O MÉTODO CIENTÍFICO HIPOTÉTICO-DEDUTIVO
Maximiliano Mendes
Antes da explicação, vejamos dois exemplos de situações resolvidas ao se
utilizar a lógica do método científico:
Situação 1: assim que acordou uma pessoa tenta ligar um
telefone celular que passou a noite conectado ao carregador, mas nada acontece.
Nesse caso ela pensa: "meu Deus, será que quebrou? Mas eu nunca o deixei
cair!", e continua: "será que, na verdade, esse carregador não estava
bem conectado e a bateria descarregou?". Baseada nisso que pensou, a
pessoa agora confere as conexões do carregador, na tomada e nos fios e o
conecta de novo ao celular. Após esperar alguns minutos e tentar ligar o
telefone novamente, ele funciona normalmente.
Situação 2. Ao observar um
laguinho, alguém quer saber se há peixes lá. Essa pessoa resolve passar uma
redinha nas águas com o intuito de capturar algum. Porém, não aparece nenhum
peixe na redinha. Ainda intrigada, a pessoa resolve observar atentamente as
margens à procura de larvas de peixes e em uma determinada localidade, encontra
algumas.
Com essas duas situações em mente, vejamos agora algumas definições essenciais
e os passos do método científico clássico, o hipotético-dedutivo:
Ciência: conjunto de procedimentos utilizados para adquirir
conhecimentos e explicar os fenômenos naturais. A pesquisa científica é baseada em observações e
experimentos passíveis de serem repetidos e cujos resultados geram dados que podem originar as teorias científicas.
Teoria científica: explicação
abrangente e amplamente aceita sobre algum aspecto do mundo natural
baseada em um conjunto de fatos repetidamente confirmados através de
observações e experimentos. Pode se inferir que a explicação (teoria) é
confirmada pelos resultados de observações e experimentos científicos nos quais
se testam hipóteses. Citando o já falecido paleontólogo Stephen Jay
Gould: Os fatos são os dados que se obtêm no mundo. As teorias são as
estruturas de ideias que explicam e interpretam os fatos. Os fatos não somem
quando os cientistas debatem teorias rivais para explicá-los. A teoria da
gravitação de Einstein substituiu a de Newton, mas as maçãs que estivam caindo
não pararam no ar para esperar o resultado. Em resumo, a
teoria científica é a melhor explicação científica disponível no momento para
um determinado fenômeno.
Se compararmos as leis com as teorias, podemos dizer que, de maneira simplificada, as leis descrevem os fenômenos, ao passo que as teorias os explicam. Ambas, no entanto, são baseadas em hipóteses (veremos o que são hipóteses em breve), podem ser revisadas e permitem fazer previsões sobre os eventos.
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Tecnologia: utilização dos conhecimentos científicos para a obtenção de resultados práticos. Em resumo, produtos: como uma televisão, um tanque de guerra, um forno de micro-ondas, mísseis intercontinentais, telefones celulares e etc. É bom lembrar que até mesmo um arco e flecha, besta, catapulta, trebuchet, arado e outras coisas desenvolvidas há séculos, também são exemplos de tecnologia (já jogou Civilization? Age of Empires?).
Modelo: podemos dizer que um modelo é uma tentativa de
explicar ou descrever algo sem tê-lo visto diretamente. Por exemplo, temos
modelos para descrever a estrutura dos átomos, mas ainda não conseguimos vê-los
diretamente. Ou então, existem modelos como a Gisele Bündchen e outras que
representam modelos de beleza feminina, porém, ninguém nunca viu (e
provavelmente nunca verá) qual é a mulher mais bela e perfeita possível (tem de
homem também, mas não entendo muito).
O conjunto das ideias e procedimentos científicos que nos permitem obter
conhecimentos pode ser exemplificado pelo método científico
hipotético-dedutivo, cujos passos podem ser os seguintes:
1. Observações da natureza, onde se
percebem os fatos e se coletam informações. Basicamente, quem está vivo, está
fazendo observações da natureza.
2. Identificação de um problema: aquilo
que se quer resolver ou saber mais a respeito. Os problemas são percebidos a
partir das observações e coletas de dados.
3. Elaboração de uma hipótese:
explicação possível para um problema e/ou fenômeno. Ainda não é sabido se
essa explicação é correta. Então, a hipótese tem de ser testada.
4. Teste da hipótese por meio de experimentos:
situações artificiais que objetivam verificar se as hipóteses são aceitáveis
ou não. Também, durante o processo de elaboração dessas ideias, são propostos os resultados possíveis a partir da hipótese e do experimento pensado,
as chamadas deduções. Em outras palavras: ainda
pensando na hipótese e no experimento, já se imaginam quais serão os possíveis
resultados do experimento antes de efetuá-lo.
Exemplo de dedução...
Explicando melhor, as deduções são inferências ou proposições que partem de proposições gerais/universais para chegar a conclusões que são proposições particulares ou específicas. Exemplo: se todos os paulistanos são brasileiros (geral); E João é paulistano; Então João é brasileiro (conclusão). Nesse exemplo, a conclusão é específica para o caso de João e não necessariamente vale para outra pessoa. Deve-se tomar cuidado, pois nem sempre dispomos de todos os dados necessários para se deduzir algo acertadamente. Um exemplo bem tosco é o raciocínio a seguir: todo ser humano um dia morre, se a lesma morre, então ela é um ser humano.
Já as induções seguem o caminho contrário: chegam-se às conclusões gerais que partem de proposições específicas. É
importante destacar que nem sempre é recomendável seguir o caminho das
induções, vejamos um exemplo: todos os cisnes que vemos por aí são brancos
(cada cisne particularmente); logo, concluímos que todos os cisnes são brancos
(geral para os cisnes). É importante notar que esse raciocínio nem sempre é válido,
pois, no caso do exemplo dado, o primeiro cisne não branco que for visto
invalida a conclusão. E, na verdade, o bicho existe mesmo (ou quase isso):
5. Conclusões: acerca da validade da hipótese. Se ela pode ou não ser aceitável como explicação possível para o problema científico. Aceitável, pois, na prática, os resultados obtidos com esse tipo de pesquisa são probabilísticos, ou seja, podem ter uma alta ou baixa probabilidade de estarem corretos, ao contrário do que ocorre nas provas matemáticas.
6. Divulgação dos resultados da pesquisa, a fim de promover o conhecimento científico e auxiliar outras pesquisas e o desenvolvimento de tecnologias. Esses resultados são comumente publicados em revistas científicas especializadas, cujos artigos são previamente revisados por outros pesquisadores, a chamada revisão por pares, a fim de se garantir um alto padrão de qualidade e confiabilidade das informações.
Agora, retorne às duas situações exemplificadas no início do texto. Apesar de
ambas consistirem em exemplos simples, de procedimentos e formas de raciocinar
intuitivas do cotidiano, nelas podemos identificar alguns passos do método
científico e, com isso, percebermos que, na verdade, os passos do método
científico, em essência, são uma maneira comum de raciocinar e resolver
problemas. No primeiro caso, quando a pessoa pensa que a bateria do telefone
descarregou, está elaborando uma hipótese e ao conectar o aparelho ao
carregador está conduzindo um experimento. No outro exemplo, ao passar a redinha
no laguinho e, depois, ao observar as margens atentamente, a pessoa está
testando a hipótese de que poderia haver peixes lá.
Por último, é importante destacar que em um experimento é necessário que um
grupo de sujeitos ou itens (cobaias ou tubos de ensaio, por exemplo) seja o experimental, o que
sofre uma intervenção, ou alterações no fator que se quer testar. O outro grupo
deve ser o controle,
que não sofre essa mesma intervenção ou alterações no fator que se está
testando (não quer dizer que não se faz nada com os itens ou sujeitos do grupo
controle!). Ao término do experimento são comparados os resultados
obtidos com os grupos experimental e controle, a fim de se ter uma noção mais
precisa dos efeitos da intervenção efetuada no experimento e eliminar as chamadas hipóteses alternativas, aquelas que também, pelo menos em princípio, poderiam ser aceitáveis, mas não explicam tão bem os fenômenos investigados.
Um exemplo simplificado pode ser o seguinte: a fim de testar a eficiência de um
remédio para tratar uma doença qualquer, se você tiver a disposição um grupo de
200 pessoas afligidas por essa doença, pode pegar 100 como grupo experimental e
administrar o medicamento a eles e utilizar os outros 100 como grupo controle,
administrando a eles "pílulas de farinha", sem que eles saibam. Essas pílulas de farinha são algo que se sabe não ter qualquer efeito no sentido de curar essa enfermidade, mas a ideia é que eles pensem que estão tomando o medicamento, a fim de gerar o efeito placebo. Ao término é
feita a comparação entre os dois grupos, para ver, por exemplo, se no grupo das
pessoas que receberam o medicamento verdadeiro o percentual de pessoas curadas
é maior ou se não fez diferença em relação ao placebo. Vamos supor, se no grupo
experimental 80 % das pessoas foram curadas, enquanto no grupo controle apenas
5 %, podemos dizer que o medicamento funcionou. Mas, se no grupo experimental 46
% das pessoas foram curadas e no controle 45 %, talvez o medicamento não seja
eficaz, as pessoas podem ter sido curadas por outros motivos. Lembre-se: o que interessa é a diferença entre os percentuais entre os dois grupos, e não se o valor no grupo experimental fica próximo de 100%.
Para finalizar, vamos ver três exemplos de experimentos para destacar as etapas
do método científico, dois clássicos e um atual:
Experimento de Redi: Francesco Redi, médico italiano do século XVII,
elaborou um experimento para derrubar a ideia de que os seres vivos podiam
surgir a partir da reorganização da matéria, a chamada geração espontânea. Os
defensores da geração espontânea criam, por exemplo, que a lama dos leitos dos
rios poderia se organizar de forma a gerar rãs, ou que a carne em putrefação
poderia gerar larvas de moscas. Redi propôs que, na verdade, as moscas pousavam
na carne e botavam ovos que geravam as larvas (hipótese).
O experimento consistiu em utilizar três conjuntos de frascos contendo carne
dentro: um conjunto de frascos destampados, onde as moscas poderiam pousar
livremente (grupo controle); um conjunto de frascos “semitampados” com uma
redinha, que permitia que o ar e outras partículas pequenas (como ovos de
moscas) pudessem entrar no frasco (um dos grupos experimentais); e um último
conjunto de frascos tampados e vedados completamente, de forma que nada pudesse
entrar em contato com a carne que estava dentro (outro grupo experimental).
Perceba que se faz algo com os itens do grupo controle: os pedaços de carne são
colocados em frascos, porém, ao contrário dos itens do grupo experimental, não se
altera o fator que se quer testar, nesse caso, impedir que as moscas cheguem
até a carne e depositem os seus ovos.
Após alguns dias, observou-se que nos frascos tampados não surgiram larvas, nos
frascos destampados surgiram várias larvas e nos frascos cobertos com as
redinhas, surgiram algumas larvas, mas em quantidade bem menor. Redi
interpretou que, como surgiram larvas nos frascos destampados e nos frascos
tampados não surgiu nenhuma, a hipótese de que as larvas resultam de ovos das
moscas é aceitável e conclui-se que a geração espontânea não é uma boa
explicação para a origem das larvas. No que tange aos frascos semitampados,
Redi supôs que as moscas puseram ovos na redinha e eles caíram na carne, por
isso a quantidade de larvas é bem menor.
Descoberta da causa da beribéri: A Beribéri é uma
doença neurodegenerativa que, no final do século XIX era relativamente comum no
sudeste asiático. Hoje em dia sabemos que é causada por carência de vitamina b1
(tiamina), porém, um dos primeiros pesquisadores a investigar a causa da
doença, Christiaan Eijkman, em Java, acreditava que a causa era a ingestão de
alimentos contaminados por bactérias (uma hipótese), tendo em vista que a
enfermidade ocorria mais frequentemente em prisões, hospícios, quartéis e em
tripulações de navios: fortes indícios de que era uma doença contagiosa.
No curso de suas investigações, Eijkman descobriu que os frangos cuja alimentação
era arroz branco sofriam de doença similar (observação). Assim, supôs que
estivesse ocorrendo contaminação nos moinhos onde se processava o arroz
(dedução). Então, resolveu testar se uma dieta de arroz vermelho, não
processado, poderia curar a doença, pois poderia conter algum tipo de
antitoxina ou bactericida (hipótese e deduções). Os testes em frangos
funcionaram, porém, vários críticos não aceitaram seus resultados e Eijkman
resolveu aplicar testes em humanos. Em primeiro lugar, propôs que se mudasse a
dieta de uma prisão, de arroz branco para arroz vermelho (teste) e o resultado
foi que o percentual de acometidos pela doença diminuiu. Porém, como não se
utilizou um grupo controle, os resultados ainda não foram aceitos. Por sorte,
havia um estudo em andamento abrangendo várias prisões em Java, no qual se
estava testando dietas com variedades distintas de arroz, que forneceu dados de
grupos que poderiam ser considerados como controle. Ao se analisar a incidência
de beribéri levando em conta os dados dessa pesquisa, comprovou-se que o número
de acometidos continuava sendo maior com a dieta de arroz branco, menor com a
de arroz vermelho e intermediária com as outras variedades.
Eijkman ainda cria que a causa da doença era contaminação por parte de
bactérias presentes no arroz. Posteriormente, Gerrit Grijns, também em Java,
foi o responsável por mostrar que a doença era devida a uma carência
nutricional por conta de o arroz branco não fornecer as quantidades necessárias
de vitamina b1.
O projeto OMG: A NASA tem um projeto
chamado Ocean Melting Greenland (OMG), que consiste em uma
pesquisa em andamento, um esforço de vários anos para investigar e entender
melhor as relações entre o aquecimento dos oceanos, o derretimento de geleiras
e a elevação dos níveis oceânicos (as observações). No caso, os trabalhos focam
em como as águas oceânicas podem contribuir para o derretimento de geleiras na
Groelândia. Seguindo os passos do método científico:
A hipótese do OMG é a de que os oceanos atuam no derretimento de
geleiras na Groelândia. Podemos dizer que o experimento, conduzido
continuamente, é a coleta de dados há alguns anos tanto via aérea quanto naval
analisando a salinidade das águas e a perda de espessura de coberturas
congeladas, por exemplo. De posse desses dados, os pesquisadores podem analisar
o quanto os oceanos esquentaram ou resfriaram e como isso alterou o tamanho das
geleiras. Se o tamanho das geleiras é alterado, então, confirma se a hipótese
inicial.
As conclusões que podem ser tiradas, sobre essa grande série de
experimentos de longo prazo são várias, por exemplo, descobriu-se que as
profundidades das geleiras são maiores do que se pensava, e isso as torna mais
vulneráveis ao aquecimento das águas.
ADENDO: breve história da biologia.
Desde os primórdios a humanidade precisou ter conhecimento sobre a
natureza: quais os hábitos dos predadores, dos animais que poderiam caçar e
domesticar, quando e onde encontrar certos frutos, quais eram venenosos ou
não... Enfim, o conhecimento biológico acompanha a humanidade desde sempre.
Com o início da agricultura e das civilizações, já se encontram textos do mundo antigo descrevendo, por exemplo, que os babilônicos sabiam ser possível transferir grãos de pólen de uma flor masculina para uma feminina e realizar a reprodução sexuada em plantas e também que já tinham noção sobre a importância do coração. Outros textos de outras civilizações, como a chinesa e a egípcia também relatam vários dados científicos, sobre as plantas medicinais e outros temas.
Esses estudos e conhecimentos primordiais, porém, têm como característica marcante o fato de que em grande parte do mundo antigo não se fazia distinção entre o sobrenatural e o natural: tudo era simplesmente, natural. Por exemplo, os estudos sobre os órgãos do corpo humano às vezes tinham como objetivo a previsão do futuro, não a simples busca pelo conhecimento das funções. Atribui-se à tradição Greco-Romana a mudança de paradigma no tocante a adotar a ideia de causalidade, ou seja, de que todos os eventos têm uma causa, e de leis naturais que regem o funcionamento do universo e poderiam ser estudadas e entendidas pelas pessoas. Nesse período e local viveram vários filósofos de destaque, como Aristóteles, que viveu no século IV aC e estudou aspectos diversos dos seres vivos, como a reprodução, a geração espontânea de organismos (crença atualmente descartada) e também desenvolveu um dos primeiros sistemas de classificação. Enfim, a cultura greco-romana gerou uma grande quantidade de conhecimentos graças à mentalidade adotada.
Após um período com poucos relatos de descobertas científicas de grande relevância, aparentemente os trabalhos mais importantes foram desenvolvidos pelos chineses e árabes. Os chineses, por exemplo, desenvolveram tecnologias para se produzir papel e para realizar a impressão de materiais escritos, o que facilitou a divulgação do conhecimento. Os árabes, apesar de não terem sido grandes inovadores, recuperaram as obras dos gregos, traduziram-nas para o idioma árabe, expandiram algumas ideias e impediram que esses conhecimentos fossem perdidos.
Por volta do século XII dC os europeus passaram a reaprender o latim, com isso, além de terem acesso às obras científicas escritas e traduzidas no tempo dos romanos, passaram a expandir esse conhecimento com novos dados e observações e escrever obras em latim. São desse período, por exemplo, as obras de Albertus Magnus (o santo): De vegetabilibus e De animalibus. A Itália, durante a Idade Média foi um centro de estudos de anatomia, que floresceu ainda mais durante o período renascentista, iniciado por volta do século XIV. É interessante notar que muito do avanço sobre os estudos de anatomia foi impulsionado pelo interesse dos artistas. Mesmo assim, o renascimento foi uma época que promoveu o desenvolvimento de várias tecnologias, inclusive o desenvolvimento da imprensa e uma maior disponibilidade de papel na Europa no século XVI, facilitando ainda mais a divulgação do conhecimento com destaques para os grandes avanços na botânica e na anatomia humana.
Andreas Vesalius foi um anatomista de grande notoriedade no século XVI, ele instituiu a prática de dissecar os seus próprios cadáveres e introduziu uma das práticas mais relevantes para o desenvolvimento científico: a de conferir uma descrição antes de aceitá-la. Isso permitiu corrigir vários dos conceitos aceitos no tempo, originados no tempo dos gregos. Os pesquisadores do século XVI também começaram a desenvolver as sociedades científicas, como a Academia Francesa de Ciências e a Sociedade Real de Londres. Essas sociedades trouxeram como contribuições a possibilidade de discutir os assuntos de interesse com mais facilidade, com os estudiosos da área e também as primeiras publicações científicas, que evoluíram nos periódicos profissionais de hoje em dia.
O conhecimento científico avança na medida em que as hipóteses podem ser testadas, mas para isso é necessário que haja a tecnologia suficiente para realizar esses testes. Por exemplo, durante anos se especulou sobre qual seria a unidade fundamental dos organismos (no tempo, todos classificados como animais ou vegetais), até que o surgimento e o desenvolvimento dos microscópios no século XVII permitiu a observação das células. Posteriormente, no século XIX, os trabalhos de Mendel sobre a hereditariedade e a genética permaneceram negligenciados por décadas até que se pudesse observar os cromossomos com microscópios ainda mais avançados e inferir que eles consistiam na forma como o DNA é organizado e que as moléculas de DNA carregam os genes, as unidades informacionais.
Nos séculos XVIII a XIX os governos começaram a organizar expedições científicas, sendo uma das mais importantes a conduzida em 1831-1836 pelo HMS Beagle, na qual Charles Darwin serviu como o naturalista (HMS significa Her Majesty's Ship) . Darwin fez várias coletas, observações e anotações, a partir das quais pôde desenvolver a sua teoria da evolução das espécies baseada na descendência comum universal e na seleção natural. O resultado foi a queda do fixismo, um paradigma aceito há séculos, de que as espécies são, em princípio, fixas e imutáveis. A teoria da evolução darwiniana norteia grande parte dos estudos biológicos até hoje e, graças às várias tecnologias desenvolvidas durante o século XX e início do XXI, o conhecimento biológico tem se acumulado grandemente e rapidamente e permite aos pesquisadores até mesmo manipular o material genético dos seres vivos. De nômades preocupados em saber como encontrar certas frutas, passamos a sociedades capazes de modificar as frutas que comemos.
Allchin, D. Appreciating Classic Experiments. In Carolyn Schofield (ed.), 2004-2005.Professional Development for AP Biology. New York: College Entrance Examination Board.