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O peso da dúvida no método científico

A revista The New Yorker trouxe um artigo interessante sobre a busca da verdade em pesquisas científicas: The decline effect and the scientific method: newyorker.com.

método científico e a verdadeO articulista mostra alguns exemplos de pesquisas nas quais as conclusões obtidas nos primeiros estágios da investigação perderam força observacional ou estatística com o passar do tempo e com novas pesquisas.

Por exemplo, um antipsicótico de segunda geração que foi usado amplamente para tratar sintomas de esquizofrenia, pois as pesquisas mostravam e as experiências clínicas comprovam um efeito benéfico aos pacientes, parecia que estava perdendo seu poder de atuação. Continuava sendo uma droga boa, mas as evidências de benefícios diminuíram em duas décadas de acompanhamento, sendo comparável aos efeitos das drogas antipsicóticas de primeira geração (que eram muito mais baratas). “É como se os fatos fossem perdendo a verdade: afirmações que eram destaques de livros-textos são repentinamente não prováveis”.

A pergunta que segue é o porque deste fenômeno, mesmo assumindo a completa honestidade por parte dos cientistas. Antes de comentar o restante do artigo, enfatizo que o método científico é usado novamente para mostrar as falhas de procedimento, influência psicológica dos pesquisadores, variáveis aleatórias etc. Em outras palavras, a dúvida é parte importante na investigação com o método científico. Ao contrário das afirmações categóricas e dogmáticas da religião, para dar um contraexemplo.

O outro exemplo que chamou a minha atenção como professor foi o resultado que associava a memória e a fala: havia boas evidências de que o ato de descrever verbalmente o que está na nossa memória, iria aprimorar ainda mais a memória. Acho que posso refrasear o resultado assim: falar o que você quer decorar ajuda a memória. Parece bem intuitivo e os resultados de laboratório davam forte evidências desta correlação: falar e memorizar. Mas o psicólogo Schooler mostrou que indivíduos que viam faces de outras pessoas e as descreviam não conseguiram lembrar tão bem quanto outros indivíduos que apenas olhavam para as faces, mas não as descreviam. Este experimento mostrou que a linguagem na descrição atrapalhou a memória. Schooler chamou este fenômeno de sombra verbal (verbal overshadow).  Esta pesquisa foi replicada várias vezes, mas, estranhamente, ficava cada vez mais difícil garantir que não havia relação entre linguagem e memória. Ou que a relação era em um sentido ou outro. O que se passa. Schooler então começou a investigar fenômeno das variações das evidências nas afirmações de outras pesquisas também.

A conclusão é que há muitos fatores envolvidos em pesquisas muito complexas e ninguém deve se acomodar com resultados anteriores. As pesquisas deste tipo exigem constante averiguação.

Não é o caso da matemática clássica que é dedutiva.  A partir de hipóteses e definições MUITO CLARAS e MINUCIOSAS, pode-se provar teses. A ciência, por outro lado, é indutiva. Pode haver muitas evidências para um resultado, com 95% de confiança por exemplo. Isto não tem a força de um teorema matemático. Os 5% de dúvida são muito importantes para continuar as investigações.

É claro também que uma afirmação científica com muitos dados e muita confiança é melhor do que uma afirmação com poucos ou sem dados. O método científico valoriza a dúvida, mas com razão.

Gödel: auto-suficiente e coerente?

Incompletude

Incompletude

Recebi um presente da Companhia das Letras. O recém traduzido Incompletude – A prova e o paradoxo de Kurt Gödel da escritora Rebecca Goldstein.

Eu tinha a intenção de ler o livro, pequeno com pouco mais de 200 páginas, durante as longas horas que passaria sentado em uma viagem. Não consegui! Mesmo sendo uma biografia, os primeiros capítulos tocam em linhas filosóficas, como positivismo, platonismo, objetivismo, racionalismo etc, e a autora tem a capacidade de fazer sínteses muito provocativas. Com certa freqüência eu parava de ler para filosofar. Precisei de outra viagem (literalmente) para terminar de ler o livro.

O livro não é sobre filosofia nem lógica e sim sobre o Kurt Gödel, um matemático platônico que gostava dos seus fundamentos lógicos. Goldstein relata, com leveza, alguns detelhes da vida de Gödel, as suas complicações, os seus princípios. Não por acaso Gödel esteve rodeado, desde o tempo de Viena até Princeton por ilustres pensadores, matemáticos e físicos. Aliás, desde que chegou a Princeton, Gödel e Einstein conversaram quase diariamente.

Os teoremas que Gödel formulou e provou são apresentados em poucas palavras. Obviamente a autora não reproduz as demonstrações, mas discute em linguagem leiga algumas de suas implicações, no entanto as interpretações e generalizações geram polêmicas. Os capítulos 3 e 4 estão muito bem equilibrados em termos de conteúdo, curiosidades, segmentação em seções etc. Leia e tire suas conclusões.

Um relato simples, mas representativo do livro e de Gödel, é o seguinte.

Gödel voltou a Viena em plena guerra. O nazismo e o caos rondavam a todos e em todo o lugar em 1939. Quando perguntado o que ele tinha visto na viagem à Europa, respondeu: “O café está horrível”.

Não é de se admirar de um lógico que mostrou que um sistema formal não pode ser ao mesmo tempo completo e consistente.

O Incompletude – A prova e o paradoxo de Kurt Gödel levou-me de volta ao clássico Gödel, Escher, Bach: um entrelaçamento de gênios brilhantes.

Leia mais na internet:

LHC: Acelerador de Prótons e Núcleos

O que é o LHC?

Diagrama do LHC

Diagrama do LHC

O LHC (Large Hadron Collider) o grande acelerador de hadrons,  está sendo conhecido como a máquina do Big Bang porque os cientistas querem recriar as condições de temperatura e densidade extremas similares àquelas que existiram logo após o Big Bang. Consiste de um enorme túnel circular  (27 km de circurnferência) subterrâneo (média de 100 metros abaixo solo). O LHC é um dos experimentos do CERN, onde a internet foi inventada! Watch the 3minutes video.

O que o LHC faz?

Acelera prótons ou núcleos atômicos (íons de chumbo), que são partículas com carga elétrica, usando campos elétricos para acelerar e magnéticos para colimar, até a velocidades muito próximas do limite, que é a velocidade da luz. Um feixe vai acelerar e rodar em uma direção no anel e outro vai rodar em direção oposta. Quando os dois feixes de hadrons estiverm “no ponto”, elas entrarão em rota de colisão e BANG.

Um magneto do LHC

Um magneto do LHC

Pra que serve o LHC?

Nos momentos de colisão, as forças elétricas e nucleares devem ser tão intensas que partículas podem ser criadas. Um dos objetivos do LHC é encontrar partículas que ainda não tinham sido observadas. Inclusive uma partícula que os teóricos prevêem que deve existir nestas condições, o bóson de Higgs.

É seguro?

Sim! Só não pode ficar dentro do anel, obviamente.

A imprensa veiculou notícias de que o experimento poderia criar mini buracos negros que poderiam engolir todos nós, ou que haveria uma explosão nuclear sem controle, ou seríamos fritos por raios cósmicos que o LHC criasse etc. Pura histeria!

Por que parou? Parou por que?

O acelerador iniciou a operação de criar, acelerar e colimar um feixe de prótons no dia 10 de Setembro. Foi inaugurado com pompas e tudo, mas um feixe sozinho tinha o objetivo de fazer testes mais precisos e ajustes se necessário. Ele parou por causa de um vazamento de Hélio líquido em um dos magnetos ou imãs  durante alguns testes. Nem feixe havia.  Read the press release.

Os quase dez mil magnetos que geram o campo magnético (veja foto acima de um deles) no interior do anel usam fios super-condutores que devem ser mantidos resfriados a temperatura de Hélio em regimes de super-fluidez, próximo ao zero absluto. A corrente elétrica em um magneto destes chega a 5 TeV. Se os fios do magnetos sairem do regime de super-condutores, eles rapidamente aquecem e a corrente deve ser terminada imediatamente.

Vale a pena?

O LHC envolve milhares de cientistas, levou uns 20 anos para construir e custou mais de dez mil bilhões de dólares. Vale a pena? Os físicos acham que sim pois o custo é uma fração ínfima do PIB mundial e pode trazer alguns dados do Universo em que vivemos e quem sabe entender um pouco mais da matéria escura que o domina.

UPDATE:
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Halos solares e lunares: Fenômenos ópticos na atmosfera

Halo Solar observado da UNICAMP

Halos são arcos de círculos vistos na atmosfera devidos à refração que a luz, vinda do Sol ou da Lua, sofre ao atravessar uma núvem alta e relativamente fina de cristais de gelo. O Sol ou a Lua ficam no centro do círculo.

Obviamente, abaixo dos cristais de gelo, a atmosfera não deve ter outras nuvens, usualmente com baixa umidade.

Estas nuvens ocorrem entre 5 e 10 km de altura.

A abertura angular mais comum do Halo é 22 graus, considerando um cone com o vértice no observador, medida relação ao eixo, que é a direção do Sol ou da Lua.

O fenômeno é belíssimo e ocorre com certa freqüência, mas nem sempre conseguimos ver o círculo completo nem distinguir as cores da refração.

Prisma Hexagonal

É interessante observar que os cristais de gelo tomam a forma de prisma com base hexagonal em várias condições de temperatura, pressão e saturação.

Os cristais podem crescer pelas faces retangulares ou hexagonais. Eles podem ser mais compridos ou não dependendo de vários fatores de crescimento de cristais. See Hexagonal Ice.

Assim, a refração pode ocorrer em qualquer face. Em geral os cristais nas nuvens não têm uma orientação bem definida.

Podemos estudar o que acontece em um cristal. Suponha a seguinte configuração.

Refração em um Hexágono

Refração em um Hexágono

Um raio incide sobre uma face, refrata a passar pelo ponto G e depois refrata novamente ao sair pela outra face. A figura mostra o ângulo de desvio efetivo ε que depende do ângulo de incidência α. É fácil mostrar que este ângulo é no mínimo 22 graus. Para isto usamos um prisma de base triangular, como indicado na figura pelos pontos BLE. Para quem tem curiosidade e quer ver as possibilidades em uma simulação, veja o applet em Java de refração em um hexágono de gelo.

Este ângulo é o que define o ângulo de abertura do halo. Observe que o índice de refração depende efetivamente da cor da luz. Assim uma luz branca se decompõe pelo fenômeno do prisma.

E para completar a explicação, o fato dos cristais não terem direção determinada,  sempre vai ter alguns cristais que permitem fazer a dupla refração na direção do observador. Por isto, o formato circular.

Há vários outros fenômenos envolvendo os cristais de gelo nas nuvens e a luz solar ou lunar. Read 22 Halo, and Snowflake primer. Veja a construção analítica do ângulo de desvio de um prisma. See also refraction of light java applet .

Há muitas possibilidades dos raios luminosos interagirem com as nuvens de cristais de gelo. Os raios podem passar pelas diagonais, passar de uma face a outra paralela e sofrer apenas um desvio mas não um a decomposição de cores, passar pelas bases do cristal que também têm faces paralelas etc. Além da refração, em cada face há uma pequena reflexão ou até uma reflexão total. Por conta disto, fazemos uma simulação, considerando milhares de raios, e milhares de cristais nas mais variadas direções. Os resultado estão na figuras abaixo. Note inclusive a formação de um segundo halo, mais tênue, resultante de cristais nos quais os raios luminosos sofrem uma reflexão interna antes de sair na direção do observador. Este segundo halo tem abertura angular de 44 graus.

Simulação de Halo por cristais de gelo

Simulação de Halo por cristais de gelo

A imagem a seguir mostra a simulação com um pouco menos de cristais de forma a evidenciar a decomposição em cores.

Olhe para o céu de vez em quando. É a coisa mais maravilhosa do mundo. Mas cuidado para não olhar diretamente ao Sol.

Previsões de medalhas nas Olimpíadas

Um estudo de economia desenvolveu uma fórmula para prever a quantidade de medalhas de um país nas Olimpíadas. Grosso modo, os economistas Bernard e Busse levam em conta a população (quanto mais gente mais chances de aparecer super atletas) o PIB (quanto mais recursos mais investimentos nos esportes) e se o país sedia as Olimpíadas ou não.

A previsão [e os números finais] para os três primeiros países (total de medalhas) é a seguinte: UPDATED

Medalhas das Olimpiadas

Medalhas das Olimpíadas

  1. Estados Unidos. 105 [110]
  2. Russia. 92 [72]
  3. China. 81 [100]

Em termos de medalhas de ouro a previsão dá vitória apertada para a China (37) Estados Unidos (36).

UPDATED. A China 51 x 36 Estados Unidos.

Usualmente, os economistas usam as estatísticas e fazem previsões ousadas sem muito fundamento. Faltam poucos dias para terminar as Olimpíadas de Pequim. Veremos se as previsões se confirmam e o quanto acertaram.

Ah sim. O Brasil. Que lugar vai conquistar? A previsão é de chegar em vigésimo lugar, com 11 medalhas no total, das quais 6 de ouro. Tá difícil.

UPDATED. Brasil, total 15, 3 de ouro.

Gravidade das Ondas

Existe uma quantidade enorme de fenômenos descritos por ondas (lineares) que são caracterizadas por seu comprimento (distância entre as cristas), sua velocidade de propagação e por sua amplitude (uma medida do desvio da situação de equilíbrio local). Vivemos imersos em ondas.

As ondas eletromagnéticas de rádio, TV, celular etc estão em qualquer lugar urbano atualmente. Só percebemos a presença destas ondas quando usamos algum aparelho projetado para captar e transformar as informações codificadas nas ondas em algo que nos seja útil ou prazeroso. No caso de um forno de micro-ondas, as ondas eletromagnéticas são usadas para aquecer a água dos alimentos. A luz também é onda eletromagnética. Os raios-X também.

Somos cercados por ondas mecânicas também. As ondas sonoras que captamos com nossos ouvidos, o ultra-som usado na medicina e na navegação, as ondas no mar, as ondas sísmicas, as ondas na atmosfera.

Todas estas ondas propagam energia. Quanto maior a amplitude e ou frequência, maior a energia.

A física e a engenharia dominam razoavelmente bem as ondas de amplitude relativamente pequenas para que o comportamento seja linear.

Não é o caso das ondas em alto mar conhecidas por monstras (freak waves) que podem engolir um navio inteiro.

Freak or Rogue Waves

E isto não é um tsunami que é outro fenômeno.

Uma onda na atmosfera não se percebe normalmente. Mas as oscilações de temperatura, pressão e densidade seguem padrões de ondas também. O vídeo abaixo de 30s resume meia hora de observação privilegiada de uma onda conhecida conhecida por onda de gravidade (isto não é onda gravitacional, que é outro fenômeno):

Faço a conjectura de que o aumento da concentração de gases estufa na atmosfera, por atividades humanas, pode aumentar as amplitudes destas ondas. Em médio prazo pode-se ter também uma oscilação maior das temperaturas locais. Isto implicaria invernos e verões mais rigorosos. Por enquanto é mera conjectura.

A gravidade (severidade) das ondas pode estar na sua amplitude e ou no seu comprimento de onda. Depende das circunstâncias.