provar seu caso. O detetive deve convencer o promotor público, o juiz e talvez, em última análise, o júri de que sua hipótese está correta. Da mesma forma, a cientista deve convencer colegas, editores de periódicos e, finalmente, uma ampla variedade de outros cientistas de que sua hipótese está provisoriamente correta. Em ambos os casos, só se pode pedir evidências “além de qualquer dúvida razoável”. E, às vezes, novas evidências forçam o detetive e o cientista a revisar sua última hipótese.

Esse aspecto autocorretivo da ciência a diferencia da maioria das atividades humanas. Os cientistas passam muito tempo questionando e desafiando uns aos outros, e é por isso que os pedidos de financiamento de projetos — bem como relatórios para publicação em revistas acadêmicas — passam por um extenso processo de revisão por pares, que é um exame cuidadoso por outros cientistas da mesma área. Na ciência (após educação e treinamento formais), todos são incentivados a aprimorar os experimentos e a desafiar toda e qualquer hipótese. Novos cientistas sabem que uma das melhores maneiras de avançar em suas carreiras é encontrar uma fraqueza em nossa compreensão atual de algo e corrigi-la com uma hipótese nova ou modificada.

Essa é uma das razões pelas quais a ciência fez um progresso tão dramático. Hoje, um graduado em ciências sabe mais sobre ciências e fez matemática do que Sir Isaac Newton, um dos cientistas mais renomados que já existiram. Mesmo neste curso introdutório de astronomia, você aprenderá sobre objetos e processos que ninguém, algumas gerações atrás, sequer sonhou que existissem.