1.3: As leis da natureza

Ao longo dos séculos, os cientistas extraíram várias leis científicas de inúmeras observações, hipóteses e experimentos. Essas leis científicas são, em certo sentido, as “regras” do jogo que a natureza joga. Uma descoberta notável sobre a natureza — que está na base de tudo o que você lerá neste texto — é que as mesmas leis se aplicam em todo o universo. As regras que determinam o movimento de estrelas tão distantes que seus olhos não conseguem vê-las são as mesmas leis que determinam o arco de uma bola de beisebol depois que um batedor a acerta para fora do parque.

Observe que sem a existência de tais leis universais, não poderíamos fazer muito progresso na astronomia. Se cada bolso do universo tivesse regras diferentes, teríamos poucas chances de interpretar o que aconteceu em outros “bairros”. Mas a consistência das leis da natureza nos dá um enorme poder de entender objetos distantes sem viajar até eles e aprender as leis locais. Da mesma forma, se cada região de um país tivesse leis completamente diferentes, seria muito difícil realizar o comércio ou mesmo entender o comportamento das pessoas nessas diferentes regiões. Um conjunto consistente de leis, no entanto, nos permite aplicar o que aprendemos ou praticamos em um estado a qualquer outro estado.

Isso não quer dizer que nossos modelos e leis científicas atuais não possam mudar. Novos experimentos e observações podem levar a modelos novos e mais sofisticados — modelos que podem incluir novos fenômenos e leis sobre seu comportamento. A teoria geral da relatividade proposta por Albert Einstein é um exemplo perfeito dessa transformação que ocorreu há cerca de um século; ela nos levou a prever e, eventualmente, a observar uma estranha nova classe de objetos que os astrônomos chamam de buracos negros. Somente o processo paciente de observar a natureza com cada vez mais cuidado e precisão pode demonstrar a validade desses novos modelos científicos.

Um problema importante na descrição de modelos científicos tem a ver com as limitações da linguagem. Quando tentamos descrever fenômenos complexos em termos cotidianos, as palavras em si podem não ser adequadas para fazer o trabalho. Por exemplo, você pode ter ouvido a estrutura do átomo comparada a um sistema solar em miniatura. Embora alguns aspectos do nosso modelo moderno do átomo nos lembrem das órbitas planetárias, muitos outros aspectos são fundamentalmente diferentes.

Esse problema é a razão pela qual os cientistas geralmente preferem descrever seus modelos usando equações em vez de palavras. Neste livro, que foi desenvolvido para introduzir o campo da astronomia, usamos principalmente palavras para discutir o que os cientistas aprenderam. Evitamos matemática complexa, mas se este curso despertar seu interesse e você continuar na ciência, mais e mais estudos envolverão a linguagem precisa da matemática.