Críticas ao Positivismo na Ciência Física (por Weinberg)

‘Em sua caçada à teoria final os físicos parecem mais cães do que falcões… aprendendo a farejar no chão traços da beleza – que esperam nas leis naturais…mas não parecem capazes de achar o caminho da verdade…pelas práticas filosóficas’.

Hoje, o valor da filosofia para a física me parece próximo ao valor dos primeiros ‘Estados-Nação’, cujo principal objetivo — era o de proteger seus povos de outros ‘Estados-Nação’. O ‘insight’ dos filósofos tem… ocasionalmente… beneficiado os físicos, mas geralmente de modo negativo, para protegê-los do “preconceito” de outros filósofos.

Não desejo teorizar aqui…dizendo que a física é mais bem trabalhada sem ‘esteriótipos. Em dado momento, há tantas coisas que podem ser feitas, tantos princípios desafiados, que…sem qualquer orientação de nossas preconcepções…não poderíamos fazer nada… Mas, geralmente, os “princípios filosóficos” não têm fornecido os paradigmas corretos.

a ‘incompreensível ineficácia’ da prática filosófica

Os físicos, certamente, carregam consigo uma filosofia de trabalho. Para a maioria de nós, é um ‘realismo pragmático’, uma crença na realidade objetiva dos ingredientes de nossas teorias científicas… Mas, aprendemos isso por meio da experiência na pesquisa científica; raramente, pelo ensino dos filósofos.

Não desejo negar o valor da filosofia – muito do qual, nada tem a ver com a ciência. Não desejo, nem mesmo negar o valor da filosofia da ciência; que, no que ela tem de melhor, me parece uma ‘ilustração da história das descobertas científicas’ … Mas, não devemos esperar que a filosofia forneça aos cientistas de hoje uma orientação efetiva, sobre como conduzir seus trabalhos, ou sobre o que eles poderão encontrar.

http://www.amazon.com/Theory-Science-Introduction-History-Philosophy/dp/0070226806

E, devo admitir que isso é compreendido por muitos dos próprios filósofos. Como exemplos…Depois de examinar   3 décadas de trabalhos em filosofia da ciência, o filósofo G. Gale alega que “essas discussões, quase indecifráveis, tendendo para a “escolástica” … — poderiam interessar somente um pequeno número de cientistas praticantes”.

Já Wittgenstein… observa que  nada me parece menos provável que um cientista…ou matemático, lendo meus trabalhos, seja influenciado em seu modo de trabalhar”.

Isso não é meramente uma questão de preguiça intelectual dos cientistas. É desagradável interromper o trabalho para aprender uma nova disciplina – mas, os cientistas o fazem, quando necessário… Einstein com a geometria não-euclidiana é um ótimo exemplo… além das várias interrupções que fazemos para aprender… de ‘topologia diferencial’, ao ‘DOS da Microsoft’.

Digo que o conhecimento de filosofia não parece ser útil aos físicos, exceto o                       trabalho de alguns filósofos … – que nos ajudam a evitar os erros de outros.

Para ser justo, devo admitir minhas limitações ao fazer esse julgamento. Após alguns poucos anos de fascínio pela filosofia, como estudante de graduação, desencantei-me.       As percepções dos filósofos que eu estudava me pareciam inconsequentes e obscuras, quando comparadas com o sucesso fascinante da física e da matemática. Desde então,       de tempos em tempos … tenho tentado ler trabalhos atuais sobre filosofia da ciência.

http://coraifeartaigh.wordpress.com/2011/02/13/the-philosophy-of-paul-feyerabend/

Verifiquei em alguns deles um jargão tão impenetrável, que só consigo conceber que tenham sido escritos para impressionar aqueles que confundem obscuridade com profundidade…. Algumas das leituras eram boas…e até instigantes — como as obras de Wittgenstein, e de Paul Feyerabend; mas só raramente pareciam-me ter algo a ver com o trabalho da ciência que eu conheço.

Segundo Feyerabend, a noção de explicação científica, desenvolvida por alguns ‘filósofos da ciência’… – é tão estreita, que fica impossível falar de uma teoria sendo explicada por outra…

Essa perspectiva deixaria minha geração de ‘físicos de partículas’ de mãos abanando … sem nada para fazer.

Para o leitor comum (especialmente se este for um filósofo profissional)… – pode parecer que um cientista como eu — fora de sintonia com a “filosofia da ciência” — deveria passar discretamente pelo assunto e deixá-lo para especialistas. Sei como filósofos se sentem em relação a tentativas de cientistas enquanto filósofos amadores… entretanto, não pretendo fazer aqui o papel de filósofo — mas, ao contrário, o de um sujeito (cientista incorrigível) que não encontra apoio na filosofia profissional.

E, não estou sozinho nisso…Não conheço ninguém, que tenha participado ativamente dos avanços da física no período do pós-guerra cuja pesquisa tenha sido… – significativamente… – auxiliada pelo trabalho de filósofos.

Já abordei o problema, que Wigner chama de “eficácia incompreensível” da  matemática. – Apresento aqui (e agora)…outro fenômeno igualmente intrigante ============>>  ‘a incompreensível ineficácia da filosofia’.

a  ‘venerável’  doutrina do mecanicismo

Mesmo quando foram úteis aos cientistas no passado – em geral … as doutrinas filosóficas permaneceram vivas tempo demais, tornando-se mais prejudiciais do que úteis. Tomemos, por exemplo… a doutrina do ‘mecanicismo a ideia de que a natureza opera através de empurrões e puxões de partículas materiais, ou fluidos (Descartes)… – No ‘mundo antigo’, nenhuma doutrina poderia ter sido mais progressista.

Desde que Demócrito Leucipo (filósofos pré-socráticos) começaram a especular sobre átomos, a ideia de que fenômenos naturais têm causas mecânicas se colocou em oposição à crença popular em deuses e demônios… Epicuro, líder grego…trouxe uma visão mecânica global para sua doutrina… como antídoto específico contra a crença nos ‘deuses olímpicos’.

Quando René Descartes iniciou, em 1630, sua grande tentativa de entender o mundo em termos racionais, era natural que forças físicas, como a gravitação, fossem descritas na forma mecanicista… – de ‘vórtices‘ em materiais fluidos preenchendo todo espaço.

A “filosofia mecânica” de Descartes teve influência poderosa sobre Newton…não porque estivesse ‘certa’… (o filósofo não parecia ter a ideia moderna de testar quantitativamente suas teorias) — mas   sim… porque isso dava um exemplo do    tipo de ‘teoria mecânica‘ que poderia fazer sentido — quando extraída da natureza.

O “mecanicismo alcançou seu ápice no século XIX — com brilhantes explicações em termos atômicos sobre química e calor. Mas hoje… ele é considerado por muitos meramente uma oposição lógica à superstição, porém – na história do pensamento…sua visão teve um ‘papel heroico’.

Mas, este é exatamente o problema!… Na ciência… como na política…ou economia, somos ameaçados por ‘ideias heroicas‘ que sobreviveram à sua utilidade. – O passado heroico do mecanicismo deu-lhe tal prestígio que os seguidores de Descartes tiveram problemas para aceitar a teoria de Newton sobre o sistema solar… – Como poderia um “bom cartesiano”… achando que, todos fenômenos naturais podem se resumir a impactos de corpos materiais ou fluidos sobre outros corpos – aceitar a ‘visão de Newton‘ de que o Sol exerce uma força sobre a Terra – através de 150 milhões de Kms de espaço vazio?

Somente após a metade do século XVIII, os filósofos europeus começaram a se familiarizar com a ideia de ‘ação à distância‘. Foi a partir de 1720, que as ideias de Newton começaram a prevalecer na Europa… (Inglaterra, Holanda, Itália, França e Alemanha… nesta ordem).

É bem verdade que isto ocorreu graças à influência de filósofos como Kant e Voltaire… – Porém… outra vez a filosofia prestou um serviço negativo – apenas ajudou a libertar a ciência das restrições dela própria … ‘filosofia’.

Mesmo depois do triunfo da doutrina de Newton… a “tradição mecanicista” continuou a florescer na física. As teorias de campos elétrico e magnético, desenvolvidas no século XIX por Faraday e Maxwell, apoiavam-se sobre uma base mecânica…em termos de “tensões de um meio físico permeável”… – geralmente chamado de éter… – Decerto… os físicos do século XIX não estavam agindo como tolos… todos eles precisavam de algum tipo de visão de mundo hipotética para obter progressos, e a visão mecanicista parecia um caminho tão bom quanto qualquer outro… – (Mas, ela viveu demais…)

A ‘teoria eletromagnética‘ desviou-se de vez do ‘mecanicismo‘ em 1905… quando a ‘relatividade especial’ de Einstein baniu o éter… substituído pelo espaço vazio, na função de meio que carrega impulsos eletromagnéticos. Mas, a visão mecanicista, nessa mesma época, ainda sobrevivia… – graças às gerações mais conservadoras de físicos.

mecanicismo

O mecanicismo também foi propagado além das fronteiras da ciência … e ali sobreviveu, de modo a dar mais trabalho aos cientistas… posteriormente. No século XIX — por exemplo…a heroica tradição do ‘mecanicismo’…se incorporou ao materialismo dialético de Marx, Engels…e seus seguidores…

Lênin…em 1908 — no exílio — escreveu um livro bombástico sobre o materialismo, e embora para ele — fosse apenas um meio de atacar ideologias, trechos soltos de seus comentários…se tornaram sagrados por seus seguidores – bloqueando, por algum tempo a aceitação da “relatividade geral” na URSS.

teoria quântica de campos‘                          

Nada na história da ciência é simples. Ainda que, após Einstein não houvesse mais lugar na pesquisa séria em física para a antiga e ingênua visão mecanicista…alguns elementos dessa visão permaneceram na física na primeira metade do século XX… Como exemplo,   os campos elétrico, magnético e gravitacional…produzidos por partículas… e exercendo forças sobre as mesmas.

Então, em 1929, os físicos começaram a se dirigir para uma visão mais unificada. Heinsenberg e Pauli descreveram as partículas e forças como…manifestações                 de um nível mais profundo da realidade… os campos quânticosmecânica quântica… já há alguns anos aplicada aos campos elétricos e magnéticos, havia             sido usada para justificar a ideia de Einstein quanto às partículas de luz (fótons).

Heinsenberg e Pauli supunham que, não somente fótons, mas todas partículas seriam pacotes de energia em campos diversos. Nessa ‘teoria quântica de campos’, elétrons são “pacotes de energia” do ‘campo do elétron’; neutrinos …”pacotes de energia” do ‘campo do neutrino’… e etc. No entanto, apesar dessa síntese formidável, muitos trabalhos sobre fótons e elétrons, nos anos 30/40, se estabeleceram no velho contexto da eletrodinâmica quântica, no qual fótons eram vistos como pacotes de energia do campo eletromagnético, mas elétrons eram considerados meras ‘partículas de matéria’.

No que se refere a elétrons e fótons … os resultados são os mesmos que os da teoria quântica de campos…E esta, nos anos 50 se tornou quase que universalmente aceita como o ‘quadro de trabalho‘ mais adequado para a física fundamental… Na receita dos físicos para o mundo, a lista de ingredientes  não incluía mais partículas… – somente alguns poucos tipos de campos.

http://www.openculture.com/2012/01/the_richard_feynman_film_trilogy.html

Partindo daí, podemos extrair a conclusão de ser arriscado supor que … os termos nos quais a futura ‘teoria final será formulada possam ser conhecidos de antemão.

Richard Feynmancerta vez, queixou-se que jornalistas perguntam sobre “teorias futuras” em termos da ‘última partícula’ de matéria… – ou, sobre a ‘unificação final’ de todas forças – apesar de não termos ideia alguma se, de fato tais questões são pertinentes.

Parece difícil que a antiga visão mecanicista seja reestruturada – ou…que retornemos ao dualismo de partículas e campos. Mas, mesmo a teoria quântica de campos não é segura. Há dificuldades para se trazer a gravitação para dentro de sua estrutura.

a metafísica kantiana e a teoria do ‘Big-Bang’                                                           ‘Não temos condições de conhecer as perguntas corretas…                                                 enquanto não tivermos prestes a conhecer suas respostas’.

Embora o mecanicismo pareça estar seguramente ultrapassado, outras pressuposições metafísicas continuam a perturbar os físicos, particularmente, aquelas relacionadas ao espaço e tempo. A duração no tempo é a única coisa que podemos medir (ainda que de modo imperfeito) somente pelo pensamento – sem a necessidade de nossos sentidos… portanto, é natural imaginar que possamos aprender algo sobre a ‘dimensão do tempo’, apenas com o auxílio da razão pura.

Kant nos ensinou que o espaço e o tempo não são partes da realidade externa… mas sim, pelo contrário, estruturas preexistentes em nossas mentes, que nos permitem relacionar eventos e objetos. Para um kantiano, portanto, o mais chocante a respeito das teorias de Einstein era que estas reduziam espaço e tempo… à condição de ‘aspectos ordinários’ do universo físico… passíveis de ser afetados pelo movimento (na ‘relatividade especial’) ou pela gravitação (na ‘relatividade geral’).

Mesmo agora…quase um século depois do advento da relatividade especial, alguns físicos ainda pensam que existem coisas que podem ser ditas sobre o espaço e o tempo com base no pensamento puro…Essa metafísica vem à tona… especialmente, em discussões sobre a origem do universo… – De acordo com a teoria padrão do Big-Bang, o universo foi criado com temperatura e densidade infinitas, há 13,8 bilhões de anos atrás…E, invariavelmente, em discussões, alguém argumenta que a ideia de um começo é absurda…e, deve haver um momento anterior ao início do Big-Bang… 

É verdade que, em nossa experiência comum, por mais frio que esteja é sempre possível ficar ainda mais frio… – mas…existe algo como o zero absoluto. O motivo pelo qual não podemos alcançar temperaturas abaixo disso, não é porque não somos suficientemente capazes, mas, apenas porque, temperaturas abaixo do zero absoluto não fazem sentido.

Stephen Hawking forneceu-nos uma analogia que talvez explique melhor…“faz sentido perguntar qual é o norte de Cambridge, ou de qualquer outra cidade… – mas não… qual é o norte do Pólo Norte”.

(Santo Agostinho lidou de forma notável com esse problema, em suas ‘Confissões’, tendo chegado à conclusão que é errado perguntar o que existia antes de Deus criar o universo, porque Deus, que é atemporal,     criou o tempo juntamente com o universo.)

multiverso

Andre Linde e outros cosmólogos apresentaram … — recentemente, plausíveis teorias, que descrevem a expansão do universo como uma ‘bolha num eterno hiper -universo’ – no qual tais bolhas sempre estão surgindo e gerando novas bolhas.

Devo reconhecer que, de fato, não sabemos se o universo começou realmente em um certo tempo passado…pois é impossível, com base no pensamento puro, afirmar que o universo possui alguma idade finita. – Só faz sentido falar sobre qualquer tempo mais próximo do ‘Big-Bang’… – como algo em torno de 1 milionésimo de trilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo.

Em nossa vida quotidiana…mal conseguimos notar intervalos de tempo de 1 centésimo de segundo – portanto, as certezas intuitivas sobre a natureza do tempo e espaço…que obtemos a partir de nossa experiência diária, não são tão válidas – para que possamos teorizar sobre a origem do universo.

a ‘traiçoeira’ doutrina epistemológica do ‘positivismo’                                               Tornou-se — lugar-comum — entre historiadores da ciência…                                           afirmar que a observação nunca pode ser separada da teoria.

A doutrina epistemológica do positivismo (em algumas versões do ‘positivismo logico’) exige, não somente que a ciência deva, em última análise, testar suas teorias apenas por meios observacionais (o que é altamente duvidoso)… mas também, que cada aspecto de nossas teorias deva sempre se referir a quantidades observáveis.

Em outras palavras, embora teorias físicas possam envolver aspectos que nunca foram estudados observacionalmente, e mesmo que fosse muito dispendioso estudá-los neste ano, ou no próximo, seria inadmissível para as nossas teorias lidar com elementos que,     em princípio, jamais pudessem ser observados.

A figura na ‘física’ mais frequentemente  associada ao positivismo é Ernst Mach, físico e filósofo…do final do século XIX, para quem o positivismo era ‘antídoto‘ para a metafísica de Immanuel Kant.

O artigo de Einstein sobre relatividade especial de 1905, cheio de observadores medindo tempo e distância com réguas, relógios, e raios de luz…já demonstrava a influência óbvia de Mach.

O ‘positivismo‘, com efeito…ajudou Einstein a se libertar da noção de um sentido absoluto na ‘simultaneidade‘ entre 2 eventos… – ao constatar…que nenhuma medida poderia gerar ‘critério de simultaneidade’… fornecendo os mesmos resultados a todos observadores (a apreensão com o ‘observado’ constitui a essência do positivismo).

Einstein reconheceu seu débito a Mach… numa carta que lhe                      escreveu, nela se autodenominando…“seu devoto estudante.

Depois da 1ª Guerra Mundial, o positivismo foi desenvolvido por Rudolf Carnap, e por membros de filosofia do Círculo de Viena, que objetivavam uma reconstrução da ciência ao longo de linhas filosoficamente satisfatórias – obtendo sucesso, ao eliminar muito do lixo metafísico… Além disso, o positivismo também desempenhou um importante papel     no nascimento da ‘mecânica quântica‘. O 1º grande artigo de Heisenberg sobre ela,  em 1925, começa com a observação de que:

“É do conhecimento geral que as regras formais usadas para os cálculos de quantidades observáveis (teoria quântica de Bohr, 1913) tais como a energia do átomo de hidrogênio, podem ser seriamente criticadas pelo fato de conter como elementos básicos relações entre quantidades que são…a princípio, não observáveis… como, por exemplo, posição, e velocidade de revolução do elétron.”

No espírito do positivismo…Heinsenberg admitia – na sua versão da mecânica quântica, somente elementos observáveis, tais como a probabilidade do átomo, espontaneamente, fazer uma transição de um estado para outro – emitindo um quantum de radiação.

O ‘princípio de incerteza um dos fundamentos da interpretação probabilística da mecânica quântica, é baseado na análise positivista de Heinsenberg sobre as limitações quando queremos observar simultaneamente, a posição e o momento de uma partícula.

Porém, apesar de seu valor para Einstein e Heisenberg, o positivismo tem feito tanto mal quanto bem…Ao contrário da ‘visão mecanicista’, o positivismo tem preservado sua aura heroica, e sobrevive para fazer estragos no futuro – tendo estado, por exemplo… na base da oposição à teoria atômica na virada do século XX.

positivismo e teoria atômica

O século XIX foi testemunha de um notável apuramento das antigas ideias de Demócrito e Leucipo – da matéria composta por átomos… e a teoria atômica foi usada por Dalton, Avogrado e seguidores pra dar sentido às regras da química, propriedades dos gases, e natureza do calor.

A ‘teoria atômica’ se tornou assim…parte da linguagem diária dos físicos e químicos. Os positivistas seguidores de Mach, contudo…viam isso como um afastamento do procedimento correto da ciência pois esses átomos não eram observados de nenhum modo…até então possível.

Os positivistas decretaram então que os cientistas deveriam se preocupar em notificar os resultados das observações… – como, por exemplo, que são necessários 2 volumes de hidrogênio, combinados com 1 volume de oxigênio para se criar vapor d’água…mas não deveriam se preocupar com especulações metafísicas sobre como isso acontece…pois não era possível observar átomos e moléculas individuais.

A resistência ao atomismo teve um efeito particularmente desastroso ao retardar a aceitação da mecânica estatística – a teoria reducionista que interpreta o calor             em termos de distribuições estatísticas das energias das partes de um sistema. – O desenvolvimento dessa teoria…por meio dos trabalhos de Maxwell, Boltzmann,   Gibbs…e outros — um dos triunfos da ciência do século XIX — foi rejeitado pelos positivistas.

‘positivismo’, raios catódicos (& elétrons)

O positivismo foi prejudicial de outras maneiras menos conhecidas. Existe uma famosa experiência feita em 1897…por J. J. Thomson (sucessor de Maxwell e Rayleigh como professor sênior na Universidade de Cambridge) considerada a ‘descoberta do elétron’.

Os tubos de imagem das televisões modernas não são nada mais do que tubos de raios catódicos, onde a intensidade dos raios é controlada pelos sinais enviados pelas estações de televisão.

Os tubos de imagem das televisões modernas não são nada mais do que tubos de raios catódicos, onde a intensidade dos raios é controlada pelos sinais enviados pelas estações de televisão.

Por algum tempo, os cientistas ficaram intrigados com o misterioso fenômeno de emissão dos ‘raios catódicos‘…quando uma placa de metal, num tubo de vácuo … é conectada a um terminal negativo de potente ‘bateria elétrica’… esses raios indicam sua presença…por pontos luminosos… — ao se chocarem com o outro extremo do tubo.

Inicialmente, ao serem descobertos, no século XIX, ninguém conhecia os ‘raios catódicos’. — Thomson então…mediu a maneira como estes raios se desviavam sob a ação dos campos… – magnético e elétrico… – durante sua passagem pelo ‘tubo de vácuo’.

Ele chegou à conclusão que o desvio desses raios era consistente com a hipótese deles   serem constituídos por ‘partículas’ carregadas com uma quantidade bem definida de ‘massa e ‘carga elétrica‘… – sempre com igual razão entre massa e carga.

Como a massa dessas partículas mostrou ser muito menor do que as massas dos átomos, Thomson concluiu que essas partículas eram constituintes fundamentais dos átomos… e portadoras de carga elétrica em todas as correntes de eletricidade – em fios e átomos, assim como nos tubos de raios catódicos… – Por isso Thomson passou a ser considerado pelos historiadores — como o descobridor de uma nova forma de matéria, uma partícula para a qual escolheu um nome já bem conhecido na ‘teoria da eletrólise’… – elétron.

A mesma experiência foi realizada em Berlim, na mesma época…por Walter Kaufmann. A principal diferença entre as 2 experiências é que a de Kaufmann era melhor. Ele chegou a um resultado para a razão entre a carga e a massa do elétron que, como sabemos hoje, é mais preciso que o de Thomson. Contudo, Kaufmann nunca é listado como o descobridor do elétron, pois não acreditava ter descoberto uma nova partícula.

Thomson estava trabalhando dentro de uma tradição inglesa que remontava a Newton, Dalton e Prout… — uma tradição de especulação sobre o átomo … e seus constituintes. Kaufmann porém, sendo ‘positivista’… não acreditava que os físicos devessem especular sobre coisas que não podiam observar… Assim, Kaufmann não comunicou a descoberta   de um novo tipo de partícula, mas que havia algo fluindo nos raios catódicos, e que isso tinha certa razão entre carga elétrica e massa.

A moral dessa história não é meramente que o positivismo tenha sido ruim para a carreira de Kaufmann…Thomson, na crença de ter descoberto uma ‘partícula fundamental’, foi em frente, realizando outros experimentos para explorar suas propriedades. Achou evidências de partículas com a mesma razão entre massa e carga elétrica, emitidas por radioatividade e por metais aquecidos, e executou uma medição da carga do elétron. – Tal medição…juntamente com a da razão entre carga e massa … forneceu o valor à massa do elétron.

Foi a soma de todas essas experiências…que realmente validou a alegação de Thomson de ter descoberto o elétron – mas ele, provavelmente, nunca teria realizado tais experimentos… se não tivesse imbuído da ideia de uma ‘partícula’ que… – (em seu tempo) – não podia ser observada diretamente.

Ao reexaminarmos o ‘positivismo’ de Kaufmann, em sua oposição ao ‘atomismo’…ele nos parece não só restrito mas também ingênuo. Afinal, o que significa observar algo?… – Em um sentido estrito… – Kaufmann nem mesmo observou a deflexão dos raios catódicos em relação a um dado ‘campo magnético’…ele apenas mediu a posição de determinado ponto luminoso no extremo final de um ‘tubo de vácuo’; quando fios eram enrolados certo nº de vezes ao redor de um pedaço de ferro, ao lado do tubo…e conectado numa bateria elétrica. Ele interpretou o teste, em termos teóricos, para trajetórias de raios e campos magnéticos.

Estritamente falando, nem mesmo isso ele fez — Kaufmann apenas experimentou certas sensações visuais e táteis…que interpretou em         termos de pontos luminosos, fios e baterias.

A rendição final dos anti-atomistas é geralmente considerada como sendo esta afirmação do químico Wilhelm Ostwald, na edição de 1908 do seu ‘Panorama da Química Geral’… “Agora, estou convencido de que, recentemente…descobrimos evidências experimentais da natureza discreta e granular da matéria, que a hipótese atômica buscou em vão por centenas e milhares de anos.”

caos-browniano

As experiências que Ostwald cita — consistem em medidas de impactos moleculares no dito…movimento browniano‘ — de micropartículas suspensas em líquidos, juntamente com medidas de Thomson da carga do elétron.

Mas, se entendermos o quanto todas informações experimentais… – estão dependentes da teoria…  —  torna-se assim evidente que, todo sucesso da teoria atômica — tanto na mecânica estatística…quanto na química — já tinha se constituído, no século XIX, por uma observação de átomos.

‘positivismo’ e a ‘relatividade’

O próprio Heisenberg lembra que Einstein tinha reservas quanto ao positivismo de sua abordagem inicial da relatividade. – Numa palestra em 1974, Heisenberg comenta uma conversa que teve com Einstein em Berlim, 1926:

‘Comentei [com Einstein] que não podemos de fato, observar tal trajetória (do elétron num átomo) – o que realmente documentamos são frequências de luz irradiadas pelo átomo, intensidades e probabilidades de transições, mas nenhuma trajetória real.  E, sendo racional introduzir na teoria somente quantidades que possam ser observadas diretamente, o conceito de trajetória de elétrons não deveria nem aparecer na teoria. Para minha surpresa…Einstein não ficou satisfeito com esse argumento…Ele achava       que toda teoria continha, de fato, quantidades não-observáveis. E, que o princípio de empregar apenas quantidades observáveis, simplesmente não pode ser obedecido de forma consistente. – Quando então, contestei dizendo que estava aplicando o tipo de filosofia que ele próprio tinha como base na ‘relatividade especial’…ele respondeu’…

 “Talvez tenha utilizado tal filosofia antes… – mas é sem sentido… mesmo assim.”

Apesar da vitória do atomismo… e da deserção de Einstein… o tema do positivismo continuou a surgir, de tempos em tempos, na física do século XX. A obstinação dos positivistas com elementos observáveis, como posições ou momento das partículas, colocou-se no caminho de uma “interpretação realista” da mecânica quântica — na         qual a função de onda é a representação da realidade física.

‘problema dos infinitos’…’teoria quântica de campos’…e ‘teoria dos quarks’

Em 1930…o físico Robert Oppenheimer observou que a teoria dos fótons e elétrons, também conhecida como ‘eletrodinâmica quântica, levava a resultados absurdos — a emissão e absorção de fótons pelo elétron num átomo daria ao átomo uma energia infinita. O problema dos infinitos preocupou os teóricos nos anos 30/40… levando a supor que a eletrodinâmica quântica se tornava, simplesmente, ‘não-aplicável para elétrons e fótons de altas energias.

Muita dessa angústia quântica era permeada por um senso de culpa positivista… Alguns teóricos temiam que, ao falar em valores de campos elétricos e magnéticos – num ponto ocupado por elétrons…estariam “cometendo o pecado” de introduzir na física elementos que — a princípio… não poderiam ser observados… — O que não deixa de ser verdade… mas, a preocupação com o assunto nada fez além de retardar a descoberta da solução real do problema dos infinitos; ou seja… que os infinitos se cancelam quando se define cuidadosamente a massa, e a carga do elétron.

O positivismo, liderado por Geoffrey Chew…na década de 1960… em Berkeley, também atacou a ‘teoria quântica de campos’… por não aceitar a “matriz espalhamento“, uma tabela que fornece as probabilidades de ocorrência de todos os resultados possíveis para uma colisão de um número qualquer de partículas.

Sua teoria retoma o trabalho de Heinsenberg e John Wheeler, dos anos 30 e 40, mas Chew e seus colegas de trabalho estavam usando novas ideias para calcular a matriz sem introduzir elementos não-observáveis, tais como campos quânticos… – Essa tentativa falhou afinal…porque – em parte, é muito difícil calcular uma matriz dessa forma – mas, sobretudo… porque o rumo para o estudo das forças nucleares (fraca & forte) se apoiava na ‘teoria quântica de campos‘… – que Chew estava tentando abandonar.

http://timerime.com/es/evento/1494555/Teora+de+los+hadrones/

En 1963, los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron la teoría de que los hadrones son en realidad combinaciones de otras partículas elementales llamadas quarks, cuyas interacciones son transmitidas por gluones, la partícula responsable de la interaccion fuerte, y que consigue unir a los quarks para formar las partículas ya comentadas.

Mas…o maior abandono dos princípios positivistas… ocorreu na elaboração da ‘teoria dos quarks’. No início da década de 1960, Murray Gell-Mann e George Zweig, independentemente, tentaram diminuir a enorme ‘complexidade’…da ‘fauna‘ de partículas então conhecidas.

Propuseram assim … que quase todas seriam compostas – por umas poucas partículas simples (mais elementares), que Gell-Mann denominou…quarks‘.

A princípio, não pareceu que essa ideia estivesse fora da…”linha de raciocínio” utilizado pelos físicos. Era afinal, mais um passo na tradição — que se iniciou com Leucipo e Demócrito — de tentar explicar estruturas complicadas em termos de constituintes menores e mais simples.

A ideia dos quarks foi aplicada, em 1960, a uma grande variedade de problemas físicos relacionados às propriedades dos neutrons, prótons, mésons, e todas outras partículas   que se supunha, serem constituídas por quarks – e…de um modo geral, isso funcionou muito bem. Entretanto, todos os esforços dos físicos experimentais da década de 1960,       e início dos 70, não lograram a remoção dos quarks das partículas que…supostamente,     os continham… E, isso parecia loucura!

Desde que Thomson arrancou elétrons de um átomo, num tubo de raios catódicos, sempre fora possível quebrar um sistema composto qualquer,     uma molécula…átomo…ou núcleo… — nas ‘partículas individuais’ que o compõem…  Então, por que seria impossível isolar um ‘quark livre’?…

As ideias sobre quarks começaram a fazer sentido com o advento…no início dos anos 70,   da ‘cromodinâmica quântica, nossa teoria moderna das forças nucleares fortes, que proíbe qualquer processo no qual um quark livre possa ser isolado. E a grande mudança veio em 1973 quando, independentemente, David Gross e Frank Wilczek…em Princeton,   e David Politzer…em Harvard… — mostraram que … certos tipos de teorias quânticas de campo possuem uma propriedade peculiar — conhecida como ‘liberdade assintótica’, segundo a qual – as forças nessas teorias decrescem para altas energias.

Essa redução das forças já havia sido observada em experiências de ‘espalhamento com altas energias em 1967… mas aquela era a 1ª vez que se mostrava que uma teoria poderia incluir tais   forças, com tal comportamento.

Esse procedimento levou a uma teoria quântica (‘cromodinâmica quântica’) …  —  dos quarks, e glúons… — para as forças nucleares fortes.

Originalmente, pensava-se que os glúons não tinham sido observados nas colisões de partículas elementares por serem pesados…e por não existir energia disponível nessas colisões para a produção de suas grandes massas. Mas, com a descoberta da ‘liberdade assintótica’, alguns teóricos propuseram que, ao contrário… os glúons eram partículas     sem massa, como os fótons.

Se isso fosse verdade, então a razão pela qual os glúons, e provavelmente, também quarks, não eram observados deveria ser o fato de que a troca de glúons sem massa – entre glúons ou quarks, produz forças de longo alcance que, a princípio, tornam impossível a separação entre eles.

Acredita-se agora que, se tentarmos separar um méson (partícula composta de um quark e um antiquark), por exemplo, a força necessária aumenta conforme o quark e o antiquark são separados — até que, finalmente, é necessário colocar tanta energia nesse esforço…que passa a existir energia suficiente para que um novo par de quark e antiquark seja criado.

Assim…um antiquark surge do vácuo, e se junta ao quark original,         e vice-versa. Em vez de termos um quark e um antiquark livres, temos, simplesmente, 2 pares de quark e antiquark … — isto é… 2 mésons.

http://12dimensao.wordpress.com/2010/05/27/monopolo-magnetico-cade-meu-norte/

Ao se partir um imã ao meio cada pedaço continuará com linhas contínuas e fechadas, e assim dando a impressão da existência de 2 pólos.

Frequentemente é usada a metáfora, de que isso é como tentar separar os 2 extremos de um pedaço de corda… — você pode puxar… e…se colocar energia bastante no esforço, a corda se rompe — mas você nunca terá as 2 extremidades isoladas desta corda — e sim, 2 pedaços — com 2 extremidades, em cada.

A ideia inicial de que ‘quarkse ‘glúons‘  nunca são observados ‘isoladamente’… se tornou parte integrante da ‘sabedoria‘ da física moderna de partículas elementares (bem como a ideia de monopolo magnético) contudo – isso não nos impede de descrever neutrons, prótons e mésons como sendo compostos de quarks (…’apesar de Mach’…) 

positivismo‘… e outros ismos‘                                                                                                 

A teoria dos quarks foi só um passo no processo contínuo de reformulação da teoria física, no sentido de que são cada vez mais fundamentais — e, ao mesmo tempo  estão cada vez mais distantes da experiência diária. Mas, como poderíamos construir uma teoria baseada em ‘aspectos observáveis’…quando, nenhum aspecto de nossa experiência… – talvez, nem mesmo espaço e tempo… – apareçam em seus níveis mais fundamentais de nossas teorias?

Ademais, nos últimos anos a ciência tem estado sob o ataque de comentaristas pouco amigáveis, sob a efêmera bandeira do ‘relativismo…Os filósofos relativistas negam         a busca da verdade objetiva pela ciência – veem isto como um mero fenômeno social,     não muito diferente de um ‘culto da fertilidade’, ou de uma ‘cerimônia comunitária’.

O ‘relativismo filosófico‘ origina-se da descoberta por historiadores da ciência e filósofos, de que existe um grande elemento subjetivo no processo pelo qual as ideias científicas passam a ser aceitas – não obstante 0 papel que o julgamento estético tem na aceitação de novas teorias físicas. 

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O filósofo Thomas Kuhn em seu livro ‘A estrutura das revoluções científicas’, deu um passo adiante…ao argumentar que nas “revoluções científicas”… – os padrões (paradigmas) com os quais os cientistas julgam teorias são alterados, de forma que uma nova teoria…nunca é julgada por ‘modelos anteriores’.

Concordo com muita coisa no livro de Kuhn. Porém, no último capítulo, ele ataca a visão de que a ciência progride através de…  “verdades objetivas”.

Existe também… – uma forte tendência – a partir de um trabalho de Robert Merton, nos anos 30… de sociólogos e antropólogos tratarem o empreendimento das ciências com os mesmos métodos que usam para estudar outros fenômenos sociais. – Ora…é óbvio que a ciência é um ‘fenômeno social’… – com seu próprio sistema de recompensa…esnobismos, interesses, alianças, e padrões de autoridade…Alem disso, os cientistas pertencem a uma tradição anárquica que preza ‘iniciativas individuais’ – ainda que que precisem trabalhar hoje…em grupos de centenas de colegas.

“Os físicos se vêem como uma elite cujo único critério de admissão é o mérito científico…Aceita-se que todos tenham tido um começo igual…           mas o individualismo competitivo é tido como justo e efetivo — assim       como a hierarquia é a ‘meritocracia‘… de uma física de qualidade.”

Observações diretas junto a cientistas do Salk Institute, levaram o filósofo Bruno Latour, ao lado do sociólogo Steve Woolgar, a comentar que… A negociação pelo o que se pode considerar como prova é tão desordenada quanto as discussões entre advogados… ou políticos; onde até o processo de mudança em teorias científicas é um ‘processo social’.   As verdades científicas são, no fundo…acordos sociais largamente difundidos sobre o     que é ‘real‘… obtidos através de um peculiar processo científico de negociação”.

Partindo dessas observações históricas e sociais, chegar à posição radical de que o conteúdo aceito das teorias científicas é o que é – devido às condições históricas e       sociais em que as teorias são negociadas… – parece ter sido uma conclusão lógica. ‘Contudo, estou certo de estarmos descobrindo algo de real na Física cuja forma               não se deve às condições sociais… ou históricas que nos permitiram descobri-lo’.

desconstruindo quarks                                                                                                  

Esse ataque à objetividade do conhecimento científico é feito tão explicitamente, que foi até usado como título de um livro de Andrew Pickering… Construindo quarks’… No último capítulo, ele conclui…– “Dado seu extenso treinamento em sofisticadas técnicas matemáticas [dos físicos] a preponderância da matemática na descrição da realidade pela ‘física de partículas’ não é mais fácil de se explicar do que a afinidade dos grupos étnicos com sua linguagem nativa” (ou seja… quem quiser uma nova visão de mundo, não seria obrigado a levar em consideração o que a ciência do século XX tem a dizer.)

E Pickering ainda descreve em detalhes uma “mudança de paradigma” ocorrida na física experimental de altas energias que ocorreu entre o fim da década de 1960 …e início da de 70…  —  Em vez de usar a ‘abordagem do senso comum’ (sic)…focando-se no fenômeno notável da colisão de partículas de alta energia – isto é, a fragmentação das partículas em um número ainda maior de outras… seguindo, em sua maioria, na direção original do feixe — foram feitas sugestões experimentais de “eventos teoricamente raros”, como aqueles em que partículas de alta energia emergem sob grande ângulo (espalhamento) em relação ao feixe incidente”.

Certamente…alguma ‘mudança de paradigma’ ocorreu na física de altas energias, como descrito por Pickering…mas esta apenas decorreu, da “missão histórica” dos físicos.

Um próton…por exemplo… é constituído por 3 quarks… – e  uma nuvem de glúons…e pares quark-antiquark, aparecendo e desaparecendo continuamente.

Na maioria das colisões entre prótons, a energia das partículas iniciais rompe essa nuvem de partículas. Estas podem ser as colisões mais notáveis, mas são muito complicadas para que possamos calcular o que deve acontecer… — de acordo com a atual ‘teoria de quarks e glúons’… — de modo que, não podem ser usadas para o teste dessa teoria.

Uma vez ou outra, porém, um quark ou glúon, em um dos 2 prótons, colide frontalmente com um quark ou glúon do outro próton — e, suas energias ficam disponíveis para ejetar, em alta energia, esses quarks ou glúons dos detritos da colisão – num processo ordinário, cuja frequência sabemos calcular. Ou, então, a colisão pode criar novas partículas…como W ou Z, integrantes da força nuclear fraca, que precisa ser estudada, para que possamos aprender mais a respeito da unificação das forças fraca/eletromagnética (eletrofraca).

São esses eventos raros que os experimentos de hoje tentam detetar. Porém… Pickering, que suponho entender esse embasamento teórico muito bem… — insiste em descrever a mudança de paradigma da física de alta energia como uma mera ‘mudança de moda’, como o deslocamento do ‘impressionismo’ ao ‘cubismo’; ou das saias longas para ‘minis’.

‘É uma ‘falácia lógica’, partir da observação de que a ciência é um processo social, e chegar à conclusão de que seu produto final – as teorias científicas, sejam moldadas pelas forças históricas e sociais…que agem nesse processo.’

Não posso provar que a ciência seja assim, mas tudo na minha experiência científica me diz que é…As “negociações” a respeito de mudanças nas teorias científicas continuam, e   os cientistas mudam de opinião várias vezes, em resposta a cálculos e experiências – até que finalmente, uma visão ou outra tenha uma marca inconfundível de sucesso objetivo.

E de onde vêm os ataques radicais contra a objetividade do conhecimento científico?…

Uma da fontes é o antigo ranço do positivismo aplicado ao estudo da própria ciência…     Se alguém se recusa a falar sobre o que não pode ser diretamente observado… então, a ‘teoria quântica de campos‘, os princípios de ‘simetria‘ … ou mais genericamente,       as leis da natureza, não podem ser levadas a sério. Mas este é somente um aspecto…     de um ataque mais amplo e radical à própria ciência…

Paul Feyerabend propõe uma separação formal entre ciência e sociedade — assim como a separação entre a Igreja e Estado, argumentando que… — a ciência é apenas uma – das muitas ideologias que impulsionam a sociedade…e assim, deveria ser tratada como tal”.

Esses críticos radicais da ciência parecem estar causando pouco, ou nenhum efeito sobre os próprios cientistas… — Não conheço qualquer cientista atuante que os leve a sério… O perigo que representam para a ciência vem da possível influência sobre aqueles que não participam do trabalho científico — mas, dos quais dependemos — especialmente, sobre aqueles encarregados de financiar a ciência… e, também…a nova geração de cientistas.

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Desconfio que Gerald Holton esteja perto da verdade, ao ver o ataque radical à ciência como um sintoma de uma hostilidade mais ampla à ‘civilização ocidental’, que vem perturbando os intelectuais ocidentais… desde Spengler.

A ‘ciência moderna é alvo óbvio para essa ‘hostilidade’. Grandes formas de arte e literatura…originaram-se em várias civilizações do mundo…porém, desde Galileu…a pesquisa científica tem sido direcionada pelo Ocidente.

Tal hostilidade, me parece mal direcionada… – Mesmo as mais aterradoras aplicações ocidentais da ciência como as “armas nucleares”, representam apenas mais um exemplo do eterno esforço da “raça humana”, em se autodestruir…

Contrabalançando isso com as aplicações benignas da ciência, e seu papel de libertação do espírito humano, acredito que a ciência moderna… – assim como a democracia e a música contrapontística, é algo que o Ocidente deu ao mundo… – e do qual devemos nos orgulhar.

‘Contra a Filosofia’ – S. Weinberg.  / consulta: Steven Weinberg – biographichal              ********************(texto complementar)***********************************

A importância do ‘Bóson de Higgs’

A 04 de julho, no laboratório CERN, Genebra, foi anunciada, para todo o mundo,                 a descoberta do “bóson de Higgs“. – Mas, por que toda essa confusão?…Novas descobertas de partículas elementares têm sido feitas, sem atrair tanta atenção…

Costuma-se dizer que esta partícula fornece a pista crucial para explicar a forma como todas as outras partículas elementares obtêm suas massas. É verdade, mas isso requer algumas explicações. Temos uma bem testada teoria das partículas elementares,       e das forças que elas exercem entre si…teoria essa conhecida como ‘Modelo Padrão‘.

A característica central do Modelo Padrão é uma simetria entre 2 dessas forças…a ‘força eletromagnética’ e a ‘força nuclear fraca’… que fornece o 1º passo no processo da ‘reação em cadeia’… – que dá ao sol sua energia.

A simetria significa que, as partículas que transportam essas forças, entram nas equações da teoria, essencialmente da mesma maneira. Você poderia trocar o fóton – a partícula de luz que transporta a força eletromagnética, com alguma combinação das partículas W e Z, que carregam a força nuclear fraca e as equações não sofrerão alterações. Dessa forma, se nenhum evento acontecer para quebrar essa simetria – os bósons W e Z, assim como os fótons, não assumiriam massa alguma.

Na verdade, todas as outras partículas elementares não deveriam, também, possuir massa. Mas, é claro, a maioria das partículas elementares é massiva. Por exemplo, ao contrário do fóton (sem massa), as partículas de W e Z têm cerca de 100 vezes a massa de um átomo de hidrogênio.

Desde o início da década de 1960 sabe-se ser possível que, equações teóricas possuam propriedades simétricas exatas, e ainda assim, não respeitadas por quantidades físicas observáveis…como os valores massivos das partículas. As consequências de tal quebra     de simetria foram deduzidas, em 1964, por Robert Brout e François Englert; por Peter Higgs; Gerald Guralnik, Carl Hagen e Tom Kibble, para uma classe geral de teorias as quais contém partículas portadoras de força, como o fóton.

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da esquerda para direita: Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg recebendo o Prêmio Nobel de Física em 1979

Entre 1967 e 1968…Abdus Salam e eu, independentemente… utilizamos essa matemática na formulação da ‘Teoria  Eletrofraca‘ … – a moderna teoria que unifica as forças eletromagnética e fraca, se tornando parte do ‘Modelo Padrão‘.

Esta teoria previa as massas dos bósons W e Z…que foram confirmadas quando estas partículas foram descobertas – no CERN, entre 1983 e 1984…Mas, o que é que quebra esta “simetria eletrofraca”fornecendo às “partículas elementares” suas massas?

Salam e eu assumimos que a ‘culpa’ é dos assim chamadoscampos escalares– que permeiam todo o espaço…Isto é parecido com o que acontece em um ímã…  Muito embora as equações que descrevem os átomos de ferro não distinguem uma única  direção no espaço… – todo campo magnético produzido pelos átomos irá apontar       para apenas um caminho.

Os ‘campos de quebra de simetria‘, no Modelo Padrão, não determinam direções no espaço – em vez disso…eles distinguem as forças fracas das forças eletromagnéticas,           dando às partículas elementares suas massas… – Assim como um campo magnético          surge no ferro quando este esfria e se solidifica…os campos escalares aparecem com             a expansão, e esfriamento do universo primordial.

Este é o cenário onde surge o bóson de Higgs. Os modelos ilustrativos apresentados na maioria dos artigos sobre quebra de simetria entre 1960 e 1964 – introduziram campos escalares para quebrar as simetrias, e geralmente descobriram que alguns desses campos iriam apresentar como ‘partículas massivasfeixes de energia desses campos.

Da mesma forma, Salam e eu, entre 1967 e 1968, descobrimos que um dos quatro campos escalares que introduzimos para quebrar a simetria eletrofraca apareceria como um novo tipo de partícula instável, ‘eletricamente neutra‘…na verificação da estimativa de valor do modelo padrão de como as partículas elementares obtêm suas massas… Este é o bóson de Higgs, que agora parece ter sido descoberto.

Parece não haver dúvidas de que uma nova partícula instável, eletricamente neutra, foi descoberta – mas… será o ‘bóson de Higgs’?

Todas as propriedades do Higgs, exceto sua massa, foram previstas em 1967/68, pela ‘teoria eletrofraca’, e uma vez que a massa da nova partícula foi determinada, pode-se agora calcular as probabilidades das várias maneiras que esta pode decair.

Até o momento, foram observados apenas alguns ‘modos de decaimento‘… – e…embora a nova partícula pareça decair como um bóson de Higgs, ela teria de ser como uma ‘luva de beisebol‘. Ao contrário de todas as partículas elementares conhecidas, esta não teria ‘spin‘. E, isso também deve ser testado.

Estas são as palavras cautelosas que se esperaria ouvir de um físico prudente. Mas, desde 1967 tenho aguardado pela descoberta do bóson de Higgs – sendo… portanto, muito difícil para mim agora… duvidar de sua descoberta… – Mas, e daí?… Mesmo       que a partícula seja realmente o bóson de Higgs, não irá melhorar a tecnologia, ou       curar doenças. Na verdade esta descoberta apenas preenche uma lacuna em nossa compreensão das leis da natureza que governam toda a matéria … — lançando luz     sobre o que estava acontecendo no início do universo.

É claro que nem todo mundo se sente assim, principalmente aqueles que perguntam se para aprender as leis da natureza vale a pena o custo dos bilhões de dólares para construir aceleradores de partículas…

Esta questão, agora está voltando à tona, uma vez que o atual ‘modelo padrão‘, certamente não é o fim da história. Ele deixa de fora a gravidade; não explica os valores específicos das massas de quarks, elétrons e outras partículas fundamentais; e nenhuma dessas partículas explica a ‘matéria escura’, que os astrônomos dizem se tratar de 5/6 da massa do universo.

Explorar a fronteira externa do nosso conhecimento da natureza  empurra a tecnologia moderna para os seus limites…e muitas vezes – produz uma nova tecnologia de grande importância prática… A nova partícula foi produzida no CERN, em colisões de prótons     que ocorrem a uma taxa superior a 100 milhões de colisões/seg. Para isso… os prótons     são acelerados a uma energia maior que 3 mil vezes a energia contida em suas próprias massas… – girando muitas vezes ao redor de um túnel circular de 27 quilômetros – em trilhas mantidas por ímãs supercondutores superpotentes… – refrigerados por enorme quantidade de hélio líquido.

Analisar o fluxo de dados de todas essas colisões requer                                     uma computação…em tempo real, de poder inigualável.

Não foi por acaso que, em trabalhos anteriores do CERN, físicos de partículas elementares desenvolveram um método de compartilhamento de dados, que se tornou o mundialmente conhecido World Wide Web…Em uma escala de tempo mais ampla o avanço da tecnologia irá refletir a imagem coerente da natureza, que agora estamos montando. Ao fim do século IXX, por exemplo, físicos na Inglaterra exploravam as propriedades de ‘correntes elétricas’ através de um quase vácuo… – Embora se tratasse de ciência pura… levou à descoberta do elétron – sem o qual grande parte da tecnologia de hoje… seria impossível.

Steven Weinberg é professor nos departamentos de Física e Astronomia da Universidade do Texas, em Austin…e Prêmio Nobel de Física por seu trabalho                     sobre a teoria unificada das forças fraca e eletromagnética. (texto base) 2012

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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Uma resposta para Críticas ao Positivismo na Ciência Física (por Weinberg)

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