A Engenharia na Interface entre a Ciência e a Prática

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1 A Engenharia na Interface entre a Ciência e a Prática Fernando J. on Zuben vonzuben@dca.fee.unicamp.br Departamento de Engenharia de Computação e Automação Industrial DCA/FEEC/Unicamp Tópicos Método científico Limite do conhecimento Tipos de argumento Tipos de teoria científica Não há desprezo mais profundo e mais justificável do que aquele dos homens que fazem para com os homens que explicam. Exposição, crítica e apreciação é trabalho para mentes de segunda categoria. G.H. Hardy Nada é mais prático do que a teoria. L. Boltzmann, físico ( ) (faz todo o sentido) Na prática, a teoria é outra. Autor anônimo (não faz sentido algum) Qualquer um pode zangar-se isso é fácil. Mas zangar-se com a pessoa certa, na medida certa, na hora certa, pelo motivo certo e da maneira certa, não é fácil. Aristóteles Nos anos 30, o matemático austríaco Kurt Gödel demonstrou que qualquer sistema formal que seja consistente e suficientemente forte a ponto de formalizar a aritmética é incompleto no sentido de que sempre haverá uma fórmula por ele derivada que não pode ser provada como sendo verdadeira ou falsa pelo sistema formal. Gödel inclusive mostrou como construir esta fórmula.

2 O que é ciência? Conjunto de conhecimentos adquiridos ou produzidos, historicamente acumulados, dotados de universalidade e objetividade que permitem sua transmissão, e estruturados com métodos e linguagens próprias. Objetivo: produzir conhecimento (buscar a verdade). O que é ciência? Os conhecimentos científicos têm um grau de certeza maior que os outros conhecimentos (empíricos). Um cientista não busca o conhecimento pela sua utilidade. O que é engenharia? Arte de aplicar conhecimentos científicos e empíricos e certas habilitações específicas à criação de estruturas, dispositivos e processos que conduzam ao atendimento das necessidades humanas. Objetivo: dar utilidade ao conhecimento. Método Científico Uma versão básica do método científico pode ser apresentada na forma: observe algum fenômeno do universo; proponha uma descrição tentativa, ou seja, uma hipótese, consistente com o fenômeno observado; use a hipótese para realizar predições; teste estas predições através de experimentos ou novas observações e modifique a hipótese com base nos resultados do teste; repita os passos 3 e 4 até que não haja mais discrepância entre teoria e experimento ou observação. Método Científico (visão comum) Método Científico teoria ausência de discrepâncias observações hipóteses predições modificar hipóteses na presença de discrepâncias Quando a consistência (ausência de discrepância) é obtida, a hipótese (ou conjunto de hipóteses) se torna uma teoria, a qual fornece um conjunto coerente de proposições que explica uma classe de fenômenos do universo. Logo, uma teoria científica não é aceita por causa do prestígio ou poder de convencimento do seu proponente, mas sim através de observações e/ou experimentos que podem ser reproduzidos por qualquer pessoa interessada em validá-la (refutá-la ou aceitá-la). testes

3 Teoria Científica Teoria Científica Codificação ou repositório do conhecimento científico Contribuição de Popper: Toda teoria científica é refutável. Se não for refutável, não é ciência. Popper forneceu um sentido rigoroso para a testabilidade das teorias. Thomas Kuhn: grande crítico de Popper. Segundo ele, na prática, as coisas não funcionam como disse Popper. Deve-se levar em conta a psicologia e a sociologia da ciência (ego e status dos agentes de ciência). A descoberta científica não pode ser fundamentada na lógica. Ciência como empreendimento humano. Teoria Científica Popper (perspectiva lógica) Kuhn (perspectiva histórica) diferente de Popper, Kuhn não acredita que a nova teoria engloba as anteriores o papel conservador do processo crítico a revolução científica é irracional. É coisa de psicologia de massa. Paradigma Termo com o qual Thomas Kuhn designou as realizações científicas (p. ex., a dinâmica de Newton ou a química de Lavoisier) que geram modelos que, por período mais ou menos longo e de modo mais ou menos explícito, orientam o desenvolvimento posterior das pesquisas exclusivamente na busca da solução para os problemas por elas suscitados. Teoria Não-Científica (1) Teoria Científica (2) Teoria Científica Teoria Não-Científica 1. a lua é povoada por homens verdes pequenos que podem ler a mente de todos os terráqueos e irão se esconder toda vez que um terráqueo estiver observando a lua ou a explorando in loco, a procura deles. 2. não há homens verdes pequenos na lua. Sendo assim, a afirmação de que a ciência não pode incorporar nada que não tenha sido provado, a qual representa uma crítica freqüente ao método científico, não se aplica. Trata-se de uma interpretação errônea do método científico. A essência do método científico está no fato de que a ciência não pode incorporar nada que não admita ser refutado algum dia.

4 Teoria Científica Teoria Não-Científica Fatos considerados impossíveis no passado (assumindo a irrefutabilidade das teorias científicas então em vigor) e que hoje representam uma realidade certamente levaram ao abandono de muitas teorias científicas. Mas em virtude da natureza refutável das teorias científicas, esta realidade de hoje em nenhum momento pôde ser considerada uma impossibilidade pela própria ciência. Há uma clara distinção, portanto, entre aquilo que hoje não pode ser refutado (que sustenta as teorias científicas que estão em evidência) e aquilo que nunca pôde nem poderá ser refutado (que nunca poderá sustentar nenhuma teoria científica). A navalha de Occam (Occam s razor) Mesmo na presença de um elenco padronizado e unificado de testes eficazes, muitas hipóteses fundamentadas em assunções contraditórias podem permanecer consistentes frente aos testes realizados, fornecendo as mesmas predições. Sob estas condições, a escolha por uma dentre as teorias resultantes da aplicação do método científico deve recorrer a um critério que as diferencie em algum aspecto significativo. A navalha de Occam (Occam s razor) Uma ferramenta adequada a esta função é a navalha de Occam, a qual representa um princípio proposto pelo frei franciscano William of Occam, no século XI. Occam era um vilarejo no condado inglês de Surrey, onde ele nasceu. Trata-se do princípio (lei, regra) da parcimônia ou simplicidade, que pode ser expresso de variadas formas (todas igualmente simples!): Pluralitas non est ponenda sine neccesitate. ou Frustra fit per plura quod potest fieri per pauciora. ou Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem. que significa Entidades não devem ser multiplicadas desnecessariamente. ersão para cientistas: quando existem 2 ou mais teorias concorrentes e que realizam exatamente as mesmas predições, a mais simples dentre elas deve ser a escolhida, até que evidências adicionais permitam estabelecer uma comparação mais abrangente entre elas. As explicações mais simples para algum fenômeno têm maior probabilidade de estarem corretas do que as explicações mais complicadas. Sendo assim, se você tiver 2 soluções igualmente aceitáveis para um problema, fique com a mais simples. A navalha de Occam (Occam s razor) Repare que a navalha de Occam não garante que a teoria mais simples é a mais correta, ela apenas estabelece prioridades de escolha. Portanto, a navalha de Occam não pode ser tomada como um axioma ou lei, mas apenas como uma regra geral ou heurística. Este princípio não substitui a lógica ou o método científico, já que ele nunca pode ser usado para fundamentar uma conclusão. Quem pode fundamentar uma conclusão são a consistência lógica e a evidência empírica. O Sucesso da Ciência Argumento Darwiniano: Somente as boas teorias científicas sobrevivem. A ciência como um todo, em suas sofisticadas relações inter-teóricas e com a experiência, seus métodos e sua evolução histórica, é um empreendimento bem sucedido. As questões do limite da ciência Existem coisas ainda desconhecidas pela ciência? Existem coisas que não podem ser conhecidas pela ciência? Existem leis ainda desconhecidas pela ciência? Existem leis que não podem ser conhecidas?

5 Dois grandes problemas da epistemologia Origem: o conhecimento é adquirido por quais processos e em que ele se fundamenta? Limite: quais as coisas que podem ser conhecidas e quais as que não podem? Empirismo Racionalismo Experiência Razão É possível manter uma posição empirista acerca de determinado tipo de conhecimento e racionalista acerca de outro? Empirismo: sustenta que o conhecimento se baseia e se adquire através do que se apreende pelos sentidos. Admite-se, além dos sentidos "externos" (visão, audição, tato, olfato e paladar) a participação de um sentido "interno" (introspecção), que nos informa acerca de nossos sentimentos, estados de consciência e memória. Como quase toda doutrina filosófica, o empirismo encontra raízes na Grécia Antiga; ganhou novo ímpeto com a revolução científica do século 17, e seus principais defensores no período moderno foram Locke, Berkeley e Hume. Racionalismo: considera que as fontes do verdadeiro conhecimento encontram-se não na experiência, mas na razão. Como no caso do empirismo, também essa doutrina já era defendida entre os gregos; na era moderna, seus principais expoentes foram Descartes e Leibniz. Platão: a observação do mundo é incapaz de conduzir a idéias puras; Aristóteles: a observação do mundo é capaz de conduzir a idéias puras (experiência, empirismo) Galileo conduziu a humanidade a uma nova forma de interpretar as nossas próprias experiências; fim das conclusões ingênuas. ao contrário do que muitos dizem, Galileo não refuta o pensamento aristotélico, pois este já estava baseado no empirismo, o qual é reforçado. Galileo apresentou a nova teoria da mecânica. O principal na doutrina de Galileo não está na experiência, mas na introdução da matemática na argumentação. Astronomia de Ptolomeu: Terra no centro Astronomia de Copérnico: Terra se move

6 O cartesianismo veio suprir a lacuna que passou a existir entre sabedoria e ciência, perante a constatação de que o universo é ilimitado e que o nível de sabedoria da humanidade era incapaz de conduzir à explicação das novas descobertas científicas do período renascentista. Era necessário adotar um novo paradigma em substituição ao paradigma aristotélico, que prevaleceu por cerca de 2000 anos. Paradigma aristotélico: perspectiva qualitativa, descritiva e classificatória, de intenção contemplativa, e baseada na idéia de que o mundo forma uma totalidade finita, ordenada, em que todas as coisas têm um lugar definido. Paradigma cartesiano: rompimento com a antiga imagem do mundo e com hábitos de pensamentos vigentes, perspectiva quantitativa, matemática e voltada para a aplicação. O mundo passa a ser visto como uma imensa máquina. Mas creio que para [conhecer a verdadeira natureza do mundo visível] não seja preciso que desde o início consideremos todos [os fenômenos], mas que é melhor tratarmos de encontrar as causas dos mais gerais, que propus aqui, a fim de ver se posteriormente dessas mesmas causas podemos também deduzir todos os outros mais particulares que não levamos em conta ao procurar essas causas. Pois se isso ocorrer, constituirá um argumento muito forte para nos assegurar que estamos no caminho verdadeiro. Descartes (Principes) É necessário imitar os viajantes que, achando-se perdidos em alguma floresta, não devem ficar perambulando de um lado para outro, e menos ainda ficar parados num lugar, mas andar sempre o mais reto que puderem, na mesma direção, e não a modificar por razões insignificantes, mesmo que talvez, no início, tenha sido apenas o acaso que lhes tenha determinado a escolha: pois, desse modo, se não vão exatamente onde desejam, ao menos acabarão chegando a algum lugar, onde possivelmente estarão melhor do que no meio de uma floresta. E assim, como as ações da vida freqüentemente não suportam nenhum adiamento, é uma verdade muito certa que, quando não está em nosso poder discernir as opiniões mais verdadeiras, devemos seguir as mais prováveis. E, ainda que não notemos mais probabilidades numas que nas outras, mesmo assim devemos nos determinar por algumas, e considerá-las depois, não mais como duvidosas, no que diz respeito à prática, mas como verdadeiras e certas, porque a razão que a isso nos determinou o é. Descartes (Discurso do Método) Empirismo e Ciência Moderna A ciência moderna ofereceu suporte à posição empirista, atribuindo um papel fundamental à experimentação. A ciência moderna também indicou inconsistências junto a abordagens racionalistas (experimentos de Descartes sobre a inércia) Limite do Conhecimento (sob uma perspectiva empirista) Os limites do conhecimento dependem do alcance dos sentidos, de modo que a razão não está na base do conhecimento, mas sim na elaboração do material coletado. Fenômeno: aquilo que é diretamente perceptível.

7 Limite dos Sentidos 1. Localização espaço-temporal do objeto: não se tem acesso ao passado e ao futuro não se percebe aquilo que está fora do alcance dos sentidos 2. Atributos do objeto: Tamanho Energia Comprimento de onda Tipos de Teorias Científicas Fenomenológica: referem-se a propriedades e relações empiricamente acessíveis entre os fenômenos (termodinâmica, teoria da seleção natural) Construtiva ou Explicativas: envolvem proposições referentes a entidades e processos inacessíveis à observação direta, que são postulados com o objetivo de explicar os fenômenos (mecânica quântica, genética molecular, mecânica estatística) Limite do Conhecimento (sob uma perspectiva fenomenológica) Derivam dos limites sensoriais do tipo 1; Dificuldade com a fundamentação das proposições gerais (nós não inspecionamos todos os lugares do universo em todos os instantes de tempo). (sob uma perspectiva construtiva) derivam dos limites sensoriais do tipo 2 (nós não vemos, apalpamos, etc. certos objetos postulados como existentes, como elétrons, campos magnéticos, etc.) Ciência e limite do conhecimento O realismo científico afirma que a ciência tem como transcender os limites do conhecimento. O anti-realismo científico diz que não. É possível ser realista em relação a uma classe ou classes de objetos e antirealista em relação a outras? Realismo Científico Doutrina segundo a qual as proposições sobre os objetos da classe em disputa possuem um valor de verdade objetivo. São verdadeiras ou falsas em virtude de uma realidade que existe independentemente de nós. Anti-Realismo Científico Doutrina que questiona a possibilidade do conhecimento das entidades e processos inobserváveis postulados pelas teorias científicas. Recebe várias denominações, dependendo de como a tese do realismo científico é negada: instrumentalismo, redutivismo, empirismo construtivo, relativismo, etc. As posições anti-realistas por vezes recebem nomes especiais, de acordo com a classe de objetos em questão. Assim, o anti-realismo com relação às entidades matemáticas é conhecido por construtivismo; com relação aos objetos materiais ordinários por fenomenalismo.

8 Preço do Anti-Realismo Científico A ciência estaria restrita às teorias fenomenológicas e teria apenas um papel descritivo. Conseqüências do Realismo Científico o conhecimento científico pode avançar além dos limites do que é diretamente observável. Usar aparelhos Realizar inferências Dedução Indução Abdução Tipos de argumento Tipos de argumento Sentença: seqüência de símbolos com significado. Interrogativas; Exclamativas; Imperativas; Declarativas. Proposição ou enunciado: aquilo que uma sentença declarativa afirma. Argumento: seqüência de proposições tais que a última (conclusão) é, de alguma forma, justificada pelas anteriores (premissas). D1 D2 Premissas D3 D4 Conclusão Argumentos Dedutivos; Indutivos; Abdutivos Lógica Proposicional Inferência Dedutiva A F F Tabela erdade B F F A B F A conclusão segue logicamente das premissas (está contida nas premissas). Portanto, a conclusão ou juízo geral é lógico. Não acrescenta conhecimento novo; De argumentos logicamente válidos se chega a argumentos logicamente válidos. Silogismo aristotélico.

9 Inferência Indutiva De juízos (enunciados) particulares se chega a um juízo (enunciado) geral. A conclusão não segue logicamente das premissas (não está contida nas premissas). Portanto, a conclusão ou juízo geral não é lógico. Acrescenta conhecimento novo (generalização). A conclusão necessariamente consiste na extensão uniforme da evidência. Inferência Indutiva na prática, todo o nosso comportamento se baseia na indução, pois é através dela que ganhamos capacidade de prever o futuro. muitos acreditam que o papel da indução é levar à descoberta. Outros afirmam que a indução leva a justificar o juízo (a crença). Hume não aceita que a indução seja usada para justificar, porque leva a um raciocínio circular (pela experiência). o Princípio da Unicidade da Natureza (PUN) é um dogma da ciência. Ele sustenta que o futuro vai ser igual ao passado. mas o PUN não é justificável pela experiência, pois ao tentar buscar esta justificativa, recorre-se ao PUN, gerando um raciocínio circular. Inferência Abdutiva postular hipóteses escolher a melhor (por exemplo, de acordo com o poder explicativo) postular uma ligação entre poder explicativo e verdade Inferência Abdutiva De modo simplificado, o esquema geral dos argumentos abdutivos, tais quais aparecem nas discussões contemporâneas, consiste no enunciado de uma evidência (um fato ou conjunto de fatos), de hipóteses alternativas para explicar tal evidência, e de uma apreciação do valor dessas explicações. A conclusão é a de que a melhor explicação provavelmente é verdadeira se, além de comparativamente superior às demais, for boa em algum sentido absoluto. Logo, os argumentos indutivos podem ser entendidos como casos especiais de argumentos abdutivos. Dedução, Indução, Abdução A: Todos os gizes da caixa são brancos. B: Todos os gizes da mesa vieram da caixa. C: Todos os gizes da mesa são brancos. Dedução: (A & B) C Indução: (B & C) A Abdução: (A & C) -> B Indução Dedução : : : Este cisne não ébranco Indução: Dedução: Todo cisne é branco. ~( Todo cisne é branco.) Popper

10 Legitimidade Epistêmica da Inferência Abdutiva Problemas: subjetividade dependência contextual como optar entre alternativas de igual poder explicativo? conflito com os cânones do empirismo (adequação empírica da melhor explicação e não a busca da verdade) Justificando o Realismo Científico a questão da antecipação teórica de uma observação ainda não realizada é um dos pontos mais empregados para justificar a eficácia do realismo científico. Argumento da Coincidência Cósmica se uma teoria prediz corretamente uma grande quantidade e variedade de fenômenos, é improvável que seja falsa acerca do mundo sub-fenomênico de que suas predições empíricas dependem. Se as entidades não-observáveis postuladas pela teoria não existissem, e se o que a teoria diz sobre elas não fosse aproximadamente verdadeiro, somente uma coincidência de proporções cósmicas poderia explicar seu sucesso empírico. Considerações finais Necessidade de um procedimento para se determinar o mérito relativo dos argumentos. O realismo científico é uma tese sobre a extensão do conhecimento, adicional ao empirismo propriamente considerado, e que dele não decorre necessariamente. A certeza não seria então condição necessária para o conhecimento. grau de segurança A adequação empírica pode, em contraste com a verdade, constituir objeto genuíno de comprometimento epistêmico. Método Científico (visão comum) teoria ausência de discrepâncias observações hipóteses predições Referências Bibliográficas Boa parte do presente material está baseado em textos e palestras proferidas por Sílvio S. Chibeni ( Moroni, A., Manzolli, J., on Zuben, F.J. Artificial abduction: A cumulative evolutionary process. Semiotica, Special Issue Abduction: Between subjectivity and objectivity, vol. 153, nos. 1-4, pp , modificar hipóteses na presença de discrepâncias testes