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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
Faculdade de Filosofia e Ciências Humanas
A história do atomismo
A construção e a desconstrução de uma imagem
sintático-semântica do conhecimento científico
Aluno: Gustavo Rodrigues Rocha
Belo Horizonte, Novembro de 2006
Dissertação apresentada na linha de
pesquisa ciência e cultura na história
como quesito parcial para a obtenção do
título de mestre em história.
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BANCA EXAMINADORA
Prof. Dra. Patrícia Leite Kauark – Filosofia – UFMG
Prof. Dr. Fábio Wellington Orlando da Silva – CEFET – MG
Prof. Dr. Mauro Lúcio Leitão Condé (orientador) – História - UFMG
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3
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais, pela educação, pelo apoio e pela compreensão nas
minhas escolhas profissionais, sem eles a minha formação não teria sido possível.
Agradeço ao Professor Doutor Mauro Lúcio Leitão Condé, cuja valiosa orientação ao
longo dos últimos anos guiou-me pelo fascinante caminho da história da ciência.
Agradeço-o pelo seu apoio, paciência, disponibilidade e, sobretudo, por ter aberto,
através do seu trabalho, esta grande possibilidade para mim e parar tantos outros colegas.
Agradeço aos demais professores do
Scientia
: Grupo de História e Teoria da Ciência,
pois certamente aprendi um pouco com cada um deles. Agradeço aos meus colegas, pelos
debates e discussões em grupo e individualmente, especialmente ao meu amigo
Dilhermando Ferreira Campos. Agradeço ao meu amigo Shawn Khristian Mullet, cujo
apoio incondicional nos Estados Unidos tornou possível a minha pesquisa nas bibliotecas
da Harvard e do MIT. Agradeço ao CNPq, pela bolsa que me permitiu a dedicação
exclusiva à minha pesquisa.
4
RESUMO
Esta dissertação é sobre a historia do atomismo em três períodos distintos: i) o
período Antigo, do século V a.C. ao século I da era cristã, de Demócrito a Lucrécio, ii) o
período Moderno, do século XVII ao século XIX, de Thomas Harriot a Thomson e iii) o
período Contemporâneo, de 1900 a 1930, de Jean Perrin a Niels Bohr. O atomismo antigo
será visto como a construção de uma imagem sintático-semântica do conhecimento
científico enquanto o atomismo do século XX será visto como uma desconstrução desta
imagem. A causalidade, no sentido de causa eficiente, e o reducionismo serão entendidos
como a base do atomismo e serão discutidos por toda a dissertação.
ABSTRACT
This dissertation is about the history of atomism in three distinct periods: i) the
Ancient period, from the 5
th
century BC to the 1
st
century AD, from Democritus to
Lucretius, ii) the Modern period, from the seventeenth century to the nineteenth century,
from Thomas Harriot to Thomson and iii) the Contemporary period, from 1900 to 1930,
from Jean Perrin a Niels Bohr. The Ancient atomism will be seen as the construction of a
semantic-syntactic image of the scientific knowledge whilst the atomism of the twentieth
century will be seen as a deconstruction of this image. The causality, in the sense of
efficient cause, and the reductionism will be understood as the basis of the atomism and
will be discussed throughout the dissertation.
5
ÍNDICE
Introdução.........................................................................................................................................................................7
Capítulo 1 - O atomismo na Antiguidade e a constituição de uma imagem sintático-semântica do conhecimento
científico...........................................................................................................................................................................10
1.1) Considerações iniciais................................................................................................................................10
1.2) O nascimento do atomismo em Leucipo e Demócrito como solução ao paradoxo de Parmênides...........11
1.2.1) O desenvolvimento do racionalismo e do realismo e de uma imagem sintática do conhecimento
científico em Parmênides...........................................................................................................................11
1.2.2) O desenvolvimento da causalidade e do reducionismo e de uma imagem sintático-semântica do
conhecimento científico em Demócrito......................................................................................................16
1.3) As alternativas ao atomismo a as críticas ao reducionismo e à causalidade mecânica dos atomistas........19
1.3.1) Empédocles, Anaxágoras e Aristóteles.............................................................................................19
1.3.2) As críticas ao reducionismo..............................................................................................................23
1.3.3) As críticas à causalidade mecânica...................................................................................................26
1.4) A propagação do atomismo a partir de Epicuro..........................................................................................29
1.5) A propagação do atomismo a partir de Lucrécio........................................................................................31
1.6) O atomismo como reflexo das condições históricas do seu nascimento....................................................32
1.6.1) A
physis
e a estrutura da linguagem indo-européia..................................................................... ....34
1.6.2) O atomismo e a estrutura da escrita alfabética.................................................................................40
1.7) Considerações finais...................................................................................................................................43
Capítulo 2 - O atomismo na Modernidade e a consolidação de uma imagem sintático-semântica do conhecimento
científico..........................................................................................................................................................................45
2.1) Considerações iniciais................................................................................................................................45
2.2) O ressurgimento do atomismo no século XVII..........................................................................................45
2.2.1) O século XVII enquanto divisor de águas de duas maneiras diferentes de se refletir uma imagem
atômica do mundo............................................................................................................................................................45
2.2.2) O estabelecimento do atomismo na Inglaterra do século XVII........................................................48
2.2.3) As críticas de Berkeley ao reducionismo das qualidades primárias e o paradoxo da imagem
sintático-semântica do mundo...........................................................................................................................................57
2.2.4) O desenvolvimento da causalidade mecânica...................................................................................58
2.3) O desenvolvimento do atomismo no século XVIII.....................................................................................63
2.4) O advento do atomismo científico no século XIX......................................................................................64
2.5) Considerações finais....................................................................................................................................73
6
Capítulo 3 - O desenvolvimento da Física atômica no século XX e a desconstrução de uma imagem sintático-semântica
do conhecimento científico..............................................................................................................................................75
3.1) Considerações iniciais................................................................................................................................75
3.2) O modelo atômico de Rutherford...............................................................................................................75
3.3) O nascimento da física quântica.................................................................................................................78
3.4) O modelo atômico de Bohr........................................................................................................................82
3.5) O desenvolvimento da física quântica........................................................................................................85
3.6) O nascimento do princípio de complementaridade de Bohr e do princípio de incerteza de Heisenberg como
solução ao paradoxo da dualidade onda-partícula............................................................................................................91
3.7) O quarto número quântico e o estabelecimento do spin como uma propriedade da matéria......................97
3.8) A interpretação de Copenhague da dualidade onda-partícula e a desconstrução de uma imagem sintático-
semântica do conhecimento científico..............................................................................................................................101
3.9) Considerações finais...................................................................................................................................105
Conclusão........................................................................................................................................................................107
Bibliografia......................................................................................................................................................................111
7
INTRODUÇÃO
Neste trabalho vamos estudar a história do atomismo nos seguintes períodos: i) antigo, dos
séculos V a.C. ao século I da era cristã, de Demócrito a Lucrécio, ii) moderno, dos séculos XVII ao
XIX, de Thomas Harriot a Thomson e iii) contemporâneo, de 1900 a 1930, de Jean Perrin a Niels
Bohr. O objetivo deste trabalho é mostrar, através da história do atomismo, como uma imagem
sintático-semântica do conhecimento científico, baseada no reducionismo e na causalidade
mecânica, foi construída na Antigüidade, consolidada na ciência moderna e finalmente
desconstruída no início do século XX.
A sintaxe, a semântica e a pragmática são categorias lingüísticas que utilizamos neste
trabalho para expressar com mais precisão este movimento de mudança na nossa imagem do
conhecimento científico. A sintaxe, dentro do discurso, é entendida como a relação entre os signos.
A semântica, por outro lado, como a relação entre os signos e os objetos. A pragmática, finalmente,
como a relação entre estes últimos e os falantes. Há, por exemplo, signos que se centram totalmente
na denotação, cuja dimensão sintática é nula. Há, por outro lado, signos que se reduzem à função de
implicação e não têm, por conseguinte, uma dimensão semântica (como são os signos
matemáticos). Há, ainda, signos que não têm intérpretes efetivos (como são as línguas mortas) e
que, portanto, não têm dimensão pragmática. A imagem sintático-semântica do conhecimento
científico é aquela que supõe a existência de um mundo exterior predefinido que, embora
independente das mentes que o apreendem, pode ser apreendido através de um modelo de
racionalidade que conhecemos como ciência. De acordo com esta imagem da ciência, a linguagem é
gerada por regras lógicas e por traços semânticos objetivos (o que a torna uma componente
autônoma da mente) e a função das teorias científicas é representar a intrinsicalidade dos objetos
investigados. O conhecimento, portanto, é entendido como representação. A dimensão pragmática,
segundo esta imagem, não contribui em nada ao conteúdo cognitivo de uma teoria, e a objetividade
da ciência, portanto, é definida em termos de estruturas existentes independentes da história da
produção científica. Por outro lado, a lingüística cognitiva, surgida na década de 80 e contrária a
esta concepção, partiu da rejeição deste postulado, comum às abordagens lingüísticas anteriores, da
autonomia da linguagem. A lingüística cognitiva é uma lingüística pragmaticamente orientada,
despida da distinção entre conteúdo lingüístico e extralingüístico, que entende a cognição como
resultado da nossa experiência individual e coletiva. Assim, a lingüística cognitiva é uma
abordagem da linguagem perspectivada, onde as unidades e as estruturas da linguagem são
estudadas não como entidades autônomas, mas como manifestações de capacidades cognitivas mais
8
gerais (como a organização conceitual, os mecanismos de processamento e a experiência cultural,
social e individual). Por isto que para a lingüística cognitiva a linguagem não reflete objetivamente
a realidade, mas impõe uma estrutura ao mundo, interpretando e construindo o próprio mundo. Para
a lingüística cognitiva a língua não é um fenômeno separado do raciocínio, mas uma das facetas do
pensamento humano importante para a compreensão do aparato cognitivo. Deste modo, obtemos
uma outra imagem do conhecimento científico na qual a dimensão pragmática se integra às demais
dimensões do discurso da ciência. É desta forma que veremos neste trabalho como esta primeira
imagem da ciência foi construída na Grécia Antiga através das especulações dos primeiros
atomistas e como esta última imagem da ciência desconstruiu a primeira com o surgimento da teoria
atômica do século XX.
A causalidade mecânica e o reducionismo serão considerados os dois pontos fundamentais
do atomismo. A causalidade será encarada como realidade, categoria ou explicação respondendo a
pergunta “por quê” que pode ser usada tanto para se entender o desenvolvimento dos fenômenos
físicos quanto o desenrolar histórico das idéias. No que se refere ao modelo do que seja uma
explicação científica rigorosa, um dos pontos centrais do grande êxito da ciência moderna e do seu
caráter revolucionário foi a rejeição da teoria causal aristotélica e a adoção exclusiva da explicação
por causas mecânicas. A causa mecânica foi substituída pelo termo força e identificada e medida
como aquilo que é responsável pela mudança do movimento. Esta transição foi grandemente
instigada pela reintrodução do atomismo e a emergência da filosofia mecanicista no século XVII. A
partir do século XIX esta mesma linha de explicação será introduzida por Charles Darwin na
compreensão da evolução da história natural. Os conceitos de variação, seleção e transmissão são
utilizados para tornar inteligível a evolução dos organismos vivos dispensando a utilização de
estruturas ou formas
a priori
que supostamente funcionariam como fundamento desta evolução e,
conseqüentemente, como sua explicação. No século XX, de maneira um tanto análoga, modelos
evolucionários do pensamento científico surgiram - inspirados no behaviorismo, na análise
pragmática da linguagem e, posteriormente, nas ciências cognitivas - a fim de responderem e
superarem os desafios apresentados ao positivismo lógico e à filosofia pós-positivista da ciência que
introduziu a perspectiva histórica. O conhecimento científico, nesse panorama, é como um
organismo vivo que evolui independentemente de uma estrutura
a priori
para a sua evolução. A
causa ou motivo da sua evolução são as circunstâncias concretas do seu desenvolvimento. O
resultado desse desenvolvimento do conceito de causalidade é justamente a sua desconstrução como
mecanismo responsável por uma imagem ontológica do conhecimento científico.
9
O reducionismo será abordado nos seus diferentes aspectos, ontológico, epistemológico e
metodológico. O reducionismo ontológico é a redução de um domínio B a um domínio A como se
fossem ontologicamente idênticos, como a redução do mundo supralunar ao mundo sublunar, ou
das qualidades secundárias do mundo sensível verificado pelos nossos sentidos às qualidades
primárias do mundo matemático constituído de átomos e vazio. O reducionismo epistemológico é a
redefinição dos conceitos necessários para fazer uma descrição B em termos de conceitos mais
elementares de uma descrição A, da qual a descrição B pode ser derivada, como a redução da
matemática à lógica, ou da gramática superficial à gramática profunda, ou do fenômeno térmico ao
mecânico, ou do químico ao físico. O reducionismo metodológico é a redução de um esquema de
explicação A a um esquema de explicação B, como a redução do paradigma e do modelo que as
ciências humanas empregam para conhecer a realidade humano-social ao paradigma e modelo das
ciências exatas, ou da sociologia à biologia, ou do vivo ao não-vivo. O reducionismo, em todos os
seus aspectos, nos conduz a uma série de antinomias e paradoxos que são devidos a argumentos
circulares ou reflexivos. No entanto, um argumento não-reducionista, que poderia evitar esta
circularidade, é possível apenas na medida em que faz referência ao contexto de seu discurso.
Assim, o contexto dos nossos argumentos é a história de uma das idéias mais duradouras e fecundas
da civilização ocidental, o átomo.
A história do atomismo na Antiguidade, de Demócrito a Lucrécio, será abordada no
primeiro capítulo, o período moderno, de Thomas Harriot a Thomson, será objeto do segundo
capítulo, e o desenvolvimento da física atômica no século XX, de Jean Perrin até Niels Bohr, será
tratado no terceiro e último capítulo. Com relação aos autores dos períodos antigo e moderno,
adotaremos principalmente fontes secundárias. No que se refere aos autores do século XX
adotaremos preferencialmente fontes primárias. O atomismo, no sentido mais amplo, significa a
redução de um fenômeno complexo a fatores unitários simples. Esta definição inclui o atomismo
epistemológico (a doutrina das unidades da percepção), o atomismo lingüístico (o uso de um
alfabeto), o atomismo lógico (a postulação de unidades proposicionais), o atomismo biológico (a
pressuposição de células discretas), e uma variedade de tipos de atomismo social, econômico,
psicológico e, o que constitui o alvo de nosso trabalho, físico.
10
CAPÍTULO 1
O atomismo na Antigüidade e a constituição de uma imagem sintático-semântica do
conhecimento científico
1.1) Considerações iniciais.
Neste capítulo, vamos observar como o atomismo surgiu na Grécia Antiga a fim de atender
uma demanda por um conhecimento objetivo e, por conseguinte, construiu uma das imagens
sintático-semânticas do conhecimento científico mais poderosas e duradouras da história da ciência.
O realismo e o racionalismo, doutrinas centrais na construção da ciência grega, buscaram responder
por este conhecimento objetivo. Contudo, foi somente com Parmênides que estas doutrinas foram
totalmente explicitadas e levadas às suas últimas conseqüências, o que resultou numa concepção
puramente sintática da ciência, isto é, na negação de tudo quanto não seja completamente
transparente ao pensamento racional, e ainda ao pensamento racional baseado no princípio
ontológico de identidade. Os paradoxos decorrentes desta imagem do conhecimento científico
conduziram os filósofos pós-eleatas à dimensão semântica do conhecimento científico, ou seja, à
recuperação dos objetos do mundo sensível na imagem da ciência. Tal efeito foi produzido pela
reflexão e pela introdução do conceito de causa na ciência grega. No caso dos atomistas isto
significou a adesão a uma causalidade puramente mecânica e a um completo reducionismo
ontológico, epistemológico e metodológico. Contudo, apesar do atomismo ter surgido como uma
das soluções ao paradoxo de Parmênides, outros programas, dos quais mencionaremos aqueles de
Empédocles, Anaxágoras e Aristóteles, também responderam ao mesmo dilema. Portanto, todas
estas propostas para o pensamento científico, o que equivale dizer para o conhecimento objetivo,
coexistiram com o atomismo por muitos séculos. As críticas que estes programas concorrentes
produziram contra o reducionismo e à causalidade mecânica dos atomistas produziram algumas das
mais fecundas discussões sobre o caráter ontológico, epistemológico e metodológico do
conhecimento científico. Por fim, mostraremos, ao final deste capítulo, como que uma análise que
inclua a dimensão pragmática da construção do pensamento científico - o que nos conduzirá à
discussão da estrutura das línguas indo-européias e da escrita alfabética assim como do contexto do
nascimento da
physis
- pode nos apresentar um aspecto histórico do processo cognitivo que era
estranho à descrição atômica do mundo deste período.
11
1.2) O nascimento do princípio de causalidade e do atomismo em Leucipo e Demócrito
como solução ao paradoxo de Parmênides.
Erwin Schrödinger, como um dos principais expoentes das mudanças revolucionárias na
nossa compreensão da Natureza na escala microfísica, refletiu profundamente sobre temas de
filosofia e história das idéias. No seu trabalho intitulado
A Natureza e os Gregos
, conjunto de
conferências proferidas no University College de Londres em 1948, Schrödinger começa
justificando os motivos que o fizeram regressar ao pensamento da Antiguidade. Ele afirma que o
seu objetivo é provar que as principais características fundamentais e peculiares da atual perspectiva
científica mundial são produzidas historicamente (e não são, portanto, logicamente necessárias). O
físico austríaco ainda declara que o seu estudo histórico foi uma reação ao exemplo de Ernst Mach,
e que não constitui simplesmente um passatempo pessoal ou uma perda de tempo do ponto de vista
profissional, mas que se justifica pela esperança de vir a ganhar algo mais para a compreensão da
ciência moderna e, assim, também para a compreensão da física moderna.
1
Analogamente, Werner
Heisenberg escreveu extensamente sobre filosofia, história das idéias e o desenvolvimento da física
atômica. Na sua obra
A Imagem da Natureza na Física Moderna
, Heisenberg expõe as relações
entre a cultura humanística, a ciência e o ocidente e assevera que dificilmente podemos ocupar-nos
da física atômica sem conhecermos a filosofia grega da natureza.
2
Portanto, fazemos os motivos
destes dois pensadores os nossos para realizarmos uma regressão tão longínqua ao berço do
atomismo ocidental.
1.2.1) O desenvolvimento do racionalismo e do realismo e de uma imagem sintática do
conhecimento científico em Parmênides.
O período da filosofia antiga que nos interessa abordar, a fim de entender o surgimento do
atomismo, é aquele chamado de naturalista (século V a.C.), caracterizado pelo problema da
physis
,
ou seja, pelo problema cosmo-ontológico (jônicos, pitagóricos, eleatas e pluralistas). As
características definidoras da filosofia antiga, segundo Giovanni Reale
3
, no geral, são: i) quanto ao
conteúdo ela quer explicar a totalidade das coisas, ou seja, toda a realidade; ii) quanto ao método ela
1
Erwin Schrödinger,
A Natureza e os Gregos e Ciência e Humanismo
, Capítulo 1 – Os motivos para regressar ao
pensamento da Antiguidade
,
Edições 70, Lisboa, Portugal.
2
Werner Heisenberg,
A Imagem da Natureza na Física Moderna
, Capítulo 3 – Átomos e cultura humanística, Edição
Livros do Brasil, Lisboa, Portugal.
3
Giovanni Reale,
História da Filosofia Antiga I – Das origens a Sócrates
, Edições Loyola, São Paulo, SP.
12
quer ser explicação puramente racional desta totalidade que é seu objeto; e iii) quanto ao escopo ela
visa simplesmente a busca da verdade por si mesma, prescindindo das suas utilizações práticas (o
que vai distanciar o atomismo dos antigos do atomismo dos modernos).
No caso específico dos naturalistas esta totalidade das coisas é justamente a
physis
, termo
normalmente traduzido por “natureza”, não no sentido hodierno, mas no sentido de substância
fundamental. A aceitabilidade desta tradução é justificada pelo sentido etimológico da palavra
“natureza”, termo derivado do vocábulo latino
natura
. De fato,
physis
é o nome que corresponde ao
verbo grego que significa “produzir”, “fazer crescer”, “gerar”, “formar-se”. Da mesma maneira,
natura
é o nome que corresponde ao verbo
nascor
(infinitivo
nasci
), que significa também “nascer”,
“formar-se”, “começar”, “ser produzido”. A totalidade do real é para os naturalistas esta
physis
ou
natura
, enquanto “o que surge”, “o que nasce”, “o que é gerado (ou gera)”, e o problema filosófico
por excelência é o cosmológico, a questão sobre como surge o cosmo, qual o seu princípio, ou a sua
substância, quais são as suas fases e os momentos da sua geração. O termo “cosmo”, vale lembrar,
significa “ordem” e foi introduzido pelos pitagóricos, dotando a totalidade do real de um sentido
que não se encontrava no “caos” hesiodiano. O “cosmo”, do qual se indaga a origem e o princípio
regulador, é, por isto, cognoscível, inteligível, permeável ao pensamento, o que satisfaz a exigência
de explicação racional. Neste sentido, também é dito que
physis
equivale ao αρχη, termo transcrito
como
arché
, traduzido como “princípio”, e provavelmente introduzido por Anaximandro para
significar a realidade primeira e última das coisas. Portanto, o “princípio” significa, ainda segundo
Reale: i) a fonte ou origem das coisas, ii) foz ou termo último das coisas, e iii) permanente sustento
(como um termo posterior) das coisas.
Os milesianos (Tales, Anaximandro e Anaxímenes) e Heráclito, conjuntamente conhecidos
como jônicos, responderam, como é bem sabido, cada um à sua maneira, à questão do princípio, ou
da substância fundamental. Tales encontrou na “água” o princípio único e causador de todas as
coisas, aquilo de que e em que tudo subsiste, pois tudo é penetrado pela “água”. Anaximandro
sustentou que o
ápeiron
, o que é privado de
peras
, ou seja, de limites ou determinações,
imperfeitamente traduzido como o infinito ou ilimitado, é a realidade que permanece idêntica na
transformação das suas afecções. Anaxímenes ponderou o “ar” a realidade que continua a existir
intransformada, pois este se diferencia nas várias substâncias segundo o seu grau de rarefação ou
condensação. O “ar” dilatando-se dá origem ao fogo, enquanto condensando-se dá origem
progressivamente à água, à terra e às pedras. Heráclito, por outro lado, julgou que uma vez que nada
permanece e tudo devém, apenas o próprio devir das coisas é permanente, e as coisas só têm
realidade no perene devir. O elemento que exprime de maneira exemplar a perene mutação é o
13
“fogo”, assim, este é o princípio fundamental para Heráclito. Heisenberg afirma, com muita
exatidão, em
Física e Filosofia
, que a física moderna está, sob um certo ponto de vista,
extremamente próximo das doutrinas de Heráclito. Ao substituirmos a palavra “fogo” por
“energia”, poderemos quase repetir as afirmações de Heráclito, palavra por palavra, segundo o
nosso ponto de vista moderno.
4
Não é sem motivos que Schrödinger assevera, em
A Natureza e os
Gregos
, que os cientistas estão muito mais inclinados a considerar os jônicos e Demócrito como os
seus antepassados espirituais, do que os demais filósofos e escolas filosóficas da antiguidade. No
entanto não é o caso de entrarmos em detalhes doxográficos a respeito da opinião destes pensadores
sobre o princípio (
arché
) supracitado para cada um deles, porquanto basta-nos compreender como
Parmênides formulou posteriormente a questão. Contudo, Parmênides, segundo nos informa
Diógenes Laércio, foi introduzido à filosofia através do pitagórico Amínia, o que nos conduz a uma
breve digressão sobre a contribuição dos pitagóricos a esta discussão à frente de adentrarmos no
pensamento dos eleatas propriamente.
Os pitagóricos, ao notarem uma série de fenômenos naturais traduzíveis em relações e
proporções matemáticas, fizeram a primeira feliz redução da qualidade à quantidade dando o
primeiro passo para a matematização da experiência humana. Eles foram conduzidos a considerar,
segundo afirma Aristóteles na
Metafísica
, os números e os elementos constitutivos dos números o
princípio de todas as coisas. A diferença mais relevante que distancia a filosofia pitagórica das
doutrinas dos filósofos jônicos é que uma vez que a realidade primeira é constituída de números, é a
ordem da natureza, que se comporta ao modo da racionalidade da mente humana, que passa a ser o
seu fundamento, e não o material do qual ela possa ser feita. Os pitagóricos associaram, por
exemplo, os quatro elementos aos sólidos regulares: a terra ao cubo, o fogo à pirâmide, o ar ao
octaedro e a água ao icosaedro reduzindo todas as coisas do “cosmo” ao número e,
conseqüentemente, à inteligibilidade do pensamento. Parmênides, a partir desta imaterialidade e
inteligibilidade do fundamento da natureza dada pelos pitagóricos, elaborou algo completamente
novo e revolucionário no âmbito da filosofia dos naturalistas.
A cosmologia, temática comum aos filósofos jônicos, e, até certo ponto, aos pitagóricos,
transforma-se consideravelmente com Parmênides tornando-se uma ontologia. Parmênides nasceu
na segunda metade do século VI a.C., em Eléia, onde fundou a escola eleata, e morreu em torno da
metade do século V a.C.. Chegou-nos de Parmênides apenas um poema, cujo prólogo temos
integralmente, a primeira parte quase toda, e alguns fragmentos da segunda. Os filósofos jônicos e
4
Werner Heisenberg,
Física e Filosofia
, Capítulo 4 – A teoria quântica e as raízes da ciência atômica - Editora
Universidade de Brasília, Brasília, DF.
14
os pitagóricos enamoraram-se com a sugestão que o mundo da experiência real participava de
alguma forma com a natureza do pensamento, e que, desta maneira, a razão poderia ser o princípio
de sua investigação. Eles procuraram, cada um ao seu modo, encontrar na natureza um princípio
que fosse concorde a esta razão. Parmênides, por sua vez, concluiu que um tal princípio não era
uma generalização da experiência, mas uma verdade evidente em si mesma. No seu poema, o
filósofo eleata afirma que o mesmo é o ser e o pensar, o que nos leva a entender que a estrutura dos
seres reais e a estrutura do pensamento são a mesma, o que os pitagóricos de alguma maneira tácita
já nos indicava. Uma vez que a estrutura fundamental do ser é a mesma estrutura fundamental do
pensamento, isto significa que investigando a estrutura fundamental do pensamento podemos
investigar a estrutura fundamental do ser. De fato foi o que Parmênides se propôs a fazer ao buscar
pelo pensamento o que caracterizava o ser, e a partir daí tirar as suas conseqüências. O princípio da
veracidade, que para Parmênides define o ser, é então:
o ser é e não pode não ser, o não ser não é e
não pode ser de modo algum
, o contrário disto, ou seja, negar o ser ou afirmar o não-ser, é a
absoluta falsidade.
Este grande preceito parmenidiano é a primeira formulação do princípio de identidade, e,
por decorrência, do princípio de não-contradição, embora não na sua qualidade lógica e
gnosiológica, que será apresentada apenas por Aristóteles, mas apenas na sua conotação ontológica.
A partir desta premissa maior, as demais proposições a respeito do ser apresentadas no poema de
Parmênides são apenas conseqüências necessárias. O ser deve ser
ingênito
e
incorruptível
, pois caso
tenha sido gerado teria se derivado do não-ser, e caso venha a se corromper deixará de ser, o que em
todo caso é uma contradição. O ser, portanto, não pode possuir nem passado e nem futuro, deve ser
um
eterno
presente. Além disso, precisa ser absolutamente
imóvel
e
imutável
, pois a locomoção e a
alteração exigem a passagem do ser ao não-ser e vice-versa. Pelo mesmo motivo deve ser
indivisível
e todo
igual
, já que qualquer parte ou diferença implica o não-ser. Assim, o ser se
apresenta numa
unidade
, pois a multiplicidade implica o não-ser, argumento que será
posteriormente melhor defendido pelos eleatas Zenão (notório pelos paradoxos de Zenão) e
Melisso. Em suma, a única verdade é o ser
ingênito
,
incorruptível
,
eterno
,
imóvel
,
imutável
,
indivisível
,
igual
e
uno
.
Desta forma entendemos o paradoxo de Parmênides ao reexaminarmos os seu argumentos:
I)
Gênese
e
corrupção
são ininteligíveis e, portanto, impossíveis.
II)
Alteração
e
locomoção
implicam gênese e corrupção.
III) Alteração e locomoção são impossíveis.
IV) Os objetos dos nossos sentidos sofrem alteração e locomoção.
15
V) O que é real é imutável.
VI) Os objetos dos nossos sentidos não são reais.
De fato, é impossível para os nossos sentidos reconhecer qualquer coisa no mundo que seja
como o ser parmenídico, e a aporia que Parmênides legou, para os filósofos posteriores, foi
exatamente o modo como proceder a reconstrução do mundo fenomênico respeitando o supremo
princípio, ou seja, afirmando o ser e negando o não-ser. Para os eleatas as entidades genuínas são
eternas, uma tese que terá uma história longa e fascinante no pensamento ocidental. Todos os
chamados filósofos pluralistas, não somente Leucipo e Demócrito, mas também Empédocles e
Anaxágoras, aceitaram a tese I. O grande problema para estes filósofos foi reconciliar a tese I com
os fatos da experiência cotidiana a fim de resolver o paradoxo de Parmênides. Para tanto eles
tiveram que negar a tese II, pois caso contrário a tese III segue necessariamente e, por conseguinte,
somos levados à paradoxal tese VI.
Assim, podemos concluir este breve sobrevôo sobre o despertar da filosofia antiga
salientando os seguintes pontos: i) o racionalismo metafísico-epistemológico se desenvolveu a
partir de um método de abordagem da realidade que acabou por se tornar, em Parmênides, a própria
realidade, ii) o realismo surgiu de maneira subjacente e quase silenciosa na própria formulação do
problema da
physis
se tornando concomitante ao racionalismo, iii) a filosofia eleata se fechou numa
conotação puramente sintática do conhecimento científico, baseado no princípio de identidade, sem
fazer referência aos objetos da experiência, e iv) o atomismo apareceu, como veremos, como uma
das soluções ao paradoxo deixado pelos eleatas. Assim, podemos dizer que o paradoxo de
Parmênides, que resultou de uma noção exclusivamente sintática, ou lógica, do sentido adicionou, a
fim de solucionar o problema, uma dimensão semântica à imagem do conhecimento científico.
O realismo é patente na concepção de
physis
, pois uma realidade primeira, originária e
fundamental existe apenas na medida em que se subentende uma oposição ao que é secundário,
derivado e transitório, ou seja, uma oposição entre o real, como objeto existente em si, e o ilusório,
como as impressões do sujeito. O racionalismo, por outro lado, é a vereda de acesso a esta realidade
que existe independente da experiência atestada pelos nossos sentidos. Assim, notamos que embora
a colocação, e em parte a solução, dos problemas apresentados pelos filósofos naturalistas gregos
parecesse universal a estes agentes históricos, para o observador, e, portanto, para o historiador, a
própria formulação dos problemas (como a presença tácita do racionalismo e do realismo no
problema da
physis
) foi resultado das condições históricas nas quais seus agentes estavam inseridos.
Ao final deste capítulo vamos nos deter em algumas destas condições históricas que cumpriram a
16
função de matriz para a construção desta visão de mundo. Por ora prosseguimos com o estudo do
surgimento do atomismo na Grécia Antiga a partir do eleatismo.
1.2.2) O desenvolvimento da causalidade e do reducionismo e de uma imagem sintático-
semântica do conhecimento científico em Demócrito.
Por um lado, os filósofos eleatas Zenão e Melisso elaboraram estratagemas, a despeito do
paradoxo de Parmênides, para defender o eleatismo, e por outro, os filósofos chamados pluralistas,
Empédocles, Anaxágoras e os atomistas (Leucipo e Demócrito), buscaram conciliar o eleatismo
com os fenômenos. Aristóteles, na sua obra
A geração e a corrupção
, parece ter sido o primeiro
historiador da filosofia grega a pintar a origem do atomismo como um espécie de solução à
contradição apresentada pelo eleatismo. Hegel, para quem este modelo dialético endossava o seu
método, sustentou a mesma explicação. Posteriormente Hegel foi seguido por outros filósofos
importantes, como Nietzsche, e historiadores mais recentes, como Zeller, Erdmann, Burnet e
Reale.
5
Além disto, Leucipo parece ter conhecido a problemática eleata perfeitamente, pois segundo
Aristóteles foi discípulo direto de Zenão e Melisso.
6
Leucipo, que viveu no século V a.C., é considerado o fundador do atomismo, embora as
indicações sobre ele sejam escassas. As duas obras atribuídas a Leucipo são
A Grande Ordem do
Mundo
e
Sobre a Inteligência
. Apenas através da segunda temos um fragmento direto, no resto há
apenas testemunhos indiretos. Demócrito, que nasceu em 460 a.C. e a quem são atribuídas inúmeras
obras, foi seu discípulo e em seguida sucessor na direção da sua escola em Abdera. Aristóteles, ao
reconstruir o pensamento atomista através da sua relação com o eleatismo, nos informa que os
atomistas pensavam que caso qualquer grandeza fosse divisível ao infinito, não haveria mais nada, e
então não haveria mais ser. Assim, é preciso que a divisão não prossiga ao infinito, fazendo do ser
justamente esta unidade indivisível. Logo, os átomos são, para Demócrito, a fragmentação do ser-
uno eleata em inúmeros seres-unos ingênitos, incorruptíveis, eternos, indivisíveis e idênticos. Além
disto, o filósofo de Abdera observa que o pensamento é movimento, e uma vez que, como mostram
os eleatas, o pensamento tem realidade, demonstra-se a realidade do movimento. No entanto, para
haver movimento é necessária a existência do espaço vazio, o que leva Demócrito a presumir a
existência do não-ser corpóreo. Desta forma tudo o que existe são os átomos (o descontínuo
corpóreo), e o vazio (o contínuo incorpóreo), que é condição de possibilidade do movimento. Os
5
Entretanto houve, historicamente, objeções a esta interpretação, como aquela de A. W. Benn em
The Origin of Atomic
Theory
, Mind, New Series, Vol. 20, No. 79 (1911).
6
Diels-Kranz 67 A1, A4, A10.
17
átomos são qualitativamente idênticos - o que preserva a exigência dos eleatas - embora distintos
por atributos geométricos de
forma
,
tamanho
e
posição
, e, quando agrupados, pelo
arranjo
, o que
explica as qualidades diferentes que atestamos pelos sentidos. Na
Metafísica
, Aristóteles ilustra
estas diferenças geométricas através das letras do alfabeto, onde A se diferencia de N pela
forma
,
AN se diferencia de NA pelo
arranjo
e (deitado) de H (em pé) pela
posição
. O tamanho atômico,
embora desempenhe um fator explanatório relevante em Demócrito, não é incluído nesta lista de
Aristóteles. Os átomos ainda possuiriam um significado diferente de qualquer acepção moderna,
pois para os abderianos o átomo não é subentendido como substância, mas como
forma
, sendo
visível apenas ao intelecto. Demócrito designava a forma com o termo
rysmós
que exprime a idéia
de forma dinâmica, termo mais arcaico que Aristóteles substituiu, na sua exposição do atomismo,
por
schema
.
Desta forma os atomistas responderam ao desafio de Parmênides reconciliando os
fenômenos da experiência, ao torná-los inteligíveis, com a metafísica eleata. Se por um lado a razão
exige uma realidade que mantenha a sua própria identidade, e por outro os sentidos revelam um
mundo fenomênico em constante mudança, a teoria atômica logra explicar o último com base no
primeiro. O atomismo harmoniza a perene mutação heraclitiana com o ser parmenídico. Os átomos
são a absoluta realidade,
eternos
e
imutáveis
, que reunindo-se dão lugar à
geração
e separando-se à
corrupção
. A
alteração
qualitativa dos objetos dos sentidos são explicados então pela relação
meramente geométrica dos átomos, que são, eles mesmos, despidos de qualidades. O filósofo de
Abdera satisfez assim a necessidade de uma realidade imutável sem ter de considerar os objetos dos
nossos sentidos como meramente ilusórios. “Demócrito criticou os dados da sensação a fim de
evitar o realismo ingênuo, porém considerou o status do sensível como um intermediário entre o
falso e o verdadeiro.”
7
Demócrito almejava com esta descrição realista combater o relativismo do seu conterrâneo
Protágoras, distinguindo o conhecimento da physis, que seria a descrição atômica racionalmente
apreendida da constituição da realidade, independente da “medida humana”, de outro
conhecimento, que exprimiria apenas a percepção do sujeito perante o eflúvio de átomos que
chegam aos seus sentidos. O famoso fragmento testifica a intenção de Demócrito: “Por convenção
existe o doce e o amargo, por convenção há o quente e o frio, por convenção há a cor, mas na
verdade há somente átomos e vazio.”
8
7
Jean Salen,
L’Atomisme Antique – Démocrite, Épicure, Lucrèce
, Capítulo 1 – Le racionalisme de Démocrite, página
40, Librairie Générale Française, 1997.
8
Diels-Kranz, 68 B 37.
18
Deste modo, sabores, cores e odores existem somente como estados mentais subjetivos, os
quais surgem em nós em virtude das modificações provocadas em nossos corpos devido ao impacto
do eflúvio de átomos transmitidos pelos objetos. Portanto, estas qualidades, embora subjetivas,
possuem um fundamento causal objetivo nas coisas. Assim, tem sido atribuído a Demócrito a
diferenciação entre qualidades primárias e qualidades secundárias. As qualidades primárias (forma,
tamanho e posição) sempre se conservam nos corpos independente das alterações e mudanças que
este sofra, e por isso são causas, e as qualidades secundárias (como cor, som, gosto e odor) são
efeitos da operação das coisas em nós. A
causalidade
é então responsável pela cópula entre o
mundo racional e inteligível da realidade concebida por Parmênides (transformada em átomos e
vazio pelos atomistas) e o mundo subjetivo e aparentemente ininteligível dos fenômenos. O
reducionismo
, que na sua acepção epistemológica já havia aparecido junto à idéia de
physis
, ou
arché
, amadurece com os atomistas, pois estes derivam todas as determinações qualitativas
fenomênicas de determinações quantitativas geométricas. Aristóteles, como um dos principais
críticos ao programa reducionista dos atomistas, discerniu muito bem a estrutura essencial deste
programa ao afirmar que para Leucipo e Demócrito as diferenças nos elementos (átomos e vazio)
são as causas de todas outras qualidades.
9
Demócrito diferencia, por exemplo, os “elementos” fogo, terra, água e ar pelo tamanho e
pela forma dos átomos. Os átomos de fogo são esferas, já que apresentam maior mobilidade e assim
são capazes de entremear por todos os lugares. Enquanto a terra, a água e o ar são diferenciados
pelo tamanho relativo dos átomos. Propriedades como o odor e o sabor são também explicados em
termos da forma atômica. De maneira geral uma figura arredondada e lisa é associada a sabores e
cheiros agradáveis, como o doce, enquanto uma figura angular e áspera é associada ao salgado e ao
amargo. As cores, por outro lado, estão relacionadas ao arranjo dos átomos de um corpo. Assim,
quando o arranjo dos átomos da superfície de um objeto muda, ele altera a sua cor. As propriedades,
portanto, não estão nos objetos, mas são subjetivas, muito embora exista um sustentáculo causal
para elas, o que torna inteligível a sua alteração. A partir destes exemplos podemos entender como
o reducionismo de Demócrito, das qualidades secundárias às qualidades primárias, através do
princípio de causalidade, ergueu uma dimensão semântica ao realismo de Parmênides, que era
estigmatizado pelo racionalismo. Demócrito faz referência aos objetos da experiência sensível ao
mesmo tempo em que respeita o princípio racional de identidade.
9
Andrew Pyle,
Atomism and its Critics – From Democritus to Newton
, Capítulo 3 – Reductionism and its Critics,
página 104, Thoemmes Press, University of Bristol, 1997.
19
Os átomos ainda se moveriam ao acaso, no sentido de não visar uma causa final, porém
haveria três diferentes formas de movimento: i) o movimento caótico, como a poeira ao ser
iluminada por um feixe de luz que saia da fresta de uma janela, ii) o movimento dos átomos que se
juntam, átomos semelhantes se agregando entre si e formando desta maneira o mundo, e iii) o
movimento dos átomos que se libertam, como são os perfumes ao saírem do frasco. Os átomos
estariam originária e eternamente em movimento pela sua própria natureza, sendo infinito em
número. O cosmo, portanto infinito, seria produzido unicamente pelos átomos e pelo movimento e
tudo se explicaria de modo rigorosamente mecânico e necessário, nada aconteceria e nada seria
pensável sem a sua causa. Demócrito haveria afirmado que preferia encontrar uma única explicação
causal de qualquer fenômeno do que apoderar-se do reino dos persas.
Enfim, podemos condensar a originalidade trazida pelos atomistas aos seguintes pontos: i) o
reducionismo ontológico surgiu da necessidade de se defender a inteligibilidade do mundo sensível
derivando-o do mundo imutável das qualidades geométricas, ii) a causalidade mecânica apareceu
como única forma de causa que tem como função ligar o mundo das qualidades primárias ao mundo
das qualidades secundárias e iii) acrescentou-se uma dimensão semântica ao racionalismo de
Parmênides fazendo referência ao mundo sensível, prescindindo, no entanto, da inclusão do sujeito
conhecedor na descrição da realidade. Assim, o atomismo respondeu à demanda por objetividade.
Contudo, esta imagem do conhecimento científico e da realidade não se tornou nem hegemônica e
nem passou despida de críticas, o que veremos a seguir.
1.3) As alternativas ao atomismo a as críticas ao reducionismo e à causalidade mecânica dos
atomistas.
1.3.1) Empédocles, Anaxágoras e Aristóteles.
Caso rejeitássemos o projeto de redutibilidade proposto pelos atomistas, nunca amplamente
aceito na Antigüidade, das qualidades secundárias às qualidades primárias, ainda assim
encontraríamos uma solução ao desafio eleata? A resposta é afirmativa. Empédocles, por exemplo,
através da doutrina dos quatro elementos e das forças cósmicas do amor e do ódio, foi o primeiro a
tentar resolver a aporia eleata, pacificando o ser que nunca nasce e nunca morre com os fenômenos
atestados pela experiência. O nascimento e a morte são apenas a mistura ou a dissolução de
substâncias ingênitas e indestrutíveis que formam as raízes de todas as coisas, que são a terra, o
20
fogo, a água e o ar. A teoria dos quatro elementos de Empédocles, que surge na tradição médica
grega, está presente também em Platão e Aristóteles.
Anaxágoras, posteriormente, também aceitou a tese I de Parmênides e a conciliou com os
fenômenos, prescindindo, no entanto, do reducionismo dos atomistas e de Empédocles. Anaxágoras
considerou que as qualidades originárias de toda espécie de coisas são sementes, chamadas
homeomerias
, qualitativamente idênticas e infinitas em número, que possuem em si mesmas tudo o
mais que existe. Assim, “tudo está em tudo”
10
e as sementes possuem em si todos os estágios do
nascimento, do desenvolvimento e do crescimento de cada pedaço da totalidade das coisas. No
início do cosmo haveria somente uma mescla originária, uniforme e homogênea de todas as
qualidades contrárias. Então, devido à influência da “inteligência divina”, coisas distintas
começaram a emergir e a separar-se desta sopa primordial. Contudo, toda substância ainda possui as
sementes de todas as outras, jamais passando por geração ou corrupção, mas somente tornando
algumas das qualidades destas sementes manifestas, enquanto outras permanecem latentes. Logo,
como qualquer substância pode ser feita de qualquer outra, a substância como um todo se conserva
e nada é realmente gerado ou destruído.
Todavia, a principal alternativa à teoria atômica, de onde surgiram os principais argumentos
críticos que terão grande importância através de toda a história do atomismo, foi a física anti-
atomista de Aristóteles. O filósofo de Estagira reúne em poderosa síntese toda a especulação que o
precedeu. Portanto, a resposta que ele apresenta ao problema de Parmênides engloba o pensamento
de todos os filósofos compreendidos entre eles. Dentro desta ampla perspectiva Aristóteles
responde ao eleatismo dizendo que o “ser” não tem sentido unívoco, ao modo de Parmênides, mas
polívoco. O “ser” pode ser entendido i) como substância e acidente (o primeiro é o ser por si,
enquanto o segundo depende de outro ser), ii) como verdadeiro e falso (este é o ser lógico,
puramente mental, que só subsiste na razão), iii) segundo as diferentes categorias (os supremos
gêneros do ser, como a substância, a qualidade, o lugar, o agir e o padecer), e iv) segundo o ato e a
potência (como o trigo e a muda de trigo), que pode se aplicar a cada uma das diferentes categorias.
O centro unificador dos significados do ser é a substância, todas as demais significações têm uma
relação com esta idêntica realidade. A substância é o que não inere de outro e não se predica de
outro, um ente que pode subsistir por si.
11
A substância pode ser entendida como
matéria
, como entendiam os naturalistas, como
forma
, no sentido que Platão formulara anteriormente, ou como
sínolo
de matéria e forma, como
10
Diels-Kranz 59 B 4, B 6, B 10, B 12.
11
Giovanni Reale,
História da Filosofia Antiga II – Platão e Aristóteles
, Edições Loyola, 2ª edição, São Paulo, 2002.
21
entende o senso comum a coisa concreta. As substâncias existentes, desta maneira, seriam a
sensível, feita do sínolo de matéria e forma, e a supra-sensível, feita de pura forma. A substância
sensível pode ser corruptível, se formada dos elementos terra, fogo, água e ar, ou incorruptível, se
formada do elemento éter. As coisas corruptíveis são aquelas que sofrem geração, corrupção,
alteração e locomoção, enquanto as coisas incorruptíveis sofrem apenas locomoção. Assim,
Aristóteles divide o mundo em sublunar, das coisas do mundo corruptível em que vivemos, e
supralunar, das coisas incorruptíveis, constituídas pelos céus, os planetas e as estrelas. O
movimento dos objetos do mundo sublunar é aquele em que os elementos ocupam o seu lugar
natural, ou seja, os elementos pesados movem de cima para baixo e os leves de baixo para cima. O
movimento dos objetos do mundo supralunar é o movimento circular. Qualquer outra forma de
movimento é, segundo Aristóteles, um movimento forçado.
Aristóteles explica a mudança, portanto, como a passagem do ser em potência ao ser em ato
aplicado às categorias da substância, da qualidade e do lugar. A mudança segundo a substância é a
geração
e a
corrupção
, segundo a qualidade é a
alteração
e segundo o lugar é a
locomoção
, ou
movimento. A potência é a matéria que tem a capacidade de assumir ou receber a forma, enquanto a
forma é o ato que é condição, regra ou fim da potencialidade. Desta maneira, se considerarmos o ser
das coisas dinamicamente, temos como razão deste movimento a
causa final
, que é o fim ou escopo
do movimento, e a
causa eficiente
, ou motora, que é o que provoca o movimento. Por outro lado, se
considerarmos o ser das coisas estaticamente, nos basta a
causa material
, que é do que são feitas as
coisas (os elementos), e a
causa formal
, que é a essência ou forma das coisas.
Porém, para a formação dos elementos, que são as coisas mais simples capazes de existência
independente, a teoria da matéria de Aristóteles prevê também a existência de uma matéria
primordial e de quatro qualidades primordiais. Assim, aos
quatro elementos
, como substâncias
primordiais, junta-se, para formarem os princípios últimos do mundo sensível corruptível, as
quatro
qualidades
, como qualidades primordiais, a saber, o quente e o frio (pensadas como qualidades
ativas) e o seco e o úmido (pensadas como qualidades passivas). Contudo, as qualidades
primordiais não são concebidas como substâncias (capazes de existência independente) e existem
somente enquanto podem agir ou sofrer a ação de um substrato material. Assim, há também uma
matéria primordial
, comum a todos os corpos, mas também nunca existente desprovida de toda
forma, que é o substrato necessário para o agir ou o padecer das qualidades primárias. A matéria
primordial é indeterminada e desprovida de características. Portanto, nem a matéria primordial e
nem as qualidades primordiais podem ter existência separadas. Deste modo, como Aristóteles
explica a transição do ser em potência ao ser em ato através do efeito de uma causa formal agindo
22
sobre uma causa material, ele deriva os quatro elementos da ação exercida sobre a matéria
primordial pelos pares de qualidade primordiais:
matéria primordial + quente + seco = fogo
matéria primordial + quente + úmido = ar
matéria primordial + frio + seco = terra
matéria primordial + frio + úmido = água
Assim, temos uma alternativa qualitativa ao modelo reducionista dos atomistas. A razão ou
a proporção das quatro qualidades primordiais nos corpos compostos determinam suas outras
qualidades, como cor, sabor e cheiro. Enquanto a proporção característica dos elementos explica o
resto de suas propriedades, como brilho, viscosidade e aspereza. Logo, a teoria de Aristóteles não
tem dificuldade, pelo menos a princípio, de explicar toda a grande diversidade de corpos físicos
observados no mundo, ao reduzi-los às três fontes originárias dos corpos, a
matéria primordial
, e os
elementos
e as
qualidades primordiais
. O exemplo favorito dos último químicos peripatéticos é a
queima de um galho de árvore. A madeira quando queima emite chama (elemento fogo) e fumaça
(elemento ar), as pontas cortadas expelem seiva (elemento água) e as cinzas são deixadas como
resíduo (elemento terra). A decomposição dos corpos em seus elementos constituintes era então,
para os aristotélicos, um “dado” empírico. Ademais, uma conseqüência desta concepção é a idéia
quase natural de um mecanismo para a transformação mútua de todos os elementos. A mudança de
água em ar, por exemplo, pode ser entendida como o aumento na proporção do frio para o quente
com a permanência do úmido, que é a qualidade comum aos dois elementos.
Finalmente, concluímos enfatizando que a física de Empédocles, Anaxágoras e Aristóteles
apresentaram, na Antigüidade, soluções igualmente eficientes à aporia de Parmênides. Ademais,
como o químico e filósofo da ciência Emile Meyerson mostra na sua obra
Identité et Réalité
,
também a teoria do calórico, aceita durante todo o século XVIII, e a teoria cinética do calor podem
ser vistas como uma resposta às demandas feitas pela metafísica eleata, pois ambas postulam algum
suporte que permanece idêntico por detrás do fluxo superficial das mudanças qualitativas
manifestas na nossa experiência cotidiana. Assim, não podemos em hipótese alguma desprezar a
elaboração anti-atomista do filósofo estagirita, como nos adverte o historiador da ciência Alexandre
Koyré, no apêndice a Aristóteles,
Leçons de Physique
:
A física aristotélica está errada. Isto é bastante óbvio. Ela é completamente obsoleta. Contudo ela é,
mesmo assim, uma física, ou seja, uma teoria altamente elaborada, embora não matematicamente. Ela não é
nem rude expressão do senso comum nem uma fantasia infantil, mas uma teoria genuína, em outras palavras,
23
uma doutrina que começa dos dados do senso comum e os submete a uma análise sistemática, rigorosa e
extremamente coerente.
12
Por fim, estes outros modelos racionais de representação da realidade negavam
explicitamente alguns dos princípios fundamentais dos atomistas e, além disto, apresentavam
soluções a várias das críticas que os atomistas receberam e não puderam responder, como veremos
a partir de agora.
1.3.2) As críticas ao reducionismo.
Assumimos que o reducionismo epistemológico e metodológico é comum a quase a
totalidade dos programas deste período em questão, como o programa de Empédocles ou de
Aristóteles, de descrição racional do mundo natural. O motivo é que o projeto da
physis
que está na
base destes programas subentende uma realidade primária, ou
arché
, da qual todos os demais
domínios derivam. Contudo, o reducionismo ontológico é um passo além, dado pelos atomistas,
neste processo. Assim, quando mencionamos o reducionismo dos atomistas estamos
especificamente nos referindo a i) a redução da complexidade dos objetos do mundo sensível, com
suas qualidades secundárias e sua ordem intrínseca, ao mundo das propriedades geométricas dos
objetos atômicos qualitativamente idênticos, e ii) a idéia de objetos indivisíveis na natureza.
Enquanto Empédocles e Anaxágoras, por exemplo, derivavam as qualidades visíveis de originárias
diferenciações qualitativas dos elementos ou das sementes, os atomistas derivam todas as
determinações qualitativas fenomênicas de determinações quantitativas geométricas intrínsecas a
partículas indivisíveis. Vamos entender algumas das críticas a estes dois pontos do reducionismo
dos atomistas que são quase todas aristotélicas na sua origem.
a) a redução do todo e das qualidades às partes e às quantidades.
Aristóteles argumenta, e é seguido por vários críticos na Antigüidade, como Plutarco e
Galeno, que as características dos compostos (como unidade, organização e homogeneidade) não
podem emergir de uma agitação aleatória ou de um agregado casual de átomos qualitativamente
indistintos. Os corpos que observamos no mundo natural, como os animais e as plantas, não podem
ser explicados como mero resultado de uma série de colisões atômicas ininterruptas. Com efeito,
este é o tema central das reflexões do filósofo e epistemólogo moderno Gaston Bachelard na sua
12
Bernard Pullman,
The Atom in the History of Human Thought
, página 67, Oxford University Press, 1998.
24
exegese do atomismo, intitulada
Les Intuitions Atomistiques
, de 1933: “Apreende-se de fato o
átomo quando se analisam os fenômenos, contudo, por outro lado, apenas se justificaria o atomismo
através de um mecanismo de síntese, se pudéssemos clarificar como podemos conceber uma
combinação”.
13
Aristóteles, cuja ênfase na causa formal sobre a causa material explica a
composição dos corpos, afirmava, como foi citado no capítulo anterior,
14
que, para se entender a
unidade formada por uma coletividade de elementos, o todo deve ser considerado como algo
diferente da simples união de suas partes. Caso esta objeção possa ser sustentada, a teoria atômica
de Leucipo e Demócrito é falsa, ou, pelo menos, bastante inadequada.
O argumento seguinte de Aristóteles é sobre a experiência cotidiana da transformação de um
elemento em outro elemento, como a água evaporada que é transformada em ar. Um simples
exemplo como este implica que o mesmo corpo não permanece sempre o mesmo elemento.
Conseqüentemente Aristóteles entende que as teorias de Empédocles, de que os elementos são
substâncias ingênitas e indestrutíveis, e portanto não transmutáveis, e dos atomistas, de que os
elementos são atômicos, diferenciados pelo tamanho e pela forma dos átomos, estão ambas erradas.
Empédocles explicaria o vapor que aparece do líquido efervescente como a liberação da quota do
elemento ar existente neste líquido. Contudo, argumenta Aristóteles, se assim fosse, a água não
poderia nunca evaporar-se completamente, pois perderia apenas a sua quota de ar e nada mais, o
que diverge da nossa experiência cotidiana. A contradição em Demócrito é análoga e pode ser
evidenciada ao se contrastar as proposições democritianas com aquela observada por Aristóteles:
P1) Os elementos são atômicos (há elementos de fogo, terra, ar e água).
P2) Os átomos entre si são diferenciados somente pela forma e pelo tamanho.
P3) Os átomos são imutáveis.
P4) Os elementos fogo, terra, ar e água são mutuamente transmutáveis.
A fim de escapar da contradição os atomistas deveriam ou negar P4 ou rejeitar P1 e gerar os
elementos de um nível molecular de organização. Aristóteles, como vimos, tinha na sua teoria da
matéria um mecanismo para a transformação mútua de todos os elementos.
Por fim, a diferenciação dos átomos pelo tamanho, tão importante para a teoria dos
atomistas, é, para Aristóteles, ilícita. A razão disto, ele alega, é que não existe nada de absoluto nas
dimensões, ou na categoria da quantidade, pois toda quantidade, ou medida, envolve uma relação
entre o mecanismo de medição e o objeto que é medido. Assim, conclui o estagirita, a diferenciação
dos elementos pelo tamanho dos átomos pressupõe uma noção ilegítima de tamanho absoluto.
13
Gaston Bachelard,
Les Intuitions Atomistiques (Essai de Classification)
, Capítulo 2 – Les problèmes de la
composition des phénomènes, Boivin Éditeurs, Paris, 1933.
14
Seção 1.5.
25
Supomos, por exemplo, que os diferentes elementos sejam diferenciados pelo diâmetro d de seus
átomos, conforme mostrado abaixo:
0,5 ≤ d < 1 1 ≤ d < 2 2 ≤ d < 4 4 ≤ d < 6
fogo ar água terra
O que aconteceria então se tudo o que existe duplicasse de tamanho? A resposta de
Aristóteles é absolutamente nada. Uma vez que nós e todos os nossos instrumentos de medida
também haveriam duplicado de tamanho, o mundo a nossa volta teria permanecido exatamente o
mesmo para nós. No entanto, segundo a física democritiana, o fogo teria se tornado ar; o ar água; a
água terra; e a terra alguma outra coisa. Oresme, no seu
Livre du Ciel et du Monde
, um dos maiores
comentários críticos medievais da obra
De Caelo
de Aristóteles, apresenta exatamente este
argumento. O mesmo tipo de argumento é utilizado por Poincaré, em
A Ciência e a Hipótese
, que
teve grande percussão no jovem Einstein, para ilustrar como o nosso sistema de medidas, e,
conseqüentemente, nossa noção de espaço e de tempo, são completamente desprovidas de caráter
absoluto. Este é um dos argumentos que Aristóteles apresenta em oposição a uma física, como a dos
atomistas, que reduza todas as qualidades dos objetos à categoria quantitativa.
Embora estes três exemplos não esgotem de maneira alguma as críticas surgidas desde a
Antigüidade ao programa reducionista de Demócrito, eles são o suficiente para o nosso propósito.
15
O segundo ponto de ataque ao reducionismo dos atomistas foi a existência de objetos indivisíveis.
b) a redução do mundo a objetos indivisíveis.
A extensão, segundo Zenão, implica divisibilidade, ou seja, qualquer magnitude pode ser
dividida. Esta tese, que se tornaria um axioma da geometria de Euclides, foi considerada
posteriormente indubitável. Contudo, Zenão também notou que caso a divisão
ad infinitum
resultasse em pontos sem extensão, como quer a nossa intuição, teríamos um paradoxo.
16
Uma vez
que pontos matemáticos não extensos jamais podem compor uma magnitude contínua, a soma das
partes últimas de um contínuo nunca poderiam compor a extensão original. Demócrito partiu deste
paradoxo quando postulou que deveria haver um limite no processo de divisão. No entanto,
15
Para uma lista mais exaustiva de argumentos críticos consultar o excelente livro de Andrew Pyle
Atomism and its
Critics – From Democritus to Newton
.
16
Este paradoxo de Zenão é apresentado por Simplício no seu comentário à
Física
de Aristóteles. Obviamente que os
gregos não possuíam a noção de infinito de Cantor.
26
Empédocles e Anaxágoras nunca aceitaram a existência de objetos indivisíveis, e Aristóteles, por
sua vez, apresentou uma outra solução a este paradoxo. Segundo Aristóteles, embora qualquer
magnitude seja divisível
ad infinitum
, o infinito possui uma existência apenas potencial. Assim, não
existe e não pode existir um conjunto de partes últimas na formação de uma determinada
magnitude.
1.3.3) As críticas à causalidade mecânica.
A causalidade, como notamos, não foi observada pelos filósofos naturalistas antes da
especulação dos eleatas. O princípio, para os naturalistas, funciona apenas como aquilo que
Aristóteles chamaria de causa material, mas não como causa do movimento. Apenas na perspectiva
de uma recuperação dos fenômenos, caracterizados exatamente pelo movimento, a causalidade foi
elevada ao primeiro plano. A sua função é explicar a mistura e a separação dos elementos imutáveis
na produção dos fenômenos. Empédocles, como vimos, introduziu as forças cósmicas do amor e do
ódio como causa da união e da separação dos elementos. Anaxágoras colocou a “inteligência
divina” como causa do movimento e da ordenação de todas as coisas. Os atomistas, por fim,
entenderam que uma vez que existem apenas os átomos e o vazio somente o choque entre os átomos
pode ser a causa de seus movimentos. Assim, quando mencionamos a causalidade dos atomistas a
entendemos como o primeiro esboço da filosofia mecanicista, no sentido de afirmar a
não existência
de i) ação a distância, ii) iniciação espontânea do movimento, iii) causas incorpóreas capazes de
mover os corpos, iv) causas finais não explicadas em termos mecânicos, e v) a
existência
do vácuo.
a) a negação da ação a distância.
O atomismo antigo era contrário a qualquer ação a distância. Todas as atividades do homem
(como puxar, empurrar e carregar) exigem um contato entre o agente e o paciente. No pensamento
atomista, esta analogia primitiva foi desenvolvida e sistematizada enquanto todas as outras foram
excluídas (como o desenvolvimento orgânico, a atração e a repulsão). O resultado desta exclusão é
a própria ontologia dos atomistas. Os átomos (ser) e o vazio (não-ser) é tudo o que existe. Por isto a
ação a distância é ininteligível, pois o vazio é inerte e somente algo tangível e corpóreo pode ser
causa do movimento.
Apresentaremos duas das objeções feitas aos atomistas com relação à negação da ação a
distância. Primeiramente eles foram criticados por não apresentarem um mecanismo razoável para
27
se explicar os fenômenos de simpatia ou afinidade, como os elementos que se atraem mutuamente
ou como os animais semelhantes que se juntam. Foi neste sentido que Empédocles elaborou a idéia
das forças cósmicas do amor e do ódio, pelas quais os iguais se atraem e os opostos se repelem. As
forças deste tipo, de afinidade ou simpatia, são forças que agem à distância. Como este tipo de força
é inadmissível no sistema de Demócrito, ele foi incapaz de explicar este tipo de movimento.
Contudo, o teste crucial para a filosofia mecânica, com relação à negação da ação a
distância, foi o magnetismo. Os fenômenos magnéticos, conhecidos desde a Antigüidade, era um
desafio à explicação mecanicista dos atomistas. O fato da magnetita atrair fragmentos de ferro foi
geralmente explicado pelos filósofos mecanicistas através da ação de um eflúvio corporal emitido
pelo corpo atrativo. De acordo com Epicuro, por exemplo, a magnetita emite uma miríade de
partículas enganchadas, na forma de corrente, que se ligam ao ferro atraindo-o. No entanto, estas
metáforas mecânicas nunca foram efetivamente convincentes na explicação deste tipo de fenômeno.
b) a negação da iniciação espontânea do movimento.
A idéia de que a matéria inanimada não pode mover-se por si mesma mas apenas transmitir
movimento mecanicamente é um lugar comum no pensamento grego. Acrescenta-se a isto a idéia
de que qualquer movimento tende naturalmente a diminuir e por fim cessar e teremos todas as
premissas para uma física animista. Pois deste modo, qualquer objeto que se mova espontaneamente
é considerado um auto-movente animado por uma alma. Por este motivo que Aristóteles entendia
que existia uma “inteligência” para cada uma das esferas do mundo supralunar (responsáveis pelo
movimento dos astros). Assim, todo movimento tem a sua origem em agentes auto-moventes, sem
os quais não haveria nenhum movimento em absoluto. Como os atomistas admitiam unicamente
uma causa mecânica para o movimento, eles não podiam explicar como o movimento poderia, uma
vez iniciado, permanecer sem a existência de um motor. Os atomistas antigos não possuíam o
conceito moderno de inércia e não puderam responder satisfatoriamente a seus críticos neste ponto.
c) a negação de causas incorpóreas.
A partir da ontologia dos antigos atomistas, na qual apenas a matéria tangível e o vazio
intangível existem, é inconcebível uma substância incorpórea ser a causa do movimento de um
corpo. Esta conclusão tem uma implicação bastante óbvia para a psicologia. De acordo com o senso
comum, a volição é a causa dos movimentos voluntários dos homens e dos animais. Logo, para os
28
atomista, a alma, como sede da volição, é de natureza material. Contudo, para os platônicos por
exemplo, as faculdades da alma (como a sensação, a volição e o pensamento) não são redutíveis aos
poderes dos corpos e nem explicáveis em termos materiais. Com efeito, as tentativas dos atomistas
de fornecerem tais explicações foram consideradas retóricas. Além do mais, e talvez esta seja uma
objeção ainda mais relevante, esta psicologia retira a atividade espontânea da alma, o que significa
privá-la do seu status de agente. Uma vez que a alma também faz parte do mundo material, onde
tudo ocorre por necessidade, a liberdade humana passa a não existir. Foi este, aliás, o principal
motivo para Epicuro introduzir a sua hipótese
ad hoc
sobre o
clínamen
dos átomos, como veremos
logo a seguir.
d) a negação de causas finais.
Talvez a principal razão para a impopularidade do epicurismo na Antiguidade tenha sido a
descrença da grande maioria na constituição do mundo através do movimento acidental dos átomos.
A falta de um arquiteto para coordenar a perfeição que encontramos no mundo natural torna
extremamente improvável a sua constituição. Cícero, por exemplo, cujas cartas e ensaios expressam
sua oposição ao epicurismo, se utilizou da própria metáfora dos atomistas para atacá-los:
Não é incrível que alguém possa acreditar que um número de partículas sólidas e separadas, movidas
somente pela força de seus próprios pesos, poderia dar existência a um mundo tão maravilhoso e belo através
de colisões casuais? Se alguém pensa que isto é possível, eu não vejo porque ele não poderia também pensar
que se um número infinito de modelos das vinte e uma letras do alfabeto fossem misturadas juntas e jogadas ao
chão, seria então possível que elas formassem o texto inteiro dos Anais de Ênio. Com efeito, eu duvido que
seria possível se formar um único verso!
17
Portanto, o atomismo foi incapaz de explicar adequadamente a beleza e a harmonia do
cosmos, como por exemplo a perfeita adaptação das estruturas dos animais e das plantas às suas
funções. Por isto, a biologia foi considerada uma lacuna enorme na filosofia natural dos antigos
atomistas.
e) a existência do vácuo.
O vazio é, para Demócrito, o não-ser e a condição de possibilidade do movimento. Para
Aristóteles, contudo, os objetos não estão no não-ser, que não existe, mas estão em um lugar, que é
algo existente. Um lugar no qual não há nada é, para Aristóteles, uma contradição em termos, o que
17
Andrew Pyle,
Atomism and its Critics – From Democritus to Newton
, página 183, Thoemmes Press, University of
Bristol, 1997.
29
prova, para ele, a impossibilidade do vazio. Além do mais, Aristóteles pensa, contrário a
Demócrito, que não é possível haver movimento no vazio, pois é a heterogeneidade do espaço que
permite o movimento. Como vimos, o movimento dos objetos do mundo sublunar é aquele em que
os elementos ocupam o seu lugar natural. Logo, se o espaço é homogêneo e indiferenciado não há
nenhuma razão para o movimento dos elementos.
1.4) A propagação do atomismo a partir de Epicuro.
O período que estudamos inicialmente foi aquele conhecido como naturalista, ou dos pré-
socráticos, o qual foi seguido do período antropológico que culminou em Aristóteles, cuja física
ofereceu os maiores obstáculos ao atomismo. O assim chamado período clássico (dos pré-socráticos
a Aristóteles) terminou com o início da era helenística, que se estende, aproximadamente, da época
da grande conquista de Alexandre Magno até o fim da era pagã. As principais escolas deste período
helenístico foram o epicurismo, o estoicismo e o ceticismo. O primeiro foi responsável pela
transmissão do atomismo.
Epicuro (341-270 a.C.), nascido em Samos, mudou-se para Teos aos 14 anos para ouvir as
lições de Nausífanes, discípulo de Demócrito. Aos 35 anos estabeleceu-se em Atenas onde fundou a
sua escola, chamada de Jardim, o que foi o início de uma revolução e uma provocação às grandes
escolas de Platão e Aristóteles. Epicuro se opôs com grande aversão às concepções fundamentais
dos platônicos e dos aristotélicos, tornando-se o primeiro materialista consciente do próprio
materialismo, como clara e explícita negação do supra-sensível, do incorpóreo e do imaterial.
Assim, dentre as perspectivas pré-socráticas, foi natural que Epicuro escolhesse a dos atomistas por
ser a mais materialista de todas.
Jean Salem condensa assim o epicurismo:
Se tivéssemos que dar em duas curtas sentenças um resumo da filosofia de Epicuro, poderíamos
propor as seguintes: 1ª o universo é composto de átomos e vazio; 2ª o conhecimento desta verdade e do que
decorre dela é indispensável à felicidade.
18
O primeiro ponto, que nos interessa, difere em alguns aspectos do atomismo de Leucipo e
Demócrito. Portanto a reconstrução do pensamento de Epicuro é necessária para a correta
apreciação destas diferenças. Epicuro afirmava que os critérios da verdade são três: as sensações, as
prolepses e as afecções. A sensação é a garantia única e principal de tudo o que existe, produzida
18
Jean Salen,
L’Atomisme Antique – Démocrite, Épicure, Lucrèce
, Capítulo 2 – Épicure, página 80, Librairie Générale
Française, 1997.
30
pelo contato entre diversas substâncias materiais e certificada pela própria estrutura atômica da
realidade. As prolepses, também conhecidas como antecipações ou pré-noções, são as
representações mentais das coisas, enquanto as afecções são a dor e o prazer que acompanham as
sensações. Epicuro reafirma o grande princípio eleático, que foi o ponto de partida dos pluralistas e,
especialmente, dos atomistas, cujo programa foi o mais rigorosamente eleata. A
Epístola a
Heródoto
reúne as teses fundamentais da física de Epicuro e, uma vez que pretendia ser uma síntese
do epicurismo, permite perceber de modo preciso o fundamento da filosofia epicurista, a saber, que
no todo “nada nasce do não-ser” e nada “se dissolve no nada”. A totalidade da realidade, portanto, é
constituída por dois elementos essenciais, os corpos (o ser) e o vazio (o não-ser). A existência dos
corpos é provada pelas sensações, um dos critérios da verdade, enquanto a existência do vazio é
inferida pela existência do movimento. “Alguns corpos são compostos, outros, ao invés, são simples
e absolutamente indivisíveis. Somente esses últimos são originais, e são algo compacto e indivisível
(átomos)”.
19
Os únicos atributos dos átomos são a
forma
, a
magnitude
e o
peso
(diferentemente de
Demócrito, Epicuro acreditava que o peso é inerente aos átomos). Epicuro exprime o conceito de
forma com o termo
schema
, o mesmo que Aristóteles utilizou para traduzir o arcaico
rysmós
dos
atomistas antigos. O vocábulo
schema
indica uma forma ontológica estática, não mais incluindo a
idéia dinâmica do átomo, o que explica a necessidade de Epicuro acrescentar a
magnitude
e o
peso
,
deixando de lado a
ordem
e a
posição
do átomo de Demócrito. Os átomos não apresentam nenhuma
das outras propriedades dos fenômenos, permanecendo sólidos e indestrutíveis.
Além disto, os átomos estão sempre em contínuo movimento. Contudo, diferentemente de
Demócrito, eles não se movem em todas as direções, mas somente movimentam-se para baixo,
devido ao peso. Então, a fim de explicar como os átomos podem se encontrar entre si e se juntar
para constituir corpos compostos, Epicuro introduziu a mais notável das inovações na física
atomista da antiguidade, a saber, a declinação, ou
clínamen
dos átomos, segundo a qual os átomos
podem desviar a qualquer momento e em qualquer ponto uma distância mínima da linha reta e,
assim, encontrar outros átomos. Porém, Epicuro tinha, como já mencionamos, uma razão ulterior,
de caráter moral, para a introdução do
clínamen
em seu sistema. Como vimos, para Demócrito, tudo
ocorre por necessidade, não havendo lugar para a liberdade humana e, conseqüentemente, para uma
vida moral tal como Epicuro a concebe. Deste modo, a fim de ainda rejeitar a existência de causas
incorpóreas mas, não obstante, afirmar a liberdade humana, Epicuro desenvolveu a sua teoria do
19
Giovanni Reale,
História da Filosofia Antiga III – Os Sistemas da Era Helenística -
Segunda Parte - O epicurismo:
das origens à era pagã, página 173, Edições Loyola, 3ª edição, São Paulo, 2002.
31
clínamen
. Podemos notar quão atual ainda permanece a questão à qual Epicuro se ocupava quando
nos deparamos com o livro
O Fim das Certezas
do prêmio Nobel de química Ilya Prigogine. Neste
livro, o autor discute com atualidade a questão iniciada por Epicuro, a qual ele chamou de “dilema
de Epicuro”:
Foi Epicuro o primeiro a estabelecer os termos do dilema a que a física moderna conferiu o peso de
sua autoridade. Para Epicuro, o problema da ciência, da inteligibilidade da natureza e o do destino dos homens
eram inseparáveis. Que podia significar a liberdade humana no mundo determinista dos átomos? Repetidas
vezes, os grandes pensadores da tradição ocidental, como Kant, Whitehead ou Heidegger, defenderam a
existência humana contra uma representação objetiva do mundo que ameaçava o seu sentido. Num de seus
últimos livro,
L’Univers Irrésolu
, escreve Karl Popper “Considero o determinismo laplaciano – confirmado,
como parece estar, pelo determinismo das teorias físicas e pelo brilhante sucesso delas – o obstáculo mais
sólido e mais sério no caminho de uma explicação e de uma apologia da liberdade, da criatividade e da
responsabilidade humanas.” Na realidade, os antigos gregos legaram-nos dois ideais que guiaram nossa
história: o da inteligibilidade da natureza ou, como escreveu Whitehead: de “formar um sistema de idéias
gerais que seja necessário, lógico, coerente, e em função do qual todos os elementos da nossa experiência
possam ser interpretados”, e o da democracia baseada no pressuposto da liberdade humana, da criatividade e
da responsabilidade.
20
Assim, notamos como que nas raízes da construção da nossa visão científica do mundo, que
tomaria forma apenas no século XVII, encontramos os problemas que ainda nos permanecem
atuais. No fim do século II a.C., houve diferentes tentativas de introdução do epicurismo em Roma.
Porém, a contribuição de maior alcance ao epicurismo foi a de Lucrécio, que se tornaria o profeta
do átomo.
1.5) A propagação do atomismo a partir de Lucrécio.
Tito Lucrécio Caro nasceu no início do século I a.C. e morreu em torno da metade do
mesmo século. Muito pouco é conhecido sobre a vida do autor de
Sobre a Natureza das Coisas
(
De
Rerum Natura
). Lucrécio foi provavelmente a ponte mais significante entre o atomismo antigo e o
seu ressurgimento no início da Europa moderna, embora não possua novidades filosóficas dignas de
relevo com relação a Epicuro. Lancelot Whyte, na sua obra
Essay on Atomism
, esclarece como se
deu esta redescoberta de Lucrécio no início da Modernidade:
Uma busca por manuscritos clássicos feita por Poggio (1417) nas bibliotecas monásticas o levou à
descoberta do
De Rerum Natura
de Lucrécio, o qual foi mandado da Alemanha para a Itália, impresso em 1473
e logo se tornou bastante conhecido.
21
20
Ilya Prigogine,
O Fim das Certezas – Tempo, Caos e as Leis da Natureza
, Editora Unesp, 3ª Edição, 1996, São Paulo,
SP.
21
Lancelot Whyte,
Essay on Atomism
, página 44, Thomas Nelson and Sons LTD, 1961.
32
Referindo-se à descoberta de Poggio Bracciolini, em 1417, Alistair Crombie ainda
completa, no segundo volume do seu livro
Medieval and Early Modern Science
:
Certamente as idéias de Lucrécio não eram desconhecidas antes desta data: elas aparecem, por
exemplo, nos escritos de Hrabanus Maurus, William de Conches, e Nicholas de Autrecourt. Porém, o poema
de Lucrécio parece ter sido conhecido apenas em partes, em citações nos livros dos gramáticos. Ele foi
impresso mais tarde no final do século XV e depois disto muitas vezes.
22
A obra de Lucrécio
De Rerum Natura
é considerada pelos estudiosos como o maior poema
filosófico de todos os tempos. Nela Lucrécio recria o atomismo através da analogia entre as letras
do alfabeto (
elementa
) e os átomos. Da mesma forma como alguns átomos são lisos e outros curvos,
também algumas letras são abertas e outras fechadas. Da mesma maneira que a combinação de
algumas letras produz as palavras “branco” ou “perfume”, a combinação de alguns átomos produz
uma cor branca ou um perfume. Porém, nem todas as combinações são possíveis. Assim como não
vemos coisas como centauros, algumas combinações de letras também formam palavras
impronunciáveis ou sem sentido. A passagem abaixo ilustra bem a constante analogia de Lucrécio
entre os átomos e os elementos da linguagem:
Os mesmos átomos podem constituir o céu, o mar, os rios e o sol; e os mesmos átomos podem se
tornar as plantações ou as criaturas vivas, mas somente quando eles são misturados diferentemente ou se
movem de diferentes maneiras.
Com efeito, em todo lugar nos meus versos você verá muitas letras comuns a várias palavras, e ainda
assim é óbvio que estes versos e palavras são bastante distintos uns dos outros, tanto no sentido quanto no som.
Muito pode ser conseguido meramente pela troca da ordem das letras. Contudo, os átomos podem trazer muito
mais, através deles todo tipo de coisas podem ser criadas.
23
Deste modo, Lucrécio revela o processo de pensamento no qual o atomismo foi inventado e
desenvolvido, o que veremos a seguir.
1.6) O atomismo como reflexo das condições históricas do seu nascimento.
A reconstrução histórica do surgimento do atomismo e das raízes de sua motivação nos
descortina o fundo ontológico e epistemológico sobre o qual ele foi assentado. Posteriormente ele
foi transmitido por uma linha direta, que partindo de Demócrito, Epicuro e Lucrécio, continuou
através de Gassendi, Boyle, Newton e Dalton até os tempos modernos, muito embora o conteúdo e
o significado da palavra átomo tenha mudado radicalmente. Nietzsche, como um dos grandes
filósofos do século XIX, período do advento do atomismo científico, notará distintamente esta
22
John J. McDonnell,
The Concept of an Atom From Democritus to John Dalton
, página 55, The Edwin Mellen Press,
1992.
23
Richard N. Skinner,
Lucretius – Prophet of the Atom
, Fulmen Publications, 2003.
33
herança da teoria atômica em seus contemporâneos atomistas. Ele observa que Demócrito e
Leucipo partem do eleatismo, e objeta, contra os eleatas, que constitui uma falsidade a separação
absoluta entre o mundo dos sentidos e o mundo dos conceitos, assim como a identidade do ser e do
pensamento.
24
Esta apreciação, conseqüentemente, é transferida por Nietzsche, num sentido
moderno, contra o positivismo da teoria atômica do século XIX que é herdeira de Leucipo e
Demócrito, como nos mostra esta passagem do
Crepúsculo dos Ídolos
:
A linguagem teve a sua origem na época em que as formas da psicologia eram muito rudimentares:
penetramos num fetichismo grosseiro quando adquirimos consciência dos pressupostos básicos da metafísica
da linguagem, dito com clareza: da razão. Este fetichismo vê por toda parte agentes e ações: crê no “eu”, crê
que o eu é um ser, que o eu é uma substância, e projeta sobre todas as coisas a crença na substância-eu – é
assim que cria o conceito de “coisa”... O ser é acrescido com o pensamento, é introduzido sub-repticiamente
em toda parte como causa; do conceito “eu” é que se deriva o conceito “ser”. [...] Também os adversários dos
eleatas sucumbiram à sedução do seu conceito de ser: entre outros Demócrito, quando inventou o seu átomo...
A “ razão” na linguagem: oh que fêmea enganadora! Temo que não vamos desembaraçar-nos de Deus porque
continuamos a acreditar na gramática...
25
Por fim, Nietzsche afirma, em
Humano demasiadamente humano
, que para que o problema
das coisas primeiras e últimas não seja formulado novamente como há mais de dois mil anos, é
necessária a filosofia histórica, que não se pode conceber como distinta da filosofia natural, o mais
novo, segundo ele, dos métodos filosóficos, onde não há distinções entre realidade primeira e
realidade segunda, e que mostra que na base dessa contraposição está um erro da razão.
26
De
maneira semelhante, Schrödinger conclui, ao fim do seu estudo
A Natureza e os Gregos
:
Permitam-me que, finalmente, aborde à questão que foi formulada no início. [...] Quais são os traços
peculiares e especiais da nossa mundivisão científica? Acerca de uma destas características fundamentais não
devem existir quaisquer dúvidas. É a hipótese de que a imagem da Natureza pode ser compreendida. No
entanto, julgo que existe uma segunda característica, muito menos clara e menos abertamente apresentada, mas
de importância igualmente fundamental. É esta importância, este problema muito difícil, que a ciência
simplifica na sua tentativa de descrever e compreender a Natureza. Subconscientemente, quase
inadvertidamente, o cientista simplifica o seu problema de compreensão da Natureza ao pôr de lado ou ao
excluir-se a si próprio da imagem a elaborar, ao excluir a sua própria personalidade, o sujeito do
conhecimento. Inadvertidamente, o pensador recua e assume o papel de um observador exterior. Esta atitude
facilita bastante a tarefa. Mas permite que ocorram falhas, lacunas enormes, e provoca paradoxos e antinomias
sempre que, ignorando a sua renúncia inicial, tenta encontrar-se a si próprio na imagem ou colocar nela de
novo o seu próprio pensamento e a sua mente sensorial. [...] Estamos a hipostasiar o mundo como um objeto,
assumindo que existe um mundo real à nossa volta [...] E ao fazê-lo cada pessoa, quer queira quer não, exclui-
se a si própria – o sujeito do conhecimento, a coisa que afirma “cogito ergo sum”- do mundo, afasta-se a si
própria dele e coloca-se numa posição de observador externo, que não pertence a todo conjunto.
27
24
Friedrich Nietzsche,
A Filosofia na Idade Trágica dos Gregos
, Edições 70 – Lisboa – Portugal.
25
Friedrich Nietzsche,
Crepúsculo dos Ídolos
, Guimarães Editores – Lisboa – Portugal.
26
Friedrich Nietzsche,
Humano, demasiado humano – Um livro para espíritos livres
– Capítulo 1 – Das coisas primeiras
e últimas, Companhia das Letras – São Paulo – SP.
27
Erwin Schrödinger,
A Natureza e os Gregos e Ciência e Humanismo
, Capítulo 7 – Quais são as características
especiais?
,
Edições 70 – Lisboa – Portugal.
34
O compromisso, portanto, do atomismo, quando este foi formulado, foi salvaguardar a
objetividade através da homogeneidade da realidade com o pensamento, afastando, desta maneira, o
sujeito conhecedor da descrição do mundo. O resultado é uma imagem estritamente sintático-
semântica do conhecimento científico, ou seja, a ciência é entendida como a representação
verdadeira do mundo. O atomismo antigo, por conseguinte, moldou as primeiras teorias atômicas
dos séculos XVII ao XIX que aceitaram a existência do átomo junto com a possibilidade de se
alcançar a descrição das suas propriedades fundamentais em termos mecânicos, por meio da razão,
oferecendo a adequada expressão da realidade. Com efeito, a convicção no mecanicismo, no
racionalismo e no realismo, que produzirão os maiores problemas epistemológicos no século XX,
está na base da ciência moderna e tem no atomismo antigo a sua mais perfeita representação.
Seria então possível compreender as origens históricas destes traços peculiares da nossa
“mundivisão científica” num nível mais fundamental do que aquele apresentado por Schrödinger
em
A Natureza e os Gregos
? Talvez possamos responder afirmativamente a esta pergunta graças às
ferramentas historiográficas de que nós dispomos hoje e que eram inexistentes em 1948, quando
Schrödinger escreveu o seu trabalho. Como notamos, as respostas de muitas das nossas questões já
estão contidas na formulação das nossas perguntas. A formulação destas perguntas, por sua vez, é o
resultado dos problemas concretos nos quais o sujeito que as formula está inserido, e não de um
sujeito a-histórico como o
cogito
cartesiano ou o
sujeito da apercepção transcendental
de Kant. O
momento histórico que estamos analisando é aquele do surgimento i) do racionalismo e do
realismo, ou seja, da ciência como projeto de representação do mundo e ii) do atomismo como esta
representação ou imagem do mundo. Assim, a fim de entender o surgimento destas doutrinas como
reflexo histórico-cultural de seus desenvolvimentos, vamos dividir a questão nestas duas partes,
correspondentes às seções 1.2.1 e 1.2.2 do início deste capítulo.
1.6.1) A
physis
e a estrutura da linguagem indo-européia.
A relação entre o comportamento, a linguagem e o pensamento não é evidente. Para os
lingüistas, contudo, este relacionamento já é bem conhecido há muito tempo. Assim, tomamos
emprestado de Benjamin Lee Whorf as suas hipóteses fundamentais a respeito desta relação. As
suas hipóteses são: 1
o
) que todos os níveis mais profundos do pensamento são dependentes da
linguagem, 2º) que a estrutura da linguagem codifica a maneira pela qual um usuário desta
linguagem entende o mundo, e 3º) que as linguagens são desenvolvidas ao longo de suas histórias,
preponderantemente de maneira inconsciente, a fim de acomodar as experiências e os problemas
35
específicos de seus usuários, o que significa dizer que não faz sentido apontar uma determinada
linguagem como intrinsecamente superior a outra.
Os gregos aceitaram como dado que por detrás dos signos da linguagem existia uma
essência da razão universal, compartilhada por todos os seres-humanos e não contaminada pelas
diferenças lingüísticas. Talvez o exemplo mais simples de resultado prático desta convicção é a
crença de que qualquer linha de pensamento expressa em uma determinada língua possa ser
traduzida sem perda de significado em qualquer outra língua. O pensamento, segundo este ponto de
vista, não dependeria então da gramática, mas apenas da lógica, ou da razão, entendida como
idêntica para todos os observadores do universo (independentemente se eles falam as línguas indo-
européias, asteca, maia, hopi ou chinesa). Na cultura ocidental, a matemática e a lógica formal
adquiriram a reputação de lidarem com esta suposta ordem das leis do pensamento puro. A crença
nesta ordem do pensamento puro é, como vimos no capítulo anterior, o próprio racionalismo.
O fato, porém, é que quando uma regra, ou convenção, não tem absolutamente nenhuma
exceção, ela não é reconhecida como regra, mas é parte de uma experiência comum que permanece
para nós inconsciente. Contudo, quando os lingüistas se tornaram capazes de examinar criticamente
um grande número de línguas de padrões amplamente diferentes, eles expandiram a nossa base de
referência e interromperam esta regularidade. Assim, os lingüistas passaram a admitir que fatos
puramente gramaticais, parte do caráter comum da história da nossa língua, ou família de línguas,
não é universal a todas as línguas e de maneira nenhuma pertence a um substrato comum da razão.
Deste modo, como nos testemunha Whorf:
A formulação das idéias não é um processo independente, estritamente racional no velho sentido, mas
é parte de uma gramática particular que muda, desde sutilmente até amplamente, entre diferentes gramáticas.
Nós dissecamos a natureza segundo as linhas dadas pela nossa língua nativa. Nós não encontramos as
categorias e os tipos que nós isolamos do mundo dos fenômenos porque elas pulam em frente a todo
observador; mas pelo contrário, o mundo é apresentado num fluxo caleidoscópico de impressões que tem de
ser organizado pelas nossas mentes – o que significa largamente pelos sistemas lingüísticos de nossas
mentes.
28
Conseqüentemente, podemos entender o surgimento da
physis
dentro do discurso dos
naturalistas como o resultado da explicitação da estrutura do sistema lingüístico indo-europeu (esta
explicitação conhecida como o nascimento da filosofia) da qual emergiu o problema cosmológico.
A gramática tradicional é um resultado tardio deste movimento de explicitação da estrutura dos
sistemas lingüísticos indo-europeus e remonta necessariamente à gramática grega. Como nos
mostra Maria Helena de Moura Neves, autora da obra
A Vertente Grega da Gramática Tradicional
,
28
Benjamin Lee Whorf,
Science and Linguistics
, do livro
Language, Thought and Reality – Selected Writings of
Benjamin Lee Whorf
, editado por John B. Carroll, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts.
36
a codificação da nossa gramática é um produto do período helenístico e representa um mecanismo
de preservação da cultura helênica. Contudo, o contexto que precedeu a sua emergência remota e
coincide com aquele período das primeiras especulações jônicas sobre a
physis
. O aparecimento do
discurso filosófico é um resultado deste contexto, a saber, do amadurecimento da
polis
grega (com
suas leis escritas) e do surgimento da linguagem retórica que passou a conviver com a linguagem
poética. A estreita relação entre a arte política e o discurso filosófico é evidente no vocabulário
comum a ambos e no exercício da linguagem que pouco a pouco tomou consciência de suas
próprias regras. A cidade como um
cosmo
feito de partes diversas precisava possuir uma lei que
devia mostrar a sua retidão por um princípio da razão, e não pelo poder absoluto do monarca ou
pela força de um prestígio pessoal ou religioso. A partir deste contexto, surgiu a demanda por um
critério de objetividade. As questões de interesse geral que o soberano tinha por função regularizar
e que definiam o campo da
arché
foram submetidas à arte da oratória.
29
O princípio da razão, ou de
ter razão (como instrumento de vitória nas lutas da assembléia), inicialmente não se distinguiu de
forma clara do princípio da realidade. Por isto, para os naturalistas, o princípio de todas as coisas
passou a ser um princípio da razão. Ao que parece, este foi um dos estímulos principais para que
esta se tornasse, como vimos, uma das características definidoras da filosofia antiga.
Conseqüentemente, o exercício da linguagem conduziu o pensamento helênico a explicitar o
princípio da razão comum às línguas indo-européias. Qual seria então esta estrutura das línguas
indo-européias e quais seriam as suas implicações no nosso entendimento do mundo?
Aristóteles foi “a figura mais notável no que se refere a tornar explícitas as implicações
estruturais subjacentes em nossa herança lingüística ocidental comum”.
30
Maria Helena nos mostra
que a atividade dos gramáticos no estabelecimento das partes do discurso, embora alimentada nas
investigações estóicas, representou uma retomada dos caminhos de Aristóteles.
31
Platão já havia
assinalado, no
Crátilo
, que a linguagem diz as coisas através da combinação de dois grupos de
elementos. O primeiro corresponde aos
onómata
(nomes) e o segundo aos
rhémata
(verbos), juntos
eles dão origem à imagem plena retratada pelo
lógos
(razão). No
Sofista
, Platão reafirma que as
coisas, cuja essência é revelada pela linguagem, aparecem divididas em ação (identificada com
rhêma
) e agente (identificada com
ónoma
). Aristóteles, posteriormente, retoma a bipartição
nome/verbo de Platão. O nome se define, segundo Aristóteles, como “um som que possui
29
Jean-Pierre Vernant,
As Origens do Pensamento Grego
, Editora Bertrand Brasil, 7
a
edição, 1992, São Paulo, SP.
30
S. I. Hayakawa,
O que significa estrutura aristotélica da linguagem?
, do livro
Ideograma – Lógica, Poesia,
Linguagem
, organizado por Haroldo de Campos, Editora Cultrix Ltda, 1986, São Paulo, SP.
31
Maria Helena de Moura Neves,
A Vertente Grega da Gramática Tradicional
, Editora Universidade de Brasília, 1987,
São Paulo, SP.
37
significado estabelecido somente pela convenção, sem qualquer referência ao tempo, sendo que
nenhuma parte dele tem qualquer significado, se considerada separadamente do todo”.
32
O verbo se
define como “o que não apenas transmite um significado particular, como também possui uma
referência temporal. Nenhuma parte por si mesma tem um significado. Ele indica sempre que uma
coisa é dita ou predicada de outra coisa”.
33
Assim, na própria definição de verbo já existe uma
determinação lógica, ele “é uma indicação de alguma coisa predicada de alguma coisa, quer dizer,
de alguma coisa predicada de um sujeito ou neste encontrada presente”.
34
O verbo é, portanto, o
predicado. Não pode ser pensado fora do juízo, da proposição. Existe apenas enquanto se liga a um
sujeito. Logo, a estrutura de frases caracterizada pela forma sujeito-predicado é a suposição pré-
científica, ou a metafísica primitiva, que procurávamos subjacente à linguagem indo-européia. Por
ter sido Aristóteles quem primeiro deu vida à lógica formal e explicitou claramente a estrutura da
linguagem indo-européia, esta também ficou conhecida como estrutura aristotélica da linguagem.
Hayakawa, no seu ensaio
O que Significa Estrutura Aristotélica da Linguagem?
sintetiza em
quatro as principais características das línguas indo-européias: 1ª) a tendência do assim chamado “
é
de identidade” a obscurecer a diferença entre as palavras e as coisas, 2ª) a separação do indivisível
em entidades distintas e discretas muitas vezes ocultando por completo os relacionamentos
funcionais, 3ª) a dicotomização das proposições em “verdadeiras” ou “falsas”, e 4ª) a tendência a
ignorar um fato fundamental do funcionamento do sistema nervoso humano, isto é, que fazemos
abstrações num número indefinido de níveis, resultando na ocultação das transposições das ordens
de abstrações da linguagem cotidiana (o que nos leva a muitos dos paradoxos tradicionais). As
implicações desta estrutura podem ser sumariamente descritas por esta passagem do ensaio de Yu-
Kuang Chu sobre a
Interação entre Linguagem e Pensamento em Chinês
:
A sentença inglesa deve ter sujeito e predicado. Esta estrutura leva, por si mesma, ao conceito de
identidade, que é o fundamento da lógica aristotélica. A proposição com sujeito e predicado dá origem aos
conceitos filosóficos de substância e atributo. O estudo da substância leva à concepção de ser supremo em
religião e de átomos em Ciência. Do conceito de substância derivou a idéia de causalidade, que, por sua vez, dá
origem à Ciência. De modo que as categorias do pensamento ocidental são identidade, substância e
causalidade, determinadas, todas três, pelo padrão das sentenças nas línguas ocidentais.
35
O fato do atomismo ter surgido como resultado do princípio de identidade e necessitar da
noção de causalidade para a sua formulação é o que nós pretendemos já ter mostrado na seção 1.2.
Gostaríamos agora de reforçar que o conceito de substância e o princípio de identidade está
32
Aristóteles,
Organon
–
Da interpretação
, página 82, Edipro, 1ª Edição, 2005, São Paulo – SP.
33
Idem, página 83.
34
Ibidem.
35
Yu-Kuang Chu,
Interação entre Linguagem e Pensamento em Chinês
, do livro
Ideograma – Lógica, Poesia,
Linguagem
, organizado por Haroldo de Campos, Editora Cultrix Ltda, 1986, São Paulo, SP.
38
subjacente à forma sujeito-predicado adstrita às línguas indo-européias. O motivo, por exemplo, que
levou Bertrand Russel a se opor à noção de substância reside no fato de ter ele descoberto um nova
lógica não fundamentada na forma de proposição sujeito-predicado. Chang Tung-Sun, no seu
ensaio
A Teoria do Conhecimento de um Filósofo Chinês
, e Benjamin Whorf, no seu trabalho
An
American Indian Model of the Universe
, mostram como a linguagem dos chineses e dos indígenas
hopi, respectivamente, não possuem o conceito de substância devido ao fato de não se estruturarem
na forma sujeito-predicado. Com efeito, Chang Tung-Sun nos afirma que:
pode-se afirmar definitivamente que a base da Lógica aristotélica está na forma sujeito-predicado da
estrutura da linguagem. O verbo “ser” tem significado de existência, e a Lógica ocidental está intimamente
ligada ao verbo “ser” nas línguas ocidentais. Dele decorrem muitos problemas filosóficos. Por ter o verbo “ser”
um significado de existência, a “lei da identidade” é inerente à Lógica ocidental; sem ela, não pode haver
inferência lógica. Por conseguinte, a Lógica ocidental pode ser qualificada de “lógica da identidade”. A lei da
identidade não se limita a controlar as operações lógicas como as deduções e inferências: influencia também os
conceitos do pensamento. A substância é um simples derivado do sujeito e do verbo “ser”. Deste último
porque, implicando “existência”, leva naturalmente à idéia de “ser”, de “ente”, e do primeiro porque, numa
proposição com sujeito e predicado, o sujeito não pode ser eliminado. Partindo da indispensabilidade do sujeito
numa sentença, vai apenas um curto passo até a necessidade de um substratum no pensamento. Com o
substratum surge a idéia de “substância”. A idéia de substância é, na verdade, o fundamento ou fonte de todos
os outros desenvolvimentos filosóficos. Havendo uma descrição qualquer, ela passa a ser atributo. Um atributo
deve ser atribuído a uma substância, de modo que a idéia de substância é absolutamente indispensável ao
pensamento, assim como o sujeito é absolutamente indispensável à linguagem.
Mas a linguagem chinesa, caracterizando-se pelo uso da lógica da correlação, nada tem a ver com a
identificação. Por serem ideográficos, os caracteres chineses enfatizam os signos, ou símbolos dos objetos. O
chinês interessa-se apenas pelas inter-relações entre os diferentes signos, sem preocupar-se com a substância
que lhes fica subjacente. Daí a consideração relacional ou correlacional. É também em virtude deste fato que
não existe nenhum vestígio da idéia de substância no pensamento chinês. Na China não existe a palavra
substância. Para o espírito chinês, não faz a menor diferença que exista ou não um substratum supremo
subjacente a todas as coisas.
36
Ainda Yu-Kuang Chu completa:
A possibilidade de dispensar o sujeito em chinês torna mais fácil imaginar o cosmo num perpétuo
processo circular de transição, sem necessidade de postular um agente externo para atuar ou controlar o
processo. É um conceito-chave da cosmologia chinesa. Esta concepção reflete uma falta de interesse pela
substância, pelo substrato das coisas. Sem o padrão sujeito-predicado na estrutura da sentença, o chinês não
desenvolveu a noção da identidade na Lógica, nem o conceito de substância em Filosofia. E sem esses
conceitos, não poderia haver noção de causalidade, nem de Ciência. O chinês desenvolve, em lugar disso, uma
Lógica correlacional, um pensamento analógico e um raciocínio relacional que, apesar de inadequado para a
Ciência, são extremamente úteis em teoria sociopolítica. É por isso que, primacialmente, a Filosofia chinesa é
uma Filosofia da vida.
37
De maneira um tanto semelhante Benjamin Whorf observa que:
As línguas indígenas mostram que com uma gramática adequada temos sentenças inteligentes que não
podem ser quebradas em sujeitos e predicados. A maneira em inglês de se falar depende do contraste de duas
classes artificiais, substantivos e verbos. Nossa sentença normal, com exceção do imperativo, deve ter algum
36
Chang Tung-Sun,
A Teoria do Conhecimento de um Filósofo Chinês
, do livro
Ideograma – Lógica, Poesia,
Linguagem
, organizado por Haroldo de Campos, Editora Cultrix Ltda, 1986, São Paulo, SP.
37
Isto esclarece, segundo Chang Tung-Sun, porque o marxismo, sendo essencialmente uma filosofia voltada para as
questões sociais e políticas, eliminou a lei de identidade e propôs a lei de oposição no raciocínio.
39
substantivo antes do verbo, uma exigência que corresponde à noção filosófica, e também ingênua, de um ator
que produz uma ação. Nós estamos constantemente vendo na natureza entidades ficcionais em ação,
simplesmente porque nossos verbos precisam ter substantivos na frente deles. Nós temos que dizer ‘It flashed’
[(algo) lampejou] ou ‘A light flashed’ [uma luz lampejou], colocando um ator, ‘it’ [sujeito indefinido] ou
‘light’ [luz] , para desempenhar o que chamamos de uma ação “to flash” [lampejar]. Quando o lampejo e a luz
são uma e a mesma coisa! A lingual Hopi reporta o lampejo com um simples verbo, rehpi: “lampejo
(acorreu)”.
38
Finalmente, citamos mais uma passagem de Chang Tung-Sun que nos explica como que
uma vez que aceitamos que o princípio de identidade surge da estrutura sujeito-predicado da família
lingüística indo-européia, todo o resto decorre necessariamente:
Podemos dizer que o pensamento materialista se fundamenta na noção de átomo, e que a noção de
átomo está relacionada com as noções de substância e de causalidade. Pode-se afirmar que existem, no
pensamento ocidental, três categorias fundamentais: substância, causalidade e átomo. A religião tem como
fundamento a substância. Com a causalidade, desenvolveu-se a ciência, e dos átomos decorreu o materialismo.
Por trás dessas três categorias, há uma outra a ligá-las: a da identidade. O filósofo francês Meyerson prestou-
nos um serviço quando observou que todas as teorias e investigações científicas dizem respeito à identidade
[referindo-se à obra
Identité et Réalité
]. Compreende-se facilmente que com a identidade deve haver
substâncias; com a substância, deve haver causalidade; e o átomo fica entre as duas.
39
Deste modo, pretendemos ter mostrado, de maneira razoavelmente convincente, como a
reflexão sobre a
physis
(a pergunta pelo princípio, pela substância, pelo “o quê”) foi um fenômeno
histórico surgido da necessidade de reflexão sobre uma linguagem particular, que ao ter a sua
estrutura explicitada nos conduziu à noção ocidental de racionalidade. O racionalismo e o realismo
partiu desta reflexão dos jônicos sobre a
arché
e amadureceu em Parmênides, transformando-se
numa ontologia, numa reflexão puramente formal sobre as características do “ser” independente da
substância (ou sujeito) que venha cumprir tais características. O princípio de identidade então se
tornou explícito para a razão grega, e os elementos dos pluralistas (como os átomos e o vazio de
Leucipo e Demócrito) tiveram a função de ligar, através do princípio de causalidade, a substância
fundamental (com todas as características do ser parmenídico) ao mundo dos fenômenos atestados
pelos sentidos. Contudo, embora a afirmação de Chang Tung-Sun, de que o átomo seja uma das
categorias fundamentais do pensamento ocidental, pareça correta quando nos referimos ao mundo
atual, vimos que, historicamente, Empédocles, Anaxágoras e Aristóteles também construíram uma
explicação do mundo baseada nas categorias de substância e causalidade, prescindindo do átomo.
Logo, perguntamos o que mais estava amadurecendo neste mesmo período, além da reflexão sobre
a estrutura da linguagem indo-européia, que tornou o atomismo possível.
38
Benjamin Lee Whorf,
Language, Thought and Reality, Selected Writings of Benjamin Whorf
, página 8, The MIT
Press.
39
Chang Tung-Sun,
A Teoria do Conhecimento de um Filósofo Chinês
, do livro
Ideograma – Lógica, Poesia,
Linguagem
, organizado por Haroldo de Campos, página 216, Editora Cultrix Ltda, 1986, São Paulo, SP.
40
1.6.2) O atomismo e a estrutura da escrita alfabética.
Eric Havelock, no seu livro
A Revolução da Escrita na Grécia e suas Conseqüências
Culturais
, observa que o surgimento do contexto sobredito, ou seja, do aparecimento da linguagem
retórica e do amadurecimento da
polis
grega, representa uma transição cultural de maior alcance, a
passagem de um mundo ainda oralmente configurado para uma sociedade letrada. Na Grécia sem
escrita, as condições de preservação cultural eram mnemônicas, envolvendo o uso de ritmo verbal e
musical, em que a linguagem poética cumpria esta função. A democratização da escrita, contudo,
tornou disponível um registro visual completo, em lugar de um registro acústico, abolindo assim a
necessidade de memorização e de ritmo. Portanto, interpretar o surgimento da linguagem em prosa
como uma mera inovação estilística seria deixar de notar esta profunda mudança nas condições
materiais de preservação cultural. À medida que, no mundo grego, se aumentava a difusão da
competência da leitura, decrescia também a necessidade de se elaborarem registros históricos na
forma de poesia.
Todavia, Havelock nos lembra que a democratização da escrita apenas se tornou possível
devido à invenção do alfabeto, entre outros motivos porque somente a escrita alfabética colocou a
capacidade de ler ao alcance das crianças num estágio em que ainda estavam aprendendo os sons de
seu vocabulário oral. De acordo com este autor, esta seria apenas uma das conseqüências culturais
da invenção da escrita alfabética. Na verdade, o helenista britânico apresenta uma tese ainda mais
abrangente, segundo ele “o que a nova escrita pode ter feito, a longo prazo, foi mudar, em alguma
medida, o conteúdo da mente humana”. Havelock defende que “o meio é a mensagem”, isto é, o
conteúdo do que se comunica é regido pela tecnologia utilizada.
A data aproximada para a invenção do alfabeto é mais ou menos 700 a.C., embora a
institucionalização da iniciação nas letras no nível primário de escolaridade só começou a se dar em
Atenas por volta de 440-430 a.C (período dos filósofos naturalistas). Haverlock cita a hipótese de
que o motivo imediato da invenção do dispositivo alfabético grego foi a necessidade de gregos
bilíngües traduzirem para a própria língua os símbolos utilizados pelos fenícios para dedicatórias
rituais. Correta ou não esta tese, o uso do alfabeto de fato permitiu pela primeira vez a transcrição
de qualquer coisa que possa ser dita por meio da linguagem, possibilitando assim verter duas ou
mais línguas num mesmo tipo de escrita. Foi a escrita alfabética, por exemplo, o segredo
tecnológico que permitiu a construção de uma literatura romana a partir de modelos gregos – o
primeiro empreendimento dessa ordem na história da humanidade. Talvez este seja um dos
principais motivos que fizeram com que os gregos aceitassem que poderia ser descoberto uma
41
racionalidade comum a todas as línguas, e que por detrás dos signos da linguagem existiria uma
essência da razão independente das diferenças lingüísticas.
Contudo, a principal contribuição que nos interessa introduzida por este novo estado mental,
que Havelock chama de “mente alfabética”, é o foco com que esta ferramenta nos orienta para o
sentido da visão e para o pensamento abstrato e analítico. Tal foco não foi dado aos homens que se
utilizaram de outras formas de escrita, como as escritas cuneiforme e hieroglífica, ou como as
escritas pictográficas e ideográficas. O invento grego, que talvez revele um tipo de raciocínio
matemático aplicado à linguagem, efetuou a análise lingüística num plano de completa abstração.
Assim surgiu a idéia de que um signo poderia representar uma mera consoante, ou um “som”, que
por assim dizer, não existe na natureza, mas só no pensamento. As consoantes, estritamente falando,
são não-sons, objetos inteligíveis, não unidades da fala real. Os nomes das letras gregas,
emprestados dos fenícios, pela primeira vez se tornaram despojados de qualquer sentido
independente. A combinação de cerca de 23 signos primários fornecia a tábua dos elementos do
som lingüístico. Havelock nota que a analogia com o atomismo é patente. A consoante representava
um objeto de pensamento, não de sensação, tal como o átomo. Este era invisível e aquela, por assim
dizer, inaudível. Por fim, Havelock conclui: “Tanto o atomismo como o alfabeto foram construções
teóricas, manifestações de uma aptidão para a análise abstrata, de uma capacidade de traduzir
objetos da sensação em entidades mentais”.
40
Deste modo, podemos resumir as similaridades entre as letras e os átomos aos seguintes
pontos: i) letras e átomos são elementos permanentes presentes em palavras e corpos variáveis, ii)
existe um número limitado de tipos de letras e átomos, mas o número de suas ocorrências é infinito,
iii) diferentes combinações de letras e átomos produzem diferentes palavras e corpos, e iv) um
princípio de seleção elimina certas combinações de letras e átomos (como palavras impronunciáveis
e corpos monstruosos). Por fim, esta dupla articulação pode ser representada como no esquema
abaixo:
40
Eric A. Havelock,
A Revolução da Escrita na Grécia e suas Conseqüências Culturais
, Editora Unesp, 1996, São Paulo
– SP.
mundo
átomos / corpos
escrita
letras / palavras
42
A analogia entre a escrita alfabética e os átomos é bem conhecida, basta lembrar que desde a
primeira exposição feita por Aristóteles, na
Metafísica
, sobre as diferenças de forma, arranjo e
posição dos átomos, a mesma metáfora continuou a ser transmitida ao longo da história do
atomismo. Contudo, Fernand Hallyn, no seu ensaio
Atoms and Letters
, vai mais além ao se
perguntar:
Se as letras e suas combinações exemplificam o comportamento dos átomos, e se a comparação será
repetida (quase ritualmente) por todos atomistas com uma função principalmente didática, a questão que
deveríamos nos perguntar, todavia, é se a analogia tinha uma função didática também na origem do atomismo
ou se ela não era uma ferramenta heurística. Em outras palavras, é possível imaginar o atomismo antigo numa
civilização que ignorasse a escrita alfabética, ou pelo menos silábica, que decomponha as palavras em
elementos heterogêneos? Seria possível pensar o mundo como resultado de várias combinações dos mesmos
átomos se não houvesse primeiro o modelo de uma escrita não-ideográfica? Não teria sido esta escrita que
tornou a invenção do atomismo possível? Ao invés de sobrevir depois a invenção da teoria atômica, a analogia
com as letras poderia ter sido a origem desta teoria, que talvez não seria pensável numa sociedade que não
tenha já inventado o alfabeto.
41
Ao que parece esta também é a tese de Michel Serres, na sua obra
La naissance de la
Physique dans le Texte de Lucrèce
, para quem o atomismo foi criado na ocasião da invenção da
escrita alfabética. A fim de fortalecer a sua hipótese, Fernand Hallyn sugere dois caminhos. O
primeiro constitui em observar a inexistência de atomismo em civilizações que desconheciam a
escrita alfabética, como é o caso da civilização chinesa. O segundo constitui em buscar evidências,
na história do atomismo antigo, de que mudanças no meio lingüístico coincidiu com mudanças no
conteúdo da teoria atômica. Assim, seguindo este último caminho, reforçaríamos a idéia de
Haverlock, que está por detrás do nosso método historiográfico, de que “o meio é a mensagem”.
De fato, como notamos, Aristóteles substituiu o termo
rysmós
, significando
forma
, termo
mais arcaico utilizado por Demócrito, por
schema
. O lingüista Emile Benveniste observou, num
estudo etimológico da palavra
rysmós
, que o termo significa forma fluída, móvel e sem nenhuma
consistência orgânica, diferente do termo aristotélico
schema
. O primeiro exemplo de
rysmós
mencionado por Benveniste é num texto sobre a origem do alfabeto grego. Heródoto usa a palavra
rysmós
para designar a transformação que um signo gráfico passa quando um novo sistema de
escrita é desenvolvido a partir de outro mais antigo, como, por exemplo, os caracteres gregos que
foram desenvolvidos por uma transformação da “forma dos caracteres” do sistema fenício. Assim,
os átomos de Demócrito, como vimos, não são subentendidos como algo sólido, mas como o
movimento do desenho de uma figura, sendo visível apenas ao intelecto, de acordo com a analogia
com o termo
rysmós
. Epicuro, por outro lado, exprime o conceito de
forma
com o termo
schema
,
41
Metaphor and Analogy in the Sciences
, editado por Fernand Hallyn,
Atoms and Letters
, Fernand Hallyn, página 57,
Kluwer Academic Publishers.
43
que indica a estática forma ontológica, o que explica a necessidade de Epicuro em explicitar e
acrescentar as características
magnitude
e
peso
ao átomo, a fim de torná-lo realmente sólido.
Ademais, Fernand Hallyn enfatiza que o termo central utilizado por Epicuro e Lucrécio não é nem
rysmós
e nem
schema
, mas
stoikheion
, correspondente ao termo latino
elementum
. O termo
stoikheion
designa a unidade mínima da linguagem articulada, tanto verbal quanto escrita. Na
Poética
, Aristóteles define o
stoikheion
de uma expressão como um som indivisível que pode se
tornar um fator de um som composto. Assim, conclui Fernand Hallyn, “a transformação da maneira
de pensar os elementos da língua é refletida na transformação da maneira de pensar o próprio
átomo”, o que nos leva a concluir que os instrumentos do nosso pensamento são, eles mesmos, o
conteúdo.
Além do mais, Hallyn observa que Lucrécio, em seu
De Rerum Natura
, reconstrói o
atomismo revelando o processo de pensamento no qual ele foi inventado e desenvolvido. O texto
não apenas reafirma a comparação de Aristóteles dos átomos com as letras como a enriquece com
novos exemplos, aplicando os seus princípios a si mesmo. O famoso poema de Lucrécio, jogando
constantemente com anagramas, paronomásias e outras figuras de linguagem, desempenha
graficamente e foneticamente o modelo ao qual a comparação se refere semanticamente. Lucrécio
pretende dizer que o que está em operação na gênese do seu texto também o está na gênese das
coisas. Assim, somos levados a acreditar que, ao invés do texto imitar e refletir um significado
anterior e exterior a ele, o texto, ao contrário, leva ele mesmo à representação de uma realidade
invisível, uma construção da mente que não poderia ser imaginada sem a anterioridade do modelo
lingüístico.
1.7) Considerações finais.
Neste capítulo vimos como a estrutura das línguas indo-européias e as condições históricas
da Grécia Antiga levaram à formulação do problema da
physis
. Este problema amadureceu na
formulação de Parmênides que deixou aos filósofos posteriores um paradoxo. O atomismo foi
apenas uma das diferentes soluções a este paradoxo com o intuito de construir uma representação
científica do mundo cuja influência de uma escrita alfabética parece ter sido de fundamental
importância. O reducionismo e a causalidade mecânica, princípios presentes na teoria atômica dos
antigos, nunca se tornaram unânimes entre os antigos e receberam por parte deles várias críticas.
Através principalmente da crítica de Aristóteles e das doutrinas de Epicuro e Lucrécio a teoria
atômica foi passada para a posteridade.
45
CAPÍTULO 2
O atomismo na Modernidade e a consolidação de uma imagem sintático-semântica do
conhecimento científico
2.1) Considerações iniciais.
A filosofia mecanicista junto a outras vertentes de pensamento que convergiram no século
XVII encontraram no atomismo antigo uma das suas mais perfeitas representações. Neste capítulo
vamos ver como o atomismo se estabeleceu como uma doutrina plausível ao fim do século XVII, se
desenvolveu nos séculos seguintes, e se consolidou ao fim do século XIX. O empirismo é uma
dessas vertentes do século XVII que transformará e dotará o atomismo de outro significado,
diferente daquele dos antigos, o que, por outro lado, enfraquecerá o seu caráter semântico, fazendo
do atomismo, muitas vezes, um mero instrumento heurístico. Porém, o desenvolvimento de diversos
ramos das ciências física e química nos séculos XVIII e XIX convergiram em diversos pontos,
recuperando a dimensão semântica do atomismo e consolidando esta imagem sintático-semântica
do conhecimento científico.
2.2) O ressurgimento do atomismo no século XVII.
2.2.1) O século XVII como divisor de águas de duas maneiras diferentes de se refletir uma
imagem atômica do mundo.
George Depue, autor da obra
Lucretius and his Influence
, traça o percurso da disseminação
e da conservação do atomismo de Lucrécio desde a Antigüidade até os tempos atuais. Depue
afirma que, como o epicurismo já havia sido dissolvido por volta do século IV a.C., também o
atomismo de Lucrécio sofreu um declínio. A partir desse período, segundo este autor, o epicurismo
e a doutrina de Lucrécio passava a significar para a maioria das pessoas cultas i) uma doutrina
materialista fundada no atomismo, ii) uma filosofia ética que considerava o prazer como o bem
supremo, iii) a negação da imortalidade, e iv) a negação da providência divina.
1
Portanto, o sistema
de Demócrito sofria daquilo que Andrew Melsen, autor do livro
From Atomos to Atom
, chamou de
uma infecção hereditária de materialismo anti-cristão. Na própria Antigüidade, o atomismo já havia
sido criticado por figuras como Platão e Aristóteles pelas suas conseqüências materialistas. Por este
1
George Depue Hadzsits,
Lucretius and his Influence
, The Plinton Press, 1ª Edição, 1935, Massachussetts, EUA.
46
motivo, o atomismo não obteve grandes proponentes durante a Idade Média, e a filosofia de
Aristóteles, a partir da escolástica, passou a dominar a ciência até o inicio da Renascença. O
aristotelismo foi institucionalizado e ensinado nas universidades através dos manuais da época e do
próprio trabalho de Aristóteles. Talvez um dos exemplos mais importantes de manuais desta espécie
tenha sido o
Physica Peripatetica
, de Johannes Magirus, um autor que até mesmo Isaac Newton
estudou em Cambridge durante seus anos de estudante. Aristóteles portanto contribuiu com a
preservação do atomismo, ainda que entendido como uma doutrina errônea e ultrapassada defendida
pelos antigos. Melsen, seguindo avante, no capítulo “The Middle Ages and the Renaissance” da sua
obra supracitada, explica as razões históricas pela qual o aristotelismo passou a dominar o
pensamento medieval.
2
Visto que uma tal exposição excede o escopo do nosso trabalho, basta-nos
saber o que relata a historiografia dominante sobre o atomismo, ou seja, que este ressurge no século
XVII.
3
Com relação ao repúdio do atomismo pelo pensamento cristão durante a Idade Média,
poderíamos ainda acrescentar à lista de Depue duas heresias incutidas no atomismo, a saber, v) a
negação da finitude e da criação do mundo e vi) a negação da transubstanciação (esta válida apenas
num mundo católico). O mundo supralunar, dentro do aristotelismo, é constituído de esferas
celestes das quais a última é a esfera das estrelas fixas. As esferas celestes são compostas de
substâncias motoras incorruptíveis que foram posteriormente transformadas na Idade Média nas
“inteligências angélicas”. A doutrina de Demócrito, por outro lado, afirma a infinitude do mundo e
a eternidade dos átomos em movimento. A respeito da transubstanciação, Aristóteles, como vimos
4
,
admite, na sua teoria da matéria, a transformação mútua de todos os elementos, enquanto no
atomismo de Demócrito tal coisa é inaceitável. Assim, o dogma da transubstanciação, fundamental
ao sacramento da eucaristia da Igreja Católica, encontrou no aristotelismo a sua justificação, e o
contrário, retratado pelo atomismo, tornou-se uma blasfêmia. O resultado desta condenação do
atomismo pela Igreja Católica pode ser percebido até no século XVII. O lado escondido da
condenação de Galileu, segundo a interpretação dada pelo historiador Pietro Redondi, é uma
2
Andrew G. Van Melsen,
From Atomos to Atom – The History of the Concept Atom
, Duquesne University Press,
1952, Pittsburgh, EUA.
3
Não significa com isto que estudos sobre a ciência durante a Idade Média e a concepção de história continuista da
ciência não possam colaborar para o estudo da história do atomismo. O trabalho de Pierre Duhem sobre a ciência
medieval serve como modelo historiográfico paradigmático que nos alerta contra este equívoco. A principal
contribuição de Andrew Melsen, por exemplo, à história do atomismo, presente na obra sobredita e principalmente
numa obra anterior,
The Philosophic Past of the Atomic Theory
, é a sua tese de que a teoria do
minima
de Aristóteles
(um limite teórico da divisibilidade das substâncias), que sobreviveu nos círculos filosóficos medievais, teria sido um
fator importante para o desenvolvimento do atomismo no século XVII.
4
No segundo argumento de Aristóteles contra o reducionismo dos atomistas na letra a da seção 1.3.2.
47
amostra exemplar disto. O real motivo da condenação de Galileu, senão o principal, teria sido,
segundo a tese de Redondi exposta no seu livro
O Galileu Herético
, a sua adesão ao atomismo, o
que consistiria numa heresia contra a eucaristia. A tese de Redondi, que é baseada num documento
secreto que ele haveria descoberto em 1982 nos arquivos do Vaticano, é um tanto controversa, e
ocasionou muitas contendas.
5
Contudo, a sua simples possibilidade ilustra de forma excelente a
relação que a Igreja Católica manteve com a teoria atômica.
Por fim, não devemos nos surpreender, numa época em que a ciência, a filosofia e a teologia
não se separavam enquanto disciplinas, por não haver, durante todo este período que precedeu o
século XVII, uma clara distinção entre o atomismo (como uma possível hipótese científica) e as
suas conseqüências materialistas em outros domínios. A principal questão que permanece então é
porque os filósofos do século XVII se voltaram para o atomismo, em particular para o atomismo de
Epicuro e Lucrécio. Embora o problema seja muito complexo, há algumas correspondências claras
entre as necessidades dos filósofos deste período e o modelo de explicação colocado pelos
atomistas. Primeiramente, como o aristotelismo estava em flagrante contradição com novos dados
que surgiram neste período e que demandavam explicação (em áreas como a astronomia e a
química, por exemplo), tornou-se evidente a necessidade de modelos alternativos. A teoria do
“enxofre-mercúrio”, cuja origem remonta aos séculos VIII e IX, é um exemplo de teoria que
cresceu em importância por possuir um caráter especificamente químico, explicando melhor as
propriedades das substâncias. Paracelso, no século XVI, adicionou o elemento sal a esta teoria,
como causador da solubilidade dos corpos. A teoria de Paracelso ficou conhecida como a teoria dos
três princípios. Contudo, estas teorias ainda não acomodavam harmoniosamente todo o conjunto de
dados que precisavam de explicação. Assim, o mecanicismo e o corpuscularismo, representado
tanto pelo atomismo quanto pelo cartesianismo, passaram a ser filosofias promissoras. A teoria
atômica constituiu uma parte importante no estabelecimento da filosofia mecânica e foi vista por
muitos dos cientistas do século XVII como uma parte vital de seus trabalhos. O mecanicismo é a
crença, cujas conseqüências já foram delineadas no capítulo anterior, de que a única causa existente
é a mecânica. O corpularismo é a doutrina segundo a qual todos os corpos físicos são constituídos
de pequenos corpúsculos, o que não significa que estes sejam indivisíveis. Em segundo lugar, o
homem do século XVII tornou-se cada vez mais acostumado à presença das máquinas. A relação
causal colocada pelo atomismo se tornou mais próxima da sua experiência cotidiana de corpos
movidos por pressão e colisão, e as explicações aristotélicas passaram a parecer tautológicas. As
máquinas envolvidas na nascente indústria e o avanço em novos experimentos, como a máquina de
5
Pietro Redondi,
O Galileu Herético
, Companhia das Letras, 1991.
48
vácuo de Torricelli, forneciam as analogias que o atomismo espelhava. Em terceiro lugar, o
reflorescimento do atomismo também pode ser visto dentro do quadro da tradição humanista,
quando os filósofos voltaram-se para os textos clássicos na busca de uma nova representação do
mundo que acomodasse melhor os valores emergentes da sociedade em que viviam.
Destarte, estes foram, de maneira bem geral, os cenários que refletiram diferentes
perspectivas do atomismo, uma bastante desfavorável, como aquela do mundo medieval dominado
pelo pensamento da Igreja, outra razoavelmente favorável, como a que aparece a partir do século
XVII. Finalmente, cabe ressaltar que estas mudanças nas categorias de pensamento e nas imagens
do mundo não atestam uma falta de objetividade do mecanismo cognitivo, mas mostram, pelo
contrário, um processo de acomodação destas imagens a diferentes espaços de convivência. Do
mesmo modo, a historicidade destas imagens não deve nos levar a acreditar num modelo ideal de
representação, pois o aparelho cognitivo não se acomoda a um mundo pré-existente, mas ao mundo
que ele transforma em seu processo vital de conhecimento e desenvolvimento. O mundo tal como o
representamos é um resultado do leque de metáforas disponíveis pelos nossos órgãos dos sentidos,
pela nossa estrutura lingüística, pela organização social a partir da qual esta estrutura se institui, e
assim por diante. Por isto, quando estes diferentes instrumentos mudam, também o conteúdo das
nossas representações muda, pois ambos são uma e a mesma coisa. Colocado isto, analisemos em
detalhe como se deu o estabelecimento da teoria atômica na Inglaterra do século XVII, onde, por
exemplo, a explicação da transubstanciação não era uma necessidade num mundo protestante.
2.2.2) O estabelecimento do atomismo na Inglaterra do século XVII.
A obra de Robert Kargon,
Atomism in England From Hariot to Newton
, trouxe à atenção
dos historiadores da ciência a existência e a importância de dois círculos de filósofos naturais (os
grupos de Northumberland e Newcastle) que desempenharam um papel fundamental no
estabelecimento do atomismo na Inglaterra como uma filosofia respeitável no século XVII.
Inicialmente o atomismo foi utilizado a fim de resolver algumas dificuldades na explicação de
alguns fenômenos naturais (como nos primeiros trabalhos de Thomas Harriot). Ainda houve durante
este período tentativas por parte de alguns filósofos de realizar uma síntese entre o atomismo e o
aristotelismo (como nos trabalhos de Daniel Sennert e Nicolas Hill). Finalmente, outros acabaram
por construir sistemas inteiros que foram além de seus predecessores (como o atomismo de Pierre
Gassendi e o corpularismo de Thomas Hobbes e René Descartes). A partir deste ponto, Robert
49
Boyle realizou um importante passo na história do atomismo, a correlação entre os sistemas de
Gassendi e Descartes aos fenômenos químicos conhecidos.
a) O Círculo de Northumberland.
No fim do século XVI, o empreendimento científico foi essencialmente financiado e
encorajado por amadores abastados que dispuseram de seus recursos para o avanço da nova
filosofia. O maior dos primeiros destes patronos na Inglaterra foi Henry Percy, o nono conde de
Northumberland, responsável pelo financiamento de uma escola inteira de filósofos naturais. A
família Percy foi uma das mais ricas e poderosas famílias feudais da Inglaterra, tendo participado de
maneira relevante para a mudança de uma economia feudal para uma economia rural “capitalista”.
Henry Percy, cujos interesses principais eram a astronomia, a alquimia, a ótica e a medicina, juntou
ao redor de si alguns dos intelectos mais brilhantes da Inglaterra, entre eles Thomas Harriot e
Walter Warner. A partir de algumas informações fragmentadas, ficamos sabendo das teorias
fundamentais compartilhadas pelo grupo. Em primeiro lugar, todos os membros do grupo eram
copernicanos. Em segundo lugar todos eles defenderam abertamente o atomismo. Embora os
membros do “Círculo de Northumberland” não tenham sido, como já enfatizamos anteriormente, os
únicos críticos ao aristotelismo no fim do século XVI e no início do século XVII, eles formaram a
única escola na Inglaterra a combinar o copernicanismo com a filosofia atômica de Demócrito,
Epicuro e Lucrécio. O Círculo de Northumberland foi influenciado pelos trabalhos de William
Gilbert, Giordano Bruno, John Dee (um dos mais importantes participantes do reflorescimento
platônico-pitagórico na renascença inglesa) e Thomas Digges (discípulo de Dee e um dos mais
influentes corpenicanos de seu tempo). Portanto, o Círculo de Northumberland representou todas as
novas correntes da filosofia natural da Inglaterra de seu tempo: o copernicanismo, o atomismo, a
ênfase platônico-pitagórica sobre a matemática e o novo destaque aos experimentos.
Thomas Harriot (1560-1621) foi um grande cientista de Oxford negligenciado pela história
da ciência durante muitos anos. Ele foi um astrônomo notável e suas observações com o telescópio
foram simultâneas àquelas de Galileu. Hariot e seus discípulos foram dos primeiros a aceitar, na
Inglaterra, as órbitas elípticas propostas por Kepler. As suas descobertas em ótica, um de seus
principais interesses, seriam suficientes para colocar Harriot como um dos maiores cientistas da
Inglaterra antes de Newton. Entretanto, ele ainda fez pesquisas originais em mecânica e matemática.
A fim de conduzir as suas pesquisas em física, Harriot, familiar com as filosofias de
Demócrito, Epicuro e Lucrécio, adotou a teoria atômica na matemática e na física. A sua confiança
50
na existência de indivisíveis físico-matemáticos foi o fundamento da sua filosofia natural. De
acordo com a teoria da matéria de Harriot, toda matéria do universo é composta por átomos e pelo
vazio existente entre eles. Os átomos são eternos e contínuos e suas qualidades físicas resultam de
sua magnitude, forma e movimento. A aplicação mais interessante da teoria atômica de Harriot foi
no campo da ótica. Harriot explica, através desta teoria, porque um raio de luz que bate sobre uma
superfície é parcialmente refletido e parcialmente refratado. A superfície, segundo ele, não sendo na
verdade contínua, resiste àqueles raios que se encontram com suas partes corpóreas, enquanto
permite que seja penetrada por aqueles raios que passam por suas partes incorpóreas. Desta
maneira, a refração não seria nada mais do que uma reflexão interna. Hariot e seus amigos se
utilizaram, na filosofia natural, da analogia das máquinas e, similarmente, explicaram a ação das
máquinas pelo modelo de matéria em movimento no vazio. Contudo, Harriot foi muito relutante em
fazer conhecida a sua visão atômica devido a uma série de dificuldades com as autoridades
religiosas e políticas da Inglaterra. A despeito da falta de reais evidências, Harriot foi preso pelo seu
atomismo, cuja ligação com Epicuro e Lucrécio era vista como atéia e materialista.
Entre os principais discípulos de Harriot, estavam Nathanael Torporley (1564-1632),
responsável pela edição de seus manuscritos, William Lower (1570-1615), cujas cartas a Harriot
foram preservadas, Robert Sidney (1595-1677), primeiro conde de Leicester, e Walter Warner
(1570-1642), a personalidade científica mais próxima de Harriot. Warner, que foi um ardente
atomista, pode ser visto como uma ponte entre as primeiras posições epicuristas de Harriot e o
corpuscularismo mais sofisticado de Hobbes e Descartes. No atomismo de Warner, notamos uma
mudança sutil com relação ao atomismo epicurista de seu mentor Harriot. As especulações de
Warner anteciparam as reflexões mecanicistas de Hobbes e o atomismo mais sofisticado de
Gassendi. Warner estava preocupado com questões mais fundamentais. A ele é atribuída, por
exemplo, uma das primeiras enunciações do princípio de inércia e a observação de que, apesar dos
átomos serem dotados de movimento eterno, deveria haver um agente responsável pela alteração do
movimento, o qual ele chamou de
vis
, ou potência. Por fim, a ótica era para Warner, assim como
havia sido para Harriot, uma parte importante de sua visão de mundo baseada na filosofia
atomística. Os seus interesses em ótica também foram compartilhados por um outro grupo
importante de filósofos naturais ingleses com quem Warner se tornou muito próximo. O grupo em
questão estava centrado ao redor das figuras de Thomas Hobbes, Charles Cavendish e John Pell.
b) O Círculo de Newcastle.
51
Charles Cavendish foi o irmão de William Cavendish, o duque de Newcastle, um famoso
poeta e dramaturgo inglês. Charles foi uma figura importante nos círculos científicos do século
XVII, matemático de alguma reputação e correspondente de Descartes, Gassendi, Mersenne e
Warner. John Pell foi um matemático amigo de Charles, Warner, Hobbes e Boyle. Durante a década
de 1630, Charles Cavendish e John Pell foram membros de um pequeno grupo de filósofos naturais
sob a patronagem de William Cavendish, o duque de Newcastle, um ávido estudante de ciência e
filosofia que havia sido aluno de Thomas Hobbes. O “Círculo de Newcastle” marcou uma virada na
fortuna da filosofia atômica. Harriot e seus discípulos foram os primeiros renovadores importantes
da teoria atômica na Inglaterra, contudo não lograram em fazê-la amplamente conhecida e
respeitada. Contudo, o “Círculo de Newcastle” foi mais adiante e tornou-se o instrumento de
abertura para a recepção do atomismo como uma doutrina científica respeitável na Inglaterra do
século XVII.
Hobbes foi um dos três mais importantes filósofos mecanicistas na metade do século XVII
junto com Descartes e Gassendi. Hobbes, que como assinalamos instruiu o duque de Newcastle, e
também o seu irmão Charles Cavendish, construiu a estrutura do seu pensamento baseado nos
conceitos de
agente
,
paciente
,
espécie
,
substância
e
acidente
, abandonando, deste modo, as
formas
e
as
qualidades
de Aristóteles. Durante a década de 1640, Hobbes se tornou um amigo muito próximo
de Pierre Gassendi, o filósofo francês que recuperou o atomismo de Epicuro. O primeiro grande
trabalho de Gassendi, expondo o atomismo, foi publicado em 1649. Contudo, Hobbes já havia lido
o manuscrito, em 1644, e relatado a Charles Cavendish que a filosofia de Gassendi era “tão grande
quanto a filosofia de Aristóteles, mas muita mais verdadeira e em excelente latim”.
6
Assim, através
da influência de Hobbes, a física de Gassendi se tornou conhecida no Círculo de Newcastle e,
através deste, em outros meios na Inglaterra.
Gassendi, como padre católico, buscou exorcizar o atomismo de suas implicações anti-
cristãs, o que resultou numa mudança na própria teoria atômica. A física de Gassendi, deste modo,
parte do mesmo preceito dos antigos, de que nada pode ser gerado ou destruído. Contudo, para
Gassendi, o universo requer um Deus para a sua criação e regulamentação contínua. Assim,
Gassendi pretendia negar as heresias de um universo incriado e de um Deus ausente. O princípio de
identidade, de que nada pode ser criado ou destruído, passa a valer, segundo a física de Gassendi,
apenas após a criação. Gassendi ainda rejeitou as idéias de Epicuro de que os átomos são infinitos
em número e dotados de movimento eterno, afirmando que foi Deus quem atribuiu o movimento a
eles. Além disto, ele afirmou, em oposição a Epicuro, a existência de uma alma imaterial e imortal.
6
Robert Hugh Kargon,
Atomism in England From Hariot to Newton
, Clarendon Press Oxford, 1966, Londres.
52
O livro de Gassendi tornou-se assim um grande sucesso, e o seu sistema completo de física passou a
ser rivalizado apenas pelo de Descartes. Por conseguinte, os membros do Círculo de Newcastle se
estruturam sobre os sistemas de Descartes e Gassendi, adaptando-os para os seus próprios pontos de
vista.
Por volta da década de 1650, o sistema de Gassendi já era amplamente discutido nas
universidades. Entre aqueles interessados nos problemas discutidos pela nova filosofia mecânica
estava Isaac Barrow, o professor de Newton. A purificação do atomismo por Gassendi foi
suficientemente bem sucedida para fazer com que Barrow usasse esse sistema para atacar Descartes.
Walter Charleton (1619-1707), um discípulo de Gassendi, deu prosseguimento ao trabalho do
mentor de purgar o atomismo de todas as suas implicações atéias. O trabalho de Charleton foi lido
por Newton e muito provavelmente por Boyle, cujos amigos, como John Pell, eram membros do
Círculo de Newcastle.
c) Robert Boyle.
Paralelamente à proliferação do trabalho de Gassendi, pareceu haver, na década de 1650, um
reflorescimento da reputação de Francis Bacon como filósofo natural. Barrow, por exemplo, optou
pelo experimentalismo de Bacon contra o racionalismo de Descartes. Na década de 1660, a
importância de Bacon como divulgador de um novo método para a filosofia natural aumentou,
embora não houvesse um consenso com relação à natureza exata deste método. Boyle, seguindo
esta concepção baconiana, tentou usar experimentos para ilustrar as teorias de seus
contemporâneos. Assim, ele se colocou a incumbência de mostrar qual das teorias estava certa
através da investigação experimental. Por este motivo, Boyle desempenhou um papel importante no
estabelecimento da filosofia mecânica no século XVII e, conseqüentemente, do atomismo.
Boyle apresentou, por exemplo, no seu ensaio
Of the Mechanical Origin of Heat and Cold
,
dez experimentos relacionados ao resfriamento de substâncias através de misturas. No primeiro
experimento ele combina sal amoníaco com água e nota que a mistura se torna bastante fria. No
segundo experimento ele repete a experiência, porém desta vez com os ingredientes aquecidos, e
obtém o mesmo resultado. Boyle então se pergunta como o frio poderia emergir de duas substâncias
inicialmente quentes. Estas duas experiências demonstram, para Boyle, a inexistência das
qualidades primordiais da física de Aristóteles. Deste modo, Boyle pretendeu substituir a explicação
aristotélica, baseada na qualidade inata do calor, por uma explicação mecânica, baseada na mudança
da textura da mistura ocasionada pela ação do líquido sobre o sal. Além deste exemplo, Boyle
53
acrescenta outros à discussão sobre a produção do calor, como o aquecimento de um prego por
meio das batidas de um martelo cujo movimento mecânico parece ser responsável pela geração do
calor. Desta forma, Boyle busca, ao longo de sua obra, fazer do mecanicismo uma filosofia
plausível para os seus leitores. Por isto, podemos afirmar que a influência de Boyle sobre a
aceitação do corpuscularismo (e por conseguinte do atomismo) foi devida a dois fatores principais.
Primeiramente pela sua abordagem experimental, que forneceu uma riqueza de metáforas e
exemplos a favor da filosofia mecânica acima de todas tentativas similares de seus contemporâneos.
Em segundo lugar, porque Boyle publicou o seu trabalho numa época em que havia uma recepção
favorável à filosofia mecânica, ao mesmo tempo em que existia uma expectativa que ela se
fundasse na tradição experimental de Bacon.
Com relação às idéias especificamente atômicas de Boyle, encontramos nos seus dois
trabalhos principais;
The Sceptical Chemist
, de 1661, e
Origins of Forms and Qualities
, de 1666, as
apresentações mais sistemáticas. A importância de Boyle consistiu em levar a teoria atômica de
Gassendi do domínio filosófico para o domínio dos dados experimentais da química. Boyle
percebeu que a teoria dos elementos de Aristóteles e a teoria dos três princípios de Paracelso não
eram capazes de dar uma explicação satisfatória às experiências do seu tempo. Para Boyle, nem os
quatro elementos (terra, água, fogo e ar), nem os três princípios (enxofre, mercúrio e sal) eram
produtos de uma verdadeira análise. Por este motivo, Boyle acreditava que eles não poderiam ser
chamados de elementos. Assim, ele propôs critérios empíricos para a determinação de um
verdadeiro elemento: 1º) deveria ser possível obter o mesmo elemento através da análise de
diferentes corpos, 2º) as substâncias obtidas por meio da análise de diferentes corpos, sendo
constituídas do mesmo elemento, deveriam ser idênticas entre si, e 3º) o elemento uma vez obtido
não poderia ser sujeito a nenhuma análise química posterior.
O próprio Boyle não ousou chamar nenhuma substância de elemento, uma vez que não
encontrou nenhum método satisfatório para a completa análise química que os seus critérios
exigiam. Não obstante, ele sustentou uma diferença teórica entre elementos e compostos, distinção
esta que a teoria química da época demandava. Finalmente, é devida a Boyle a lei que leva o seu
nome e que afirma que numa dada temperatura o produto da pressão e do volume de uma
determinada quantidade de gás permanece constante.
A partir de Boyle, portanto, a teoria atômica adquire um novo uso, não mais filosófico, mas
experimental, como instrumento heurístico para resolver os problemas da química, o que vai
54
distanciar radicalmente o atomismo dos modernos daquele dos antigos.
7
Como vimos no capítulo
anterior, os filósofos naturalistas gregos partiram de uma certa concepção de natureza, aquela da
physis
, no vocábulo grego, ou
natura
, no vocábulo latino. No século XVII, contudo, há uma
mudança neste conceito e, conseqüentemente, em toda a filosofia da natureza, seja ela atomística ou
não. Heisenberg, no capítulo “O conceito de natureza através dos séculos”, da sua obra
A Imagem
da Natureza na Física Moderna
, relata muito bem esta mudança:
Com o Humanismo e o Renascimento (séculos XV e XVI) nasce uma nova idéia da natureza que é,
para nós, de importância capital. O acesso à natureza é agora procurado sobretudo através da experiência, um
conceito específico moderno, que, em tão clara forma teórica, aparece pela primeira vez em Leonardo Da
Vinci. Experimentar é interrogar a natureza relativamente a uma teoria previamente estabelecida, para verificar
se esta é confirmada ou refutada pela experiência. O ponto de partida para a interrogação da natureza torna-se
assim a teoria com que o homem se aproxima desta. Segundo Leonardo, não se consegue, assim, conhecer toda
a natureza, mas apenas aqueles setores que se encontram dentro do âmbito da teoria e dos problemas postos
pelo homem. A natureza é por isso a correlação entre o homem e a sua capacidade.
Ao conceito leonardesco de experiência apoiada na teoria corresponde também a nova atitude de
Bacon. Nele aparece um segundo ideal, decisivo para a moderna ciência da natureza. Conhecimento da
natureza significa, antes de tudo, domínio da natureza. Conhecer é poder. Afirma-se assim um aspecto
essencial da moderna ciência da natureza, aspecto que a Antigüidade não conhece: a técnica, o dirigir-se não a
um conhecimento teórico, mas a uma ação
.
8
Contudo, ainda não tínhamos, em Bacon, uma teoria suficientemente poderosa e abrangente
para que o atomismo, junto aos os seus princípios implícitos, pudesse se apoiar e se afirmar
enquanto visão do mundo. Apenas a partir de Newton, como veremos a seguir, tal passo decisivo
foi dado.
d) Newton e o estabelecimento da massa como uma propriedade da matéria.
Gassendi e Charleton promoveram a recepção do atomismo ao livrá-lo de seus traços anti-
cristãos. Boyle o desenvolveu ao tentar trazê-lo para dentro da tradição empirista. Contudo, Newton
foi quem o utilizou como pano de fundo para os seus princípios. Como afirma Edwin Burtt, no seu
livro
As Bases Metafísicas da Ciência Moderna
, Newton “supôs o universo, fundamentalmente, de
tal modo que seu método seja apropriado e bem sucedido”
9
, ou seja, “transformou um método em
metafísica”.
10
Assim, a partir de Newton a natureza passou a ser pensada como o domínio de
massas movendo-se de acordo com leis matemáticas no espaço e no tempo sob a influência de
forças definidas e confiáveis.
7
Ver o item iii do primeiro parágrafo da seção 1.2.1 a respeito das características definidoras da filosofia grega segundo
Giovanni Reale.
8
Werner Heisenberg,
A Imagem da Natureza na Física Moderna
, páginas 196-197, Edição Livros do Brasil, Lisboa,
Portugal.
9
Edwin Burtt,
As Bases Metafísicas da Ciência Moderna
, página 182, Editora UnB, Brasília, 1991.
10
Idem, página 192.
55
Também para Newton, o mundo da matéria era possuidor, essencialmente, de características
matemáticas. Era composto, em última análise, de partículas absolutamente rígidas, indestrutíveis, equipado
com as mesmas características que tinham então se tornado familiares sob o título de qualidades primárias,
com exceção de que a descoberta de Newton e sua definição precisa de uma nova qualidade dos corpos,
matematicamente exata, a vis inertiae, induziu-o a juntá-la à lista. Todas as mudanças na natureza devem ser
vistas como separações, associações e movimentos desses átomos permanentes.
Ao mesmo tempo, deve ser reconhecido que o forte empirismo de Newton tendia, continuamente, a
dominar e qualificar sua interpretação matemática da teoria atômica. Os átomos são predominantemente
matemáticos, mas também não passam de elementos menores de objetos experimentados perceptivelmente.
11
Como vimos,
12
o pensamento pitagórico influenciou a reflexão de Parmênides e o
desenvolvimento do eleatismo. Ademais, os pitagóricos foram os primeiros a reduzir a qualidade à
quantidade. Conseqüentemente, como foi notado
13
, os atomistas também foram afetados pelo
raciocínio matemático. O resultado dessa experiência foi encontrar a verdade da certeza sensível no
espaço universal e no tempo universal. O espaço identifica-se com a geometria, e o tempo com a
continuidade do número. A geometria analítica, ou seja, o estudo da geometria através dos
princípios da álgebra, cujos fundamentos encontram-se na obra de Descartes, permitiu a amálgama
destes dois meios de representação. Os elementos fundamentais da geometria são o ponto, a reta e o
plano, e as idéias primitivas da aritmética são o zero, o número e o sucessor.
14
A analogia entre o
método matemático e a representação atômica do mundo é evidente. Os átomos são os elementos
primitivos desta geometrização do mundo. O ser parmenídico é o uno, o não-ser é o zero, e a
sucessão é o próprio movimento que permite a inclusão dos fenômenos numa descrição racional do
mundo.
O mundo em que as pessoas imaginavam-se vivendo – um mundo rico de cores e som, impregnado de
fragrância, cheio de prazer, amor e beleza, mostrando por toda parte harmonia de objetivos e ideais criativos –
era agora comprimido em cantos diminutos dos cérebros de seres orgânicos. O mundo exterior realmente
importante era um mundo duro, frio, sem cor, quieto e morto; um mundo de quantidade, um mundo de
movimentos matemáticos computáveis, com regularidade mecânica. O mundo de qualidades, percebido
imediatamente pelo homem, tornou-se um efeito curioso e menor da máquina infinita e superior. Em Newton,
a metafísica cartesiana, interpretada ambiguamente, e destituída de sua clara pretensão a considerações
filosóficas sérias, finalmente derrubou o aristotelismo e tornou-se a visão do mundo predominante nos tempos
modernos.
15
Newton foi, assim, o herdeiro natural dos dois importantes e férteis movimentos no
desenvolvimento anterior da ciência, a ênfase platônico-pitagórica sobre a matemática e o destaque
sobre o método empírico. Além disto, a partir de Newton, os corpos físicos serão concebidos
simplesmente como massas, ou seja, como possuidores somente de qualidades geométricas e
vis
11
Idem, página 183.
12
Seção 1.2.1.
13
Seção 1.3.2 letra b.
14
Esta distinção se encontra em Peano, como nos mostra Bertrand Russell no seu livro
Introdução à Filosofia
Matemática
, Zahar Editores, 3ª Edição, Rio de Janeiro, 1974.
15
Edwin Burtt,
As Bases Metafísicas da Ciência Moderna
, página 188, Editora UnB, Brasília, 1991.
56
inertiae
. Para Galileu, como para Huygens, grande contemporâneo de Newton, a massa era
equivalente ao peso. A constatação de que a mesma massa tem diferentes pesos a distâncias
diferentes do centro da Terra, junto com a elaboração matemática das leis de movimento de Kepler,
conduziu Newton, gradualmente, através dos trabalhos de Huygens, Halley e Hooke, à formulação
da lei da gravitação e ao conceito moderno de massa. Foi assim que a massa, como uma
propriedade inerente a todos os corpos, se tornou a principal das qualidades primárias.
Nos trabalhos de Newton, especialmente
Principia
e
Opticks
, está claro que a maior tendência do seu
próprio pensamento era, decididamente, contra o despojamento de todas as qualidades dos corpos, menos
daquelas que sua própria metodologia matemática requeresse. Isso era, em grande parte, um corolário do seu
vigoroso empirismo. Aquelas características que Newton enumerou como qualidades primárias de partículas
elementares dos corpos eram justificadas, em última análise, empiricamente. Com certeza, Newton não as
supre de todas as qualidades perceptíveis devido à sua aceitação das características principais da metafísica
matemática de sua linhagem científica, especialmente a doutrina de qualidades primárias e secundárias;
entretanto ele se opunha inteiramente a qualquer tentativa de reduzi-las rigidamente ao mínimo requerido para
o seu método científico. Assim como Descartes formulara uma teoria elaborada de um meio etéreo para
explicar tudo sobre os movimentos dos corpos que não pareciam dedutíveis a partir da extensão, Newton jogou
com uma hipótese etérea que poderia servir para mecanizar todos os movimentos que não podiam ser
deduzidos da noção de massa. É uma qualidade essencial de qualquer corpo que ele tenha massa, e os
princípios do movimentos resultantes, ou explicativos da noção de massa, devem ser visto como axiomas da
filosofia natural, universal e necessariamente verdadeiros
.
16
A sistematização do conceito de massa e a clarificação sobre a relação entre a massa e o
peso foram decisivos não somente para o desenvolvimento da mecânica e da física como para a
ciência em geral.
Na química a sistematização da massa contribuiu para a queda da alquimia e deu suporte ao
nascimento da química quantitativa moderna. O uso da balança como um método sistemático na pesquisa
química ou física obteve o seu fundamento científico e a sua justificação lógica somente através do trabalho de
Newton, e em particular, através do estabelecimento da proporcionalidade entre a massa e o peso.
17
Por último, é relevante também destacar, com relação à contribuição de Newton ao
desenvolvimento do atomismo, o seu manuscrito
De Aere et Aethere
, onde Newton investigou o
fenômeno da repulsão.
18
Neste trabalho, ele assevera que o ar consiste de pequenas partículas que,
por algum mecanismo indefinido, são mutuamente repulsivas. Ao final, Newton pretendeu ter
mostrado, com algum sucesso, que o fenômeno conhecido como lei de Boyle poderia ser explicado
assumindo uma força repulsiva variando inversamente com a distância.
e) Conclusão.
16
Idem, página 191.
17
Max Jammer,
Concepts of Mass in Classical and Modern Physics
, página 75, Dover Publications, INC, New York,
1997.
18
Ver Robert Hugh Kargon,
Atomism in England From Hariot to Newton
, Capítulo 11: Atomism and the Young
Newton, Clarendon Press Oxford, 1966, Londres.
57
Por volta de 1700 os adeptos do atomismo tinham superado os obstáculos com os quais
lidaram os seus predecessores em 1600. Os obstáculos – teológicos, experimentais e teóricos –
foram contornados de diversas maneiras. Embora as objeções experimentais e teóricas
permanecessem, as objeções teológicas foram devidamente sobrepujadas. Em 1600 o atomismo era
uma filosofia radical que ameaçava a imagem do mundo escolástica prevalecente. Por volta de
1700, o atomismo, enquanto uma filosofia mecânica, já havia se tornado o ponto de vista
conservador na Inglaterra. A maior diferença entre o atomismo dos antigos e o atomismo dos
filósofos naturais do século XVII foi o fato do primeiro ser por demais especulativo para ser usado
pelos últimos. As qualidades primárias passaram cada vez mais a ser identificadas como as
propriedades essenciais dos objetos que podem ser medidas pela experiência. A sistematização do
conceito de massa, através do trabalho de Newton, fez desta propriedade da matéria a principal das
qualidades primárias. Deste modo, as entidades atômicas e as suas propriedades tornaram-se, pouco
a pouco, a ontologia científica do mundo. A seguir, discutiremos brevemente como se
desenvolveram os debates sobre os princípios da teoria atômica, o reducionismo e a causalidade,
mencionados nas seções 1.3.2 e 1.3.3.
2.2.3) As críticas de Berkeley ao reducionismo das qualidades primárias e o paradoxo da
imagem sintático-semântica do mundo.
Definimos o reducionismo dos atomistas como a tese que explica a origem e a natureza das
qualidades secundárias (como cor, odor e sabor) através da relação causal entre os objetos e os
órgão dos sentidos.
19
Os objetos, por si mesmos, não possuem cor, odor ou sabor, mas tão somente
qualidades primárias (como forma, extensão e peso). Através de autores como John Locke, esta
distinção, que separa as propriedades objetivas dos atributos subjetivos da matéria, recebeu uma
expressão renovada e mais sofisticada no século XVII. Contudo, assim como houve críticos ao
reducionismo dos atomistas na Antiguidade, também houve críticos a John Locke na filosofia
moderna. George Berkeley (1685-1753), um destes críticos, colocou as qualidades primárias no
mesmo nível das qualidades secundárias. O seu argumento é que as chamadas qualidades primárias
não diferem das secundárias, pois ambas dependem igualmente das sensações do sujeito que as
percebe. Nos
Três Diálogos entre Hylas e Philonous
, Berkeley busca nos dissuadir disto e,
conseqüentemente, da incoerência da concepção de uma substância material independente do
19
Seção 1.3.2.
58
sujeito conhecedor. No trecho abaixo o som é o exemplo que Philonous utiliza para argumentar
contra Hylas:
PHIL. Parece então que existem dois tipos de som – o vulgar, ou aquele que é escutado, e o filosófico
e real.
HYL. Isto.
PHIL. E o último consiste em movimento?
HYL. Eu te disse antes.
Phil. Diga-me Hylas, você acha que a idéia de movimento pertence a qual dos sentidos? À audição?
HYL. Não, certamente que não; mas à visão e ao tato.
PHIL. Segue então que, segundo você, os sons reais podem ser vistos ou sentidos, mas nunca
escutados. Você pode imaginar um paradoxo filosófico maior do que este, dizer que os sons reais nunca são
escutados, e que a idéia deles é obtida por algum outro sentido?
Berkeley ainda acrescenta que a distinção entre qualidades primárias e secundárias está
baseada somente em reações emocionais, visto que as qualidades secundárias nos invocam
sentimentos de prazer e desprazer, enquanto as qualidades primárias nos são completamente
indiferentes (o que não é uma razão suficiente para considerá-las fundamentalmente distintas).
2.2.4) O desenvolvimento da causalidade mecânica.
a) a negação da ação a distância.
Os fundadores da filosofia mecânica foram unânimes ao afirmar que nenhum corpo pode
agir sobre outro corpo a distância.
O impulso, diz Descartes, é a única forma de ação física explicável em termos do nosso conceito de
corpo, portanto o único modo inteligível de agente físico. Dado (a) que a essência da matéria está na sua
extensão tridimensional, e (b) que a quantidade total de matéria no universo é conservada, podemos explicar a
impenetrabilidade dos corpos. Isto, ele continua, explica a habilidade de um corpo imprimir um impulso em
outro por contato, o qual é o único modo de ação física da qual temos uma idéia clara e distinta.
20
Conseqüentemente, uma vez que toda ação física é impulso, algum intermediário corpóreo é
necessário para explicar aquelas forças naturais que envolvem atração. A atração, por si mesma é,
para estes filósofos, dispensada
a priori
como ininteligível e, portanto, irreal. Assim, mecanismos
hipotéticos, provenientes de metáforas disponíveis no cotidiano, foram criados para explicar a
gravidade, a eletricidade e o magnetismo.
A gravidade, segundo Kepler, é causada por “cordas” elásticas quase magnéticas emitidas radialmente
pelo corpo atrator. Não é claro quão literalmente Kepler considerou este modelo, contudo, no trabalho de
Gassendi, ele é de fato tomado muito seriamente. No seu tratado
De Motu,
Gassendi discute
20
Andrew Pyle,
Atomism and its Critics – From Democritus to Newton
, página 612, Thoemmes Press, University of
Bristol, 1997.
59
consideravelmente a natureza e o papel destas “correntes” ou “cabos magnéticos”, os quais engancham os
corpos pesados arrastando-os para a Terra. Algumas das implicações deste modelo são muito impressionantes.
Se, por exemplo, as “cordas” são emitidas radialmente, segue-se que a força do puxo gravitacional exercido
por um dado corpo diminuirá com a distância. Poder-se-ia inclusive, a partir deste modelo, derivar uma lei do
inverso do quadrado para a atenuação da gravidade com a distância!
21
Ainda outra teoria similar a esta das “cordas” é aquela, amplamente utilizada pelos filósofos
mecanicistas, da “língua” de matéria sutil que se enrosca ao redor do corpo atraído puxando-o. De
fato, Charleton sugere que a língua de um camaleão seria um bom modelo para a atração elétrica.
22
Esta hipótese tem claramente a sua origem na teoria do eflúvio elétrico de Gilbert, a qual nos
remete a um terceiro mecanismo hipotético de atração, a saber, aquele do eflúvio de “espécies
corporais”. De acordo com esta teoria, cada objeto emite um eflúvio altamente específico, ou
“espécie corporal”, que viaja através do meio ambiente até encontrar outros corpos. Esta “espécie
corporal” ao encontrar um corpo sensível a ela o excita, motivando-o a se mover na direção da fonte
original. “Nesta visão há uma forte analogia entre a atração do ferro pelo imã e do rato pelo
queijo”.
23
Hobbes esboçou esta teoria no seu
Little Treatise
.
A teoria mecânica do som, de Galileo e Mersenne, forneceu outra analogia para explicar os
fenômenos de atração. Todo corpo, conforme filósofos mecanicistas como Hobbes e Hooke, possui
uma freqüência própria de agitação que é transmitida ao meio ambiente. Deste modo, quando uma
cadeia de pulsos de uma determinada freqüência atinge um corpo naturalmente inclinado a vibrar
nesta freqüência, este responde ao estímulo (como uma nota exata que é capaz de fazer um
determinado copo vibrar). Hobbes, por exemplo, utilizou desse modelo para explicar os
mecanismos de estímulo e respostas dos animais e dos seres humanos.
Outros exemplos de mecanismos de atração seriam a teoria do vórtice, defendida pelos
cartesianos (segundo a qual o Sol estaria no centro de um vórtice, ou redemoinho, de matéria sutil),
e a teoria da corrente de matéria etérea, devida a Digby (segundo a qual o Sol expele uma corrente
de matéria etérea cuja pressão sobre os corpos nós presenciamos como peso).
b) a negação da iniciação espontânea do movimento e o nascimento do conceito de inércia.
Como vimos,
24
a física grega, assim como a medieval, é implicitamente animista. Isto
significa que para cada corpo em movimento deve haver um motor, e mais, que na ausência de
motor externo o corpo em movimento é considerado um auto-movente. De maneira geral, os
21
Idem, página 615.
22
Idem, página 616.
23
Idem, página 617.
24
Seção 2.3.3 letra b.
60
pioneiros da filosofia mecânica desafiaram esta física animista. Pensadores como Mersenne e
Gassendi entenderam como uma tarefa religiosa purgar o animismo renascentista da filosofia
natural. Para Descartes,
a matéria não resiste ao movimento. Na ausência de fricção ou resistência do ar, um pêndulo, oscilaria
para sempre. É, diz ele, um “preconceito sério” imaginar que mais atividade é necessária para o movimento do
que para o repouso. O preconceito é derivado das experiências não-refletidas da infância: nós vemos que os
corpos em movimento alcançam o repouso quando os seus “impetus” terminam e, generalizando muito
incautamente, chegamos a uma física tipicamente grega ou medieval. No entanto, a reflexão madura nos ensina
que o movimento uniforme é um estado de um corpo, dinamicamente equivalente ao repouso.
25
Deste modo, a primeira lei da física cartesiana, que se tornou comum entre os fundadores da
filosofia mecânica, é que o repouso e o movimento são simplesmente dois estados diferentes de um
corpo. Ademais, permaneceu uma evidência empírica para todos que um esforço maior é necessário
para mover um corpo mais pesado do que um mais leve. Assim, a partir deste lugar comum, junto
com o novo conceito de movimento como estado, emergiu gradualmente a idéia moderna de
inércia, enquanto resistência à mudança de movimento proporcional à “quantidade de matéria”. Este
conceito, obviamente, não apareceu totalmente formado a partir de um único pensador, mas foi
fruto de muito trabalho coletivo, tanto empírico quanto conceitual.
26
A partir da aquisição deste
conceito, a estrutura básica da mecânica do século XVII, e moderna, tornou-se clara.
c) a negação de causas incorpóreas.
A filosofia mecânica levada às suas últimas conseqüências conduz ao materialismo. Os
filósofos mecanicistas iniciaram uma série de modelos explicativos para as faculdades dos corpos
orgânicos. Os grandes campeões da biologia mecanicista foram os cartesianos. De acordo com
Descartes, os corpos orgânicos são meras máquinas que funcionam segundo as leis da mecânica.
Como é bem conhecido, é recorrente nos escritos de Descartes a analogia dos corpos orgânicos com
relógios movidos por molas e roldanas. Assim, uma vez que a sensação, a volição e um certo grau
de intelecção encontrado nos animais foram explicáveis em termos puramente mecânicos, o mesmo
poderia ser feito para incluir o ser humano. De fato, foi apenas uma questão de tempo para se
desenvolver este completo materialismo, o que é explícito, por exemplo, no trabalho de Hobbes.
d) a negação de causas finais e o nascimento do conceito de leis naturais.
25
Andrew Pyle,
Atomism and its Critics – From Democritus to Newton
, página 594, Thoemmes Press, University of
Bristol, 1997.
26
Alexandre Koyré mostra bem o desenvolvimento do conceito de inércia no seu trabalho
Estudos Galilaicos
,
Publicações Dom Quixote, Lisboa, 1986.
61
Através da Idade Média e da Renascença, a abordagem teleológica da filosofia da natureza
de Platão, Aristóteles e Galeno foi quase que universalmente aceita. Francis Bacon desafiou esta
abordagem ao afirmar que a investigação por causas finais havia sido deletéria ao estudo das causas
eficientes. Por isto defendeu que a filosofia anti-teleológica de Demócrito seria mais frutífera do
que as filosofias de Platão e Aristóteles. No
Novum Organum
, por exemplo, Bacon afirma que
As homeomerias de Anaxágoras, os átomos de Leucipo e Demócrito, o céu e a terra de Parmênides, o
amor e o ódio de Empédocles, a resolução dos corpos na natureza indiferenciada do fogo e seu regresso ao
estado denso de Heráclito, não desmerecem a filosofia natural e têm o sabor da natureza das coisas, da
experiência e dos corpos, ao passo que a Física de Aristóteles o mais das vezes é uma mera ressonância dos
tempos da dialética.
27
Todavia, Descartes foi o responsável pelo maior ataque à utilização de causas finais na
física. O filósofo francês afirma que “não podemos, sem imprudência, buscar indagar pelas
finalidades inescrutáveis de Deus e ainda professar tê-las encontrado”.
28
Para Descartes, a natureza
é uma simples máquina, sem qualquer propósito imanente a si mesma, que segue cegamente
aquelas funções para as quais foi criada. Assim, segundo Descartes, “não devemos procurar pelas
causas finais, mas somente pelas causas eficientes das coisas”.
29
Deste modo, todas as coisas da
natureza surgiram de um estado inicial de caos através da operação de causas mecânicas e de acordo
com as leis do movimento previamente ordenadas por Deus. Logo, segundo este modelo, Deus teria
criado a matéria, dotado-a de certa quantidade de movimento e ordenado as sua leis, e, a partir
disto, a máquina tem funcionado por si mesma.
Assim, a falta de um arquiteto para coordenar a perfeição que encontramos no mundo
natural, crítica comum ao atomismo da Antiguidade à Renascença, se tornou remediável através do
conceito de leis naturais.
As primeiras leis naturais, no sentido dado pela ciência moderna: juízos verificáveis e precisos, sobre
relações universais e necessárias, governando fenômenos particulares e expressos em termos matemáticos, são
devidas a Kepler. As duas primeiras leis de Kepler sobre o movimento dos planetas foram expostas na sua obra
Astronomia Nova
em 1609, enquanto a sua terceira lei planetária apareceu em 1619 no seu livro
Harmonia do
Mundo
.
30
27
Francis Bacon,
Novum Organum
, página 47, Rés-Editora, Porto, Portugal, 1991.
28
Andrew Pyle,
Atomism and its Critics – From Democritus to Newton
, página 641, Thoemmes Press, University of
Bristol, 1997.
29
Ibidem.
30
Gustavo R. Rocha,
O que é uma lei física?
, In: X Seminário Nacional de História da Ciência e da Tecnologia, 2005,
Belo Horizonte. X Seminário Nacional de História da Ciência e da Tecnologia. São Paulo : Sociedade Brasileira de
História da Ciência, 2005.
62
Contudo, no que diz respeito à biologia, onde as explicações por causas finais foram as mais
abundantes e ainda hoje é motivo de discussão, somente com o advento do pensamento de Darwin
as causas finais foram substituídas por causas eficientes.
A biologia evolucionista trouxe para o estudo dos seres vivos o que a revolução científica e o
mecanicismo haviam proposto para a natureza em geral: a substituição de causas finais por causas eficientes
imediatas, sendo, neste sentido, uma conquista final desta revolução.
31
e) a existência do vácuo.
Para Descartes, a extensão é uma característica essencial do corpo, ou seja, onde há extensão
há corpo e vice-versa. Uma vez que um corpo é aniquilado, a extensão deixa de existir. Para ele
apenas uma falsa abstração pode separar o espaço e o corpo. Por outro lado, Gassendi, o seu grande
rival, apresenta uma concepção completamente diferente de espaço, reafirmando a posição dos
epicuristas. O espaço, para Gassendi, é o mesmo que o vácuo (um receptáculo incorpóreo,
tridimensional e infinito) que quando ocupado por um corpo é chamado de lugar e quando
desocupado é chamado de vazio. A distinção entre corpo e vazio, para os atomistas, é a mesma da
dicotomia entre tangível e intangível, o corpo sendo a extensão tangível e o vazio a extensão
intangível. Portanto, para os cartesianos, assim como para os aristotélicos, o espaço deve conter
algo de substancial, enquanto que para Gassendi, e seus discípulos, toda a estrutura metafísica
baseada na distinção substância / acidente é rejeitada.
32
Contudo, a maior contribuição a esta discussão no século XVII, que muito contribuiu para o
desenvolvimento da filosofia mecânica, foi o florescimento das bombas de vácuo a partir dos
trabalhos de Torricelli, Pascal e Boyle. O físico italiano Torricelli colocou um tubo de
aproximadamente um metro de comprimento, cheio de mercúrio e com a extremidade tampada, em
pé e com a boca tampada para baixo, dentro de um recipiente que também continha mercúrio.
Torricelli observou que, após destampar o tubo, o nível do mercúrio desceu e estabilizou-se na
posição correspondente a 76 centímetros. Esta famosa experiência de Torricelli sugeriu duas
perguntas i) seria o espaço deixado pelo mercúrio o vazio puro, uma ausência total de qualquer
substância material? e ii) seria a coluna de mercúrio suportada pelo peso do ar atmosférico? Uma
31
Marcelo Alves Ferreira,
A Teleologia na Biologia Contemporânea,
Scientiae Studia – Revista Latino-Americana de
Filosofia e História da Ciência, v. 3, página 186, São Paulo, 2005.
32
Para uma excelente discussão sobre este assunto ver o livro de Max Jammer
Concepts of Space – The History of
Theories of Space in Physics
, Capítulo 3: The emancipation of the space concept from aristotelianism, third enlarged
edition, Dover Publications, New York, 1993.
63
vez que as duas questões são independentes, quatro respostas são possíveis, e de fato encontraram
seus defensores, como mostra a tabela abaixo:
33
(i) (ii)
Aristotélicos não não
Cartesianos não sim
Roberval sim não
Pascal, Gassendi, Beeckman sim sim
2.3) O desenvolvimento do atomismo no século XVIII.
Embora a maior ênfase deste capítulo seja o ressurgimento da teoria atômica no século
XVII, é indispensável mencionarmos as linhas gerais de algumas das principais contribuições dos
século XVIII e XIX à história do atomismo. Lancelot Law White, que editou o livro
R. J.
Boscovich (1711-1787) Essays on His Life and Work
, enfatizou neste e em outros trabalhos a
importância deste autor na história da teoria atômica. Boscovich, matemático, astrônomo e físico,
publicou, no seu
Theory of Natural Philosophy
, de 1758, o primeiro modelo matemático do
atomismo. Boscovich, baseado nas idéias de Newton e Leibniz, elaborou alguns postulados para a
física atômica que exerceram grande influência na física dos séculos XIX e XX. São eles: i) existe
somente uma classe de partículas fundamentais todas idênticas, ii) estas partículas são pontos de
força sem extensão, iii) elas obedecem a uma lei de força oscilatória (sendo atrativa quando a
distância entre elas é grande, e repulsiva quando a distância é pequena), e iv) esta lei complexa,
cujas constantes devem ser determinadas por experimentos, cobre todas as variedades de
propriedades físicas e químicas. Lancelot White, que dedicou vários trabalhos ao atomismo, assim
se expressou a respeito da contribuição de Boscovich:
Parece surpreendente que no meio do século XVIII, quando tão pouca evidência direta para o
atomismo estava disponível, um pensador como Boscovich tenha devotado tantos anos a desenvolver uma
teoria matemática sistemática que naquele tempo só poderia ser especulativa.
34
33
Andrew Pyle discorre sobre estas possibilidades no seu livro
Atomism and its Critics – From Democritus to Newton
,
páginas 464-491, Thoemmes Press, University of Bristol, 1997.
34
Lancelot Law Whyte,
Essay on Atomism – From Democritus to 1960
, página 56, Thomas Nelson and Sons LTD,
1961.
64
Contudo, foi a partir do desenvolvimento da química experimental dos séculos XVIII e XIX
que o atomismo encontrou novas evidências e adeptos.
A filosofia natural dos séculos dezoito e dezenove foi dominada pelo que tem sido chamado de
concepção substancial da matéria: os objetos materiais foram considerados como possuidores de um substrato
substancial por detrás de toda realidade física. Com o crescimento gradual do reconhecimento da massa
inercial, estas considerações metafísicas pareceram obter um fundamento científico no princípio de
conservação da massa. A idéia de que a quantidade de matéria é preservada no curso da história de um sistema
material foi, é claro,uma pressuposição implícita do
Principia
. Um novo suporte a este princípio foi dado no
século dezoito através das investigações química de Antoine Lavoisier.
35
No seu
Traité Élémentaire de Chimie
, publicado em 1789, Lavoisier (1740-1794), inspirado
na mecânica newtoniana, mostrou que o princípio de conservação da massa também se aplica às
reações químicas. Foi neste trabalho que Lavoisier enunciou que nada é criado no curso das reações
naturais ou artificiais, e que pode ser tomado como axioma que em toda reação a quantidade de
matéria inicial é igual à quantidade final. Após a publicação de Lavoisier, várias outras reações
químicas foram quantitativamente investigadas com o uso da balança, e o princípio foi rapidamente
aceito pelos primeiros propagadores da química moderna. Além disto, Lavoisier, ao mostrar a
estrutura composta da água, colaborou de forma definitiva para a derrocada da teoria dos quatro
elementos. A contribuição de Lavoisier nesta área foi complementada por dois cientistas ingleses,
Joseph Priestley (1733-1804) e Henry Cavendish (1731-1810), que mostraram a natureza composta
do ar. Lavoisier, no seu tratado, reafirmou, seguindo os passos de Boyle, a definição do que pode
ser propriamente chamado de elemento: “com a palavra ‘elemento’, ou ‘princípios dos corpos’,
associamos a noção da última entidade alcançada pela análise; todas as substâncias que ainda não
temos decomposto por nenhum meio, consideramos elementos”.
36
2.4) O advento do atomismo científico no século XIX.
No século XIX, uma série de áreas diferentes de pesquisa, como a espectroscopia, a
eletroquímica e a química orgânica, a termodinâmica e o eletromagnetismo, se desenvolveram
rapidamente contribuindo para a teoria atômica. As contribuições teóricas e experimentais
37
são
várias e não constitui o escopo deste trabalho descrevê-las em pormenores. Deste modo, faremos
um recorte dos aspectos mais importantes para a consolidação da teoria atômica neste período,
35
Max Jammer,
Concepts of Mass in Classical and Modern Physics
, página 86, Dover Publications, INC, New York,
1997.
36
Bernard Pullman,
The Atom in the History of Human Thought
, página 197, Oxford University Press, 1998.
37
Para uma descrição resumida dos experimentos relevantes para a construção da teoria atômica neste período ver o
excelente livro de Francis L. Friedman e Leo Sartori
Origins of Quantum Physics – Volume I: The Classical Atom
,
MIT, Addison-Wesley Publishing Company, 1965.
65
enfatizando as questões pertinentes ao realismo e ao aspecto reducionista do seu programa
mecanicista.
Lavoisier, ao mostrar a importância dos estudos gravimétricos na análise química da
estrutura da matéria, iniciou um período crucial da história do atomismo científico que se
desenvolverá no século XIX. Atrás do trabalho de Lavoisier, outras leis gravimétricas importantes
foram estabelecidas com relação à combinação dos elementos químicos: a lei das proporções fixas
de Joseph-Louis Proust (1754-1826), em 1806, e a lei das proporções múltiplas de John Dalton
(1766-1844), em 1804. A primeira enuncia que dois elementos sempre se combinam em proporções
constantes de peso, e a segunda especifica que quando dois elementos podem combinar de diversas
maneiras, os pesos relativos das combinações resultantes formam razões simples, ou seja, números
racionais. Ainda também uma terceira lei, cronologicamente mais antiga, conhecida como lei das
proporções recíprocas, enunciada pelo químico alemão Jeremias Benjamin Richter (1762-1807),
desempenhou um papel importante no desenvolvimento do conceito de “equivalentes químicos”. A
lei enuncia que os pesos de dois elementos A e B que combinam com o mesmo peso de um terceiro
elemento C formam uma razão simples com os pesos de A e B quando combinados diretamente.
O conjunto destas leis tornou possível a formulação de uma nova teoria corpuscular
quantitativa da estrutura da matéria. John Dalton, que havia estudado a já mencionada derivação
atômica da lei de Boyle elaborada por Newton,
38
é considerado o “pai” da teoria atômica moderna
com a sua obra
A New System of Chemical Philosophy
, publicada em 1808. Neste trabalho, Dalton
formula o princípio de que cada elemento químico é composto de átomos idênticos de massa
característica, e que os compostos são combinações de átomos de elementos diferentes em
proporções numéricas simples. Ele ainda define o “peso atômico” como a massa de um átomo
relativa à massa do átomo de hidrogênio, e afirma que não há criação ou destruição de matéria
durante as transformações químicas. Para isto, Dalton utiliza a seguinte analogia: “É tão ridículo
tentar introduzir um novo planeta no sistema solar ou aniquilar um planeta já existente quanto é
tentar criar ou destruir uma partícula de hidrogênio”.
39
O trabalho de Dalton foi a primeira
aplicação sistemática e bem sucedida do atomismo às observações quantitativas. As suas
proposições foram capazes de explicar elegantemente todas as leis gravimétricas supracitadas.
Portanto, dentro de um curto período de tempo, muitos dados novos foram adicionados à
teoria atômica. Contudo, uma grande dificuldade, com a qual Dalton já havia se debatido, ainda
permanecia. A partir de um volume de oxigênio e um volume de nitrogênio, dois volumes de óxido
38
Seção 2.2.2 letra d.
39
Idem, página 198.
66
de nitrogênio são formados. Na hipótese de haver um mesmo número de componentes para um
mesmo volume, isto implicaria que, a partir de um átomo de oxigênio e um átomo de nitrogênio,
foram formados dois óxidos de nitrogênio. Isto apenas aconteceria caso os átomos tivessem se
dividido, o que é contrário à hipótese da indivisibilidade dos átomos. A indivisibilidade era um
princípio fundamental da hipótese atômica, pois sem átomos indivisíveis faltaria uma base firme
para toda a teoria química, como as leis de Proust e de Dalton. A solução para este dilema surgiu
através das leis volumétricas de Joseph Gay-Lussac (1778-1850) e da hipótese de Amédée
Avogadro (1776-1856). As leis de Gay-Lussac, formuladas em 1809, especificam que i) as
combinações dos gases sempre ocorrem em proporções simples de volume, e que ii) quando o
produto da reação é ela mesma um gás, seu volume também forma uma proporção simples com
aquelas de seus componentes. Estas leis, junto com a observação de que os gases se comportam de
acordo com as mesmas leis de expansão e compressibilidade, levaram Avogadro a propor, em 1811,
sua famosa hipótese de que “iguais volumes de qualquer gás nas mesmas condições de temperatura
e pressão contêm o mesmo número de moléculas”. Avogadro também mostrou que a sua hipótese
estava de acordo com as observações de Gay-Lussac. A hipótese de Avogadro implica que as massa
relativas das moléculas podem ser determinadas sem mesmo termos que observar um átomo ou
molécula individual. Basta medirmos as massas relativas das amostras macroscópicas sob
condições ideais. Quando a amostra é de um mol, o número de átomos é o chamado número de
Avogadro.
Ainda vários outros passos importantes ocorridos na primeira metade do século XIX devem
ser mencionados. Como a lei de Dulong (1785-1839) e Petit (1791-1820), que foi enunciada em
1819 e afirma que o produto do peso atômico com a capacidade calorífica de um corpo é uma
constante aproximadamente igual a 6,4 calorias (independente da natureza do elemento). O
aumento crescente da acuidade na determinação dos pesos atômicos de novos elementos, devido
aos trabalhos de Jakob Berzelius (1779-1848), Auguste Laurent (1807-1853) e Charles Gerhardt
(1816-1856), e a expansão gradual da lista de elementos, acabou por levar à tabela periódica,
desenvolvida, de maneira independente, por Julius Lothar Meyer e Dmitri Ivanovitch Mendeleev.
Ambos descobriram uma certa periodicidade quando os elementos eram tabelados de acordo com a
ordem crescente dos pesos atômicos. Assim, devido a esta regularidade entre os pesos atômicos, foi
possível prever de uma forma razoavelmente acurada várias propriedades físicas e químicas dos
elementos que estavam faltando. Mendeleev, autor desta peça tão fundamental ao atomismo, nunca
ousou admitir publicamente a realidade dos átomos. Para ele, a tabela periódica representava
67
somente uma coincidência interessante, sem qualquer inferência mais fundamental sobre a natureza
corpuscular última dos elementos.
Posteriormente, duas novidades foram importantes para o desenvolvimento da tabela
periódica. A primeira com relação aos gases nobres, que pareceram, inicialmente, não ter um lugar
na tabela periódica, mas que depois, devido ao fato de não formarem combinações químicas e
graças à conexão mútua destes elementos, foram considerados um grupo especial. A segunda
extensão, de grande importância para a fundação teórica da tabela periódica, foi a presença dos
isótopos,
40
que se tornaram evidentes através do estudo da radioatividade. Contudo, a razão
fundamental destas observações, e da periodicidade das propriedades dos elementos, permaneceu
desconhecida. Apenas meio século depois do trabalho de Mendeleev estes fenômenos receberiam
um modelo explicativo através da estrutura eletrônica dos átomos.
O desenvolvimento da eletroquímica, principalmente através dos trabalhos de Alessandro
Volta (1745-1827), Humphrey Davy (1778-1829) e Michael Faraday (1791-1867), sugeriu
fortemente que as reações químicas poderiam resultar do fenômeno elétrico, o que inspirou
Berzelius a propor, em 1819, uma teoria eletroquímica das combinações químicas, na qual cada
átomo exibe dois pólos carregados com eletricidade de sinais opostos. Enquanto os outros pioneiros
da eletroquímica, como Faraday, mantiveram distância da teoria atômica, ou, como Davy, a
rejeitarem completamente, Berzelius aproximou sistematicamente a teoria eletroquímica da teoria
atômica. O trabalho de Berzelius, portanto, foi de grande importância para desenvolvimento do
atomismo no século XIX, o que pode ser percebido pela apreciação de Alan Rocke:
Se John Dalton foi o pai da teoria atômica, então Jacob Berzelius foi a parteira e o pai adotivo,
cumprindo talvez o papel mais importante no desenvolvimento do atomismo tanto químico quanto físico
durante as segunda, terceira e quarta décadas do século dezenove.
41
Proust já havia sugerido a hipótese de que todos os elementos poderiam ser arranjados a
partir do hidrogênio. Os trabalhos sobre o fenômeno da radioatividade, no final do século XIX, por
Becquerel (1852-1908), Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie (1859-1906), apoiaram, ainda
mais, a idéia geral de que átomos de elementos diferentes poderiam possuir um componente básico
comum. A partir destes trabalhos, notou-se que certos elementos de grande peso atômico
espontaneamente se desintegram em elementos de peso atômico menor. Além disto, a desintegração
é acompanhada por emissão de raios, cuja investigação revelou serem de três tipos, que foram
40
Isótopos são átomos de um elemento químico cujos núcleos têm o mesmo número atômico Z, mas diferentes massas
atômicas A. Como o número atômico corresponde ao número de prótons, a diferença nos pesos atômicos resulta da
diferença do número de nêutrons no núcleo atômico.
41
Alan J. Rocke,
Chemical Atomism in the Nineteenth Century – From Dalton to Cannizzaro
, página 66, Ohio State
University Press, 1984.
68
chamados de alfa, beta e gama. Os raios alfa e beta foram identificados como feixes rápidos de
partículas materiais que tinham, respectivamente, carga elétrica positiva e negativa, e que se
diferenciavam consideravelmente pela massa e pela velocidade.
O crescimento da química orgânica foi também muito importante para a teoria atômica. O
fenômeno mais notável desta contribuição é o chamado isomerismo, ou seja, a observação de
compostos que, embora constituídos dos mesmos átomos, possuem propriedades diferentes, o que
levou os químicos a procurarem entender o papel dos arranjos dos átomos nas estruturas
moleculares. Archibald Scott Cooper (1831-1892) e Alexander Boutlerov (1828-1886), por
exemplo, substituíram as antigas fórmulas dos compostos químicos, que indicavam simplesmente a
razão numérica dos átomos constituintes, por fórmulas mais elaboradas que descreviam também a
maneira como os átomos individuais estavam ordenados. Talvez o principal problema desta
descrição fosse fazer uma representação espacial tridimensional do arranjo dos átomos. Achille
Jacques Le Bel (1847-1930) e Jacobus Hendricus Van’t Hoff desenvolveram esta idéia ao propor
que as quatro valências do carbono apontavam para os vértices de um tetraedro regular tendo o
átomo de carbono no seu centro. No século XIX, estas transformações levantaram um série de
objeções a respeito da realidade destas representações. Adolf Wilhelm Hermann Kolbe, por
exemplo, um dos químicos orgânicos mais eminentes do seu tempo, escreveu no
Journal für
Praktische Chemie
:
Eu comentei, não muito tempo atrás, que a falta de uma educação liberal em muitos professores é
uma das principais causas da deterioração da pesquisa química. O resultado é uma filosofia natural que tem a
aparência de profundidade e que se espalha rapidamente; mas na realidade, é trivial e oca. Esta explicação,
purgada das ciências naturais exatas há cerca de cinqüenta anos, está, atualmente, sendo resgatada por uma
gangue de charlatães científicos que estão recuperando os erros da humanidade. Aqueles que acham a minha
crítica muito severa são incitados a ler, se agüentarem, a monografia recente de um certo Van’t Hoff,
entitulada
The Spatial Arrangement of Atoms
, um livro repleto de infantilidades sem sentido. Este jovem
mascate não tem aparentemente nenhuma apreciação pela pesquisa em química rigorosa. Ele afirma ter visto
átomos arranjados no espaço. O mais sóbrio mundo da química não tem interesse em tais alucinações.
42
Kolbe não viveu tempo o suficiente para ver o primeiro prêmio Nobel de química, em 1901,
ser entregue a ninguém menos do que Van’t Hoff! Com efeito, as maiores controvérsias a respeito
da existência dos átomos ocorreram entre cientistas eminentes. Os anti-atomistas que citaremos a
seguir podem ser divididos entre os equivalentistas, como Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881)
e Marcellin Berthelot (1827-1907), e os energetistas, como Ernst Mach (1838-1916) e Wilhelm
Ostwald (1853-1932). Deville assim se pronunciou a respeito da teoria atômica:
Todas as vezes que alguém tenta imaginar ou retratar átomos ou grupos de moléculas, eu não
acredito que isto equivalha a mais do que uma rude descrição de uma idéia pré-concebida, uma hipótese
42
Bernard Pullman,
The Atom in the History of Human Thought
, página 230, Oxford University Press, 1998.
69
gratuita, resumindo, uma conjectura estéril. Nunca uma tal descrição inspirou um único experimento sério;
tudo o que ela faz é seduzir, não provar; e estas noções, que estão tão em voga hoje em dia, são para a
juventude em nossas escolas um perigo mais perigoso do que se pode imaginar. Eu não aceito nem a lei de
Avogadro, nem os átomos, nem as moléculas, nem as forças, nem estados particulares da matéria; eu me
recuso em absoluto a acreditar no que eu não posso ver e nem sequer imaginar.
43
Berthelot foi um dedicado anti-atomista militante cuja alta posição no governo o permitiu
publicar um édito oficial que praticamente baniu o ensino da teoria atômica em favor da idéia de
peso equivalente até 1890. Assim Berthelot defendeu o seu ponto de vista:
A definição de pesos equivalentes é clara e geralmente mais fácil de se demonstrar por experimentos
precisos. Bem diferente é a definição de átomo. Ela é por vezes fundada numa noção disfarçada de peso
equivalente, algumas vezes na noção de molécula de gás, o que é um argumento circular, e às vezes na noção
de calor específico, que é uma quantidade variável que não poderia servir como base para uma definição
rigorosa. Em resumo, o átomo é definido neste novo sistema por três noções diferentes, as quais
freqüentemente levam a resultados incompatíveis e a escolhas arbitrárias. Assim, a definição de átomo é ela
mesma arbitrária, e é por causa da confusão lançada na ciência por esta hipótese mal definida que nos
recusamos a ver nela uma base para o ensino da química.
44
O energetismo é a outra escola de pensamento oposta ao atomismo que cresceu na segunda
metade do século XIX. O energetismo é uma variante do positivismo que defende o estudo da
natureza numa base puramente fenomenológica, rejeitando qualquer hipótese sobre a realidade
objetiva da natureza e dispensando qualquer tentativa de explicar a sua essência. Para Ernst Mach,
por exemplo,
A teoria atômica tem na ciência física uma função que é similar àquela de certas representações
matemáticas auxiliares. Ela é um modelo matemático usado para a representação dos fatos. Embora a vibração
seja representada por curvas de seno, o processo de esfriamento por exponenciais, e o comprimento de queda
por quadrados do tempo, ninguém admitiria que a vibração, ela mesma, tem qualquer coisa a ver com funções
circulares ou angulares, ou a queda com quadrados.
45
Ostwald, o mais distinto energetista na sua forma mais pura, esperava de alguma maneira
derivar todas as leis conhecidas da física a partir de algumas regras governando a transformação da
energia. Não haveria átomos. Segundo ele, a sua posição oferecia várias vantagens sobre a
abordagem mecanicista:
Primeiro, a ciência física estaria liberta de qualquer hipótese. Depois, não haveria mais qualquer
necessidade de nos preocuparmos com forças, das quais a existência não pode ser demonstrada, agindo sobre
átomos que não podem ser vistos. Somente quantidades de energia envolvidas no fenômeno relevante
importaria.
46
43
Idem, página 233.
44
Ibdem.
45
Andrew G. Van Melsen,
From Atomos to Atom – The History of the Concept Atom
, página 151, Duquesne
University Press, 1952, Pittsburgh, EUA.
46
Bernard Pullman,
The Atom in the History of Human Thought
, página 237, Oxford University Press, 1998.
70
Outra contribuição importante à teoria atômica no século XIX que devemos citar é a teoria
cinética dos gases. O seu propósito, realizado através dos trabalhos de Clausius, Maxwell e
Boltzmann, era derivar as leis dos gases a partir do movimento das moléculas hipotéticas.
Boltzmann, que manteve um contato amigável com Ostwald desde que o conheceu em 1887, travou
um debate contra os energetistas num encontro em Lübeck, em 1895, que está bem descrito no livro
de David Lindley,
Boltzmann’s Atom
:
Ostwald e Helm tomaram partido do energetismo, e Boltzmann, apoiado pelo jovem matemático Felix
Klein, argumentou a favor dos átomos. (...)
Em Lübeck, Boltzmann e Klein tinham que defender a essência da teoria cinética contra os oponentes
que simplesmente não acreditavam na existência dos átomos, que viam o trabalho de Boltzmann como uma
especulação matemática elaborada e fundada em pura suposição, e que nem sequer permitiam Boltzmann o
privilégio de pensar que as suas teorias constituíam um tipo respeitável de investigação científica. Ostwald e
Helm não estavam lá para debater os méritos da teoria cinética, mas para negá-la por inteiro. (...)
Helm e Ostwald então esboçaram as suas visões do energetismo, argumentando que embora ainda
longe de estar completo, ele prometia um poder explanatório poderoso e abrangente baseado em princípios
elementares. Eles estavam, eles disseram, oferecendo um programa de pesquisa, não um corpo de
conhecimento acabado. (...)
Boltzmann começou a sua resposta amigavelmente, fazendo algumas observações gerais a respeito da
necessidade de se explorar uma grande variedade de hipóteses científicas a fim de avançar a ciência. Ele se
declarou ávido por evitar hostilidade. (...)
Tendo feito a sua declaração de neutralidade, Boltzmann passou a criticar deliberadamente as
pretensões teóricas de seus oponentes. O que foi seguido de uma análise comprida e bastante técnica, mas cujo
ponto essencial era simples. Ele explicou o que qualquer físico sabia ser verdade. A mecânica newtoniana
estava baseada em mais do que somente a conservação da energia. A segunda lei da termodinâmica era distinta
da primeira e não, como muitos físicos tinham originalmente pensado, derivável dela. Estas não eram questões
de preferência filosófica, mas de raciocínio físico e prova matemática. (...)
Vários anos depois, num encontro na época da guerra, que aconteceu em Viena para marcar o
centenário do nascimento de Boltzmann, outro físico lembrou do debate. Arnold Sommerfeld, que sucedeu
Boltzmann em Munique e se tornou, no início do século XX, um defensor da nova teoria quântica, havia
participado do encontro em Lübeck quando jovem. Ele comparou o debate entre o obstinado Boltzmann e o
ágil Ostwald “à luta do touro com o ligeiro esgrimista. Porém, desta vez, apesar de toda sua habilidade na
esgrima, o toureador foi abatido pelo touro. Os argumentos de Boltzmann venceram. Naquele dia, nós
matemáticos ficamos todos do lado de Boltzmann.”
47
O movimento do energetismo apagou-se no início do século XX. A partir da teoria cinética
dos gases, o calor foi identificado como a energia do movimento aleatório das moléculas e, por
conseguinte, incorporado à teoria atômica por meio da mecânica. A lei de Dulong-Petit, por
exemplo, que afirma que o produto do peso atômico com a capacidade calorífica de um corpo é
uma constante aproximadamente igual a 6,4 calorias, recebeu uma explicação teórica através do
teorema de eqüipartição da energia. As questões epistemológicas levantadas por pensadores ilustres
como Kolbe, Deville, Berthelot, Mach e Ostwald diziam respeito ao realismo da teoria atômica, ou
seja, à relação entre os meios de representação e a coisa representada. A crise que se operava girava
em torno do caráter semântico da teoria atômica, que foi expressa por questões como: Seria
47
David Lindley,
Boltzmann’s Atom – The Great Debate that Launched a Revolution in Physics
, páginas 126-127, The
Free Press, New York, 2001.
71
realmente necessário admitirmos átomos e moléculas devido às fórmulas matemáticas expressando
os fenômenos dos gases? Não seria o suficiente apenas admitirmos as fórmulas matemáticas que a
teoria cinética dos gases tinham estabelecido? Seria absolutamente necessário admitirmos a
existência real de moléculas em movimento que nunca tinham sido observadas? Não seriam estes
átomos e moléculas que nunca foram observados somente um último vestígio do período
metafísico? A ciência física não devia seu enorme progresso no último século ao fato de se basear
inteiramente em dados empíricos?
Finalmente, a fim de estabelecermos a exata posição da teoria atômica no final do século
XIX, devemos mencionar a evolução da nossa visão dos fenômenos elétrico e magnético. Duas
teorias são especialmente importantes para o nosso estudo. A primeira é a teoria eletromagnética, a
qual será de nosso interesse devido ao seu papel de rival do programa reducionista mecanicista. A
segunda é a teoria eletrônica, pois esta está conectada diretamente com a teoria atômica.
A teoria eletromagnética estabeleceu a carga como uma propriedade da matéria, assim como
o arcabouço conceitual da mecânica newtoniana havia feito com a massa. Além disto, da mesma
forma que o desenvolvimento da termodinâmica, enquanto um edifício maduro de conceitos e
princípios dentro da ciência física, permitiu que cientistas, como Ostwald e os energetistas,
buscassem uma redução da mecânica aos princípios termodinâmicos, algo parecido também ocorreu
com o eletromagnetismo. A idéia de que a inércia é ultimamente um fenômeno eletromagnético e
que a massa inercial é basicamente um efeito indutivo teve sua origem no estudo da eletrodinâmica
das cargas em movimento. J. J. Thomson, no seu artigo
On the Electric and Magnetic Effects
Produced by the Motion of Electrified Bodies
, de 1881, sugeriu a possibilidade de que a inércia
poderia ser reduzida ao eletromagnetismo. Oliver Heaviside aprimorou o trabalho de Thomson num
artigo de 1889 chamado
On the Electromagnetic Effects due to the Motion of Electrification
through a Dielectric
. A publicação do artigo de Heaviside marcou o início de uma animada
competição entre a mecânica e o eletromagnetismo pela supremacia da física. Wilhelm Wien foi um
destes entusiastas do conceito eletromagnético de massa. No seu artigo,
On the Possibility of an
Electromagnetic Foundation of Mechanics
, Wien propõe que seria mais promissor para o
desenvolvimento da física se considerarmos as equações do eletromagnetismo como a base para
derivarmos as leis da mecânica. Contudo,
o entusiasmo inicial que a teoria tinha logo diminui, assim que se tornou cada vez mais claro que a
teoria eletromagnética da massa era incapaz de realizar com sucesso as generalizações necessárias para os
outros constituintes da matéria além do elétron. Além do mais, a verificação experimental da dependência da
72
velocidade da massa eletrônica, que era a principal evidência do conceito eletromagnético, encontrou uma
nova interpretação na revolucionária teoria da relatividade.
48
Assim, o programa de reduzir a mecânica ao eletromagnetismo não logrou. “De fato, a
possibilidade de uma física completamente eletromagnética, abrangendo todos aspectos da
realidade física, nunca foi invalidada, mas apenas perdeu gradualmente o seu apelo original.”
49
Deste modo, passamos ao segundo ponto da nossa abordagem, ou seja, à teoria eletrônica. A
aceitação da teoria corpuscular de J. J. Thomson, a partir das suas experiências no Laboratório
Cavendish em 1897, conhecida pela historiografia realista como a “descoberta do elétron”,
completa o nosso percurso pelas contribuições à teoria atômica do século XIX. Thomson,
diferentemente do que era pensado na época, sugeriu que os raios catódicos seriam partículas
subatômicas carregadas negativamente. Ele chamou esta partícula de corpúsculo, mas depois ela se
tornaria conhecida como elétron.
50
O problema com a palavra “descoberta” é que ela pressupõe uma
perspectiva realista sobre entidades não observáveis, o que demanda uma teoria da descoberta
científica que, como deve ter ficado claro no primeiro capítulo, fugiria da nossa diretriz
historiográfica. O próprio Thomson recordou mais tarde que a sua teoria corpuscular não foi em
geral aceita até dois anos depois, quando, num encontro da
British Association
, em 1899, ele a
explicou novamente. O processo de apropriação do elétron pela física e pela química está
relacionado com a práxis dos seus praticantes com respeito aos instrumentos de pesquisa e aos
modelos teóricos. Thomson, por exemplo, precisou pressupor a lei de força de Lorentz para derivar
a razão massa/carga das partículas dos raios catódicos que eram desviadas pelo campo magnético.
Assim, a história inicial do elétron foi caracterizada pelos diferentes papéis que a partícula
desempenhou nos fenômenos físicos e químicos conhecidos. Por isto, podemos falar de um elétron
eletroquímico (Stoney e Helmholtz), um elétron eletrodinâmico (Larmor e Lorentz), um elétron dos
raios catódicos (Thomson e Wiechert), e um elétron magneto-óptico
51
(Zeeman e Lorentz). Como
nos mostra Isobel Falconer, no seu ensaio
Corpuscles to Electrons,
52
diferentes tradições levaram a
diferentes conceitos do elétron, e experimentos idênticos significaram coisas diferentes dentro
48
Max Jammer,
Concepts of Mass in Classical and Modern Physics
, página 152, Dover Publications, INC, New York,
1997.
49
Helge Kragh,
Quantum Generations – A History of Physics in the Twentieth Century
, página 114, Princeton
University Press, 5
a
Edição, 2002. Para esta discussão ver Capítulo 8: A revolution that failed.
50
O nome elétron foi cunhado por George Johnstone Stoney (1826-1911), embora esta noção remonte na verdade a
Benjamin Franklin (1706-1790).
51
Ver Theodore Arabatzis,
The Zeeman effect and the discovery of the electron
, em
Histories of the Electron – The
Birth of Microphysics
, editado por Jed Z. Buchwald e Andrew Warwick, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts,
2001.
52
Isobel Falconer,
Corpuscles to electrons
, em
Histories of the Electron – The Birth of Microphysics
, editado por Jed Z.
Buchwald e Andrew Warwick, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 2001.
73
destas tradições. A aceitação do elétron como um constituinte subatômico universal da matéria foi
um processo longo e complexo que envolveu debates em espectroscopia, raios catódicos, raios X,
telegrafia sem fio, radioatividade e condução metálica, além de ter coexistido com a longa
discussão sobre a constituição da eletricidade. Apenas por volta de 1900 em diante, quando um
número significante de praticantes passaram a usar efetivamente a noção um tanto heterogênea de
“elétron” numa vasta variedade de contextos teóricos, que os resultados de Thomson foram
amplamente assimilados. Não obstante,
o elétron de Thompson de 1897 era um corpúsculo massivo e carregado – uma partícula eletrificada –
obedecendo à dinâmica newtoniana que foi rapidamente substituído por uma visão de mundo eletromagnética
onde a massa surge como um artefato do seu campo eletromagnético [como vimos acima]. O elétron de
Einstein de 1905 mais uma vez sustentou uma massa intrínseca, mas agora obedecia à dinâmica relativista. O
elétron da antiga teoria quântica de Bohr da década de 10 e início da década de 20 mostrava uma mistura
precária e crescente de propriedades clássicas e discretas. De Broglie propôs em 1923 que os elétrons são um
fenômeno ondulatório afinal, e sua proposta foi logo multiplamente justificada, até pela detecção de difração
de ondas de elétron. O elétron de Pauli de 1925 obedecia a um bizarro “princípio de exclusão” não clássico
segundo o qual dois elétrons não poderiam ocupar o mesmo estado de energia num átomo. O elétron da nova
teoria quântica do final da década de 20 podia ser aparentemente representada igualmente bem pelas matrizes
de Heisenberg, as ondas de Schrödinger, e os números q de Dirac.
53
Apesar desta multiplicidade de usos do conceito de elétron, todos eles possuem uma
semelhança de significado, o que lhe confere o que Lillian Hoddeson e Michael Riordan chamam
de uma “realidade operacional”. O discurso sobre a realidade do elétron adquire sentido quando
colocado sob perspectiva. Real para quem? Real com qual efeito? Real comparado com o quê?.
54
Assim, o elétron foi a última contribuição do século XIX à consolidação da nossa imagem atômica
do mundo.
2.5) Considerações finais.
Pretendemos ter mostrado como a teoria atômica se tornou representante dos ideais
científicos do século XVII e se desvencilhou das suas objeções religiosas no momento em que a
ciência, a filosofia e a religião se dissociaram na modernidade. A separação entre a ciência e a
filosofia também permitiu, por exemplo, que a física ignorasse as objeções filosóficas à ação a
distância. Os conceitos de inércia e de leis naturais libertaram o atomismo também de algumas de
suas objeções teóricas. As qualidades primárias dos antigos foram identificadas com as
53
Jonathan Bain e John D. Norton,
What should philosophers of science learn from the history of the electron?
, em
Histories of the Electron – The Birth of Microphysics
, editado por Jed Z. Buchwald e Andrew Warwick, The MIT
Press, Cambridge, Massachusetts, 2001.
54
Ver Lillian Hoddeson e Michael Riordan,
The electron, the hole, and the transistor
, em
Histories of the Electron –
The Birth of Microphysics
, editado por Jed Z. Buchwald e Andrew Warwick, The MIT Press, Cambridge,
Massachusetts, 2001.
74
propriedades essenciais da matéria, surgidas de uma articulação tanto teórica quanto experimental.
A mecânica newtoniana, por um lado, e a teoria eletromagnética, por outro, estabeleceram a massa
e a carga, respectivamente, como as propriedades essenciais da matéria.
Os diversos ramos da física e da química que se desenvolveram no século XIX acabaram
por se encontrar numa unidade que foi espelhada pela teoria atômica. Os programas de pesquisa
concorrentes, como o cartesianismo nos séculos XVII e XVIII, e o equivalentismo e o energetismo
no século XIX, acabaram por serem ofuscados pela teoria atômica. A tentativa de reduzir a
mecânica ao eletromagnetismo não logrou sucesso e, assim, o reducionismo mecanicista conseguiu
absorver a física e a química nos seus mais diversos domínios. O atomismo, como representação
deste programa, surgiu como o ideal de uma imagem sintático-semântica do conhecimento
científico.
75
CAPÍTULO 3
O desenvolvimento da Física atômica no século XX e a desconstrução de uma imagem
sintático-semântica do conhecimento científico
3.1) Considerações iniciais.
Neste capítulo vamos completar o anterior no que se refere à constituição final da nossa
representação de mundo constituída por átomos, estes formados por entidades mais elementares, ou
seja, o núcleo positivo e a camada de elétrons negativos, e determinados pelas suas propriedades, a
saber, a massa, a carga e o spin. Nesta hipótese elementar convergiu a explicação básica de quase
todos os campos da experiência humana, da eletricidade e o magnetismo ao calor e a luz. Contudo,
este sucesso foi ao custo de uma completa reviravolta no próprio conceito de representação dada
pela imagem sintático-semântica do conhecimento científico. A teoria atômica afetou o próprio
conceito de causalidade dada pela imagem de um mundo objetivo independente da nossa
observação. O fato, como veremos, é que esta mudança epistemológica foi necessária para dotar de
significado a própria teoria atômica que havia chegado a um paradoxo. Desta forma, da mesma
maneira que a imagem de ciência de Parmênides havia chegado a um paradoxo, devido ao seu
caráter essencialmente sintático, o que deu origem ao atomismo dos antigos, a teoria atômica do
século XX chegou a um paradoxo que levou à dimensão pragmática da imagem do conhecimento
científico. Assim, nos concentraremos ao final na solução própria à chamada interpretação de
Copenhague, centrada na figura do Bohr, a este paradoxo.
3.2) O modelo atômico de Rutherford.
“A teoria atômica triunfou. Os seus oponentes, os quais até recentemente eram numerosos,
têm sido convencidos e têm abandonado, um após o outro, a posição cética que foi, por um longo
tempo, legítima e sem dúvida útil.”
1
Foi com esta confiança que Jean Perin concluiu o seu livro
Les
Atomes
, publicado em 1912, e onde, usando uma variedade de técnicas, ele determina, por treze
diferentes maneiras, o número de Avogadro, todas aproximadamente consistentes umas com as
outras, demonstrando, assim, que os átomos poderiam efetivamente ser “contados”. O sucesso de
Perin até mesmo incitou Ostwald a finalmente reconhecer a validade da teoria atômica, o que ele
fez no prefácio da quarta edição do seu livro
Grundriss der Physikalischen Chemie
, de 1908.
1
Jean Perrin,
Les Atomes
, página 295, Librairie Félix Alcan, 4ª Edição, 1914.
76
Parecia que Leucipo e Demócrito haviam finalmente vencido a batalha na história do atomismo,
pelo menos no que se refere aos seus pontos essenciais. Contudo, a vitória da teoria atômica
clássica mostrou ter vida curta, pois ao mesmo tempo em que a existência dos átomos como
constituintes fundamentais da matéria estava se tornando praticamente irrefutável, novos
desenvolvimentos abriram perspectivas inesperadas.
Jean Baptise Perrin (1870-1942), cuja influência do seu professor Marcel Brillouin foi
decisiva, tornou-se ilustre pelo seu trabalho que determinou o número de Avogadro. Brillouin tinha
grande apreço pela mecânica estatística de Boltzmann e era grande adversário das idéias anti-
atomistas de Ostwald e Mach. Por volta de 1906, o movimento browniano chamou a atenção de
Perrin, e, a partir de 1908, ele começou a sua clássica série de experimentos sobre o assunto. Neste
ínterim, foi inventado um novo tipo de microscópio bem mais poderoso que os outros microscópios
em uso na época. Logo após a publicação do trabalho de Einstein, sobre o movimento browniano,
Perrin, que dispunha de um desses aparelhos, iniciou um projeto de verificar a validade e precisão
das expressões deduzidas por Einstein. O resultado dessas medidas foi uma comprovação cabal de
todas as previsões de Einstein. Perrin conseguiu obter valores para o tamanho das moléculas do
líquido e para o coeficiente de difusão das partículas suspensas. O número de Avogadro, então, foi
obtido com uma excelente precisão.
O trabalho de Thomson, sobre a razão massa/carga do elétron, motivou Robert Millikan
(1868-1953) a realizar o seu conhecido experimento da gota de óleo que conduziu ao valor da carga
do elétron. A aceitação dos elétrons como constituintes dos átomos levantou várias questões, duas
delas de grande relevância. A primeira com relação ao número de elétrons presentes em cada
espécie atômica. A resposta se formou através de uma série de estudos envolvendo a difração de
raios X, que havia sido estudado em 1895 por Wilhelm Conrad Röntgen, e o espalhamento de
partículas alfa emitidas por substâncias radioativas, um campo avançado especialmente por
Antonius van der Broek (1870-1926), Lord Rutherford (1871-1937), e Henry Moseley (1887-1915).
A partir destes estudos concluiu-se que o número de elétrons de um elemento é aproximadamente
proporcional ao seu peso atômico. Além disto, entendeu-se que o número de elétrons se conformava
ao número atômico do elemento correspondente na tabela periódica (pelo menos quando usando
uma definição aprimorada daquele número).
A segunda questão lidava mais precisamente com o papel dos elétrons na estrutura do
átomo. O problema se focou em dois quebra-cabeças. O primeiro foi a necessidade, a fim de se
explicar a neutralidade do átomo, de se determinar a origem e a natureza da carga elétrica positiva,
que deveria existir para cancelar a carga negativa do elétron. O segundo foi com relação à origem
77
da massa atômica, uma vez que a massa total dos elétrons era insignificante perto da massa total do
átomo. Com relação ao primeiro ponto, Lord Kelvin (1824-1907) e J. J. Thomson propuseram,
quase simultaneamente (com algumas diferenças mínimas), a primeira teoria estrutural do átomo. O
modelo proposto por Kelvin, em 1902, caracterizava o átomo como uma nuvem elétrica positiva
uniformemente distribuída na qual os elétrons estavam inseridos de forma a produzir uma situação
de equilíbrio. No ano seguinte, Thomson propôs uma variante deste modelo na qual os elétrons
estavam distribuídos em círculos concêntricos movendo-se a altíssimas velocidades dentro de uma
esfera de eletricidade positiva.
Embora o modelo de Thomson fosse de longe o modelo atômico mais importante na primeira década
do século, ele não foi o único. O reconhecimento do elétron como um constituinte universal da matéria
estimulou físicos a proporem uma variedade de modelos, a maioria deles teve uma vida curta e alguns foram
meramente especulativos.
2
Com relação à origem da massa atômica, Thomson chegou a acreditar que quase toda a
massa poderia ser atribuída aos elétrons, calculando cerca de 1700 elétrons para o átomo de
hidrogênio. Contudo, em 1906, quando ficou entendido que o número de elétrons era da mesma
ordem do número da massa atômica, Thomson abandou esta idéia. As falhas dos modelos de Kelvin
e Thomson foram remediadas pelo trabalho de Rutherford que, em 1911, propôs um modelo
atômico cujas características essenciais resistiu ao teste do tempo. O elemento central do seu
modelo é um núcleo atômico muito menor que o próprio átomo dentro do qual toda carga positiva e
a maior parte da massa do próprio átomo está concentrada. Os elementos experimentais que o
levaram a este modelo foram conduzidos pelos seus colaboradores Hans Geiger (1882-1945) e
Ernst Marsden (1889-1970). O objetivo deles era estudar o espalhamento das partículas alfa pelos
átomos.
É bem sabido [escreveu Rutherford em 1911] que as partículas α e β sofrem desvios... ao encontrarem
com átomos de matéria... Tem sido geralmente suposto que o desvio de um feixe de raios α ou β ao passar
através de uma camada fina de matéria é o resultado de uma multidão de pequenos desvios provocados pelos
átomos da matéria atravessada. As observações, contudo, de Geiser e Marsden... indicaram que algumas das
partículas α devem sofrer um desvio maior que um ângulo reto... cerca de 1 em 20 000 sofreram um desvio em
torno de 90º ao passar por uma camada de folha de ouro de aproximadamente 0,00004 cm de espessura. Geiser
depois mostrou que o ângulo mais provável era de cerca de 0,87º. Um cálculo simples baseado na teoria da
probabilidade mostra que as chances de uma partícula α ser desviada mais de 90º é muito pequena... Parece
razoável supor que o desvio de um ângulo tão grande seja devido a um único encontro com o átomo... Um
2
Helge Kragh,
Quantum Generations – A History of Physics in the Twentieth Century
, página 48, Princeton University
Press, 5
a
Edição, 2002. Neste capítulo Helge Kragh descreve pelo menos outros seis modelos atômicos que existiram
antes do modelo de Rutherford se tornar amplamente aceito: o modelo de James Jeans (1901), de Jean Perrin (1901), de
Lenard (1903-1913), de Hantaro Nagaoka (1904), de Lord Rayleigh (1906), e de John W. Nicholson (1911). Os quebra-
cabeças que estes modelos buscavam resolver, além dos dois já mencionados, eram, também, a radioatividade e as
fórmulas das linhas espectrais.
78
cálculo simples mostra que o átomo deve ser a fonte de um intenso campo elétrico a fim de produzir um desvio
tão grande num único encontro.
3
Como o átomo de Thomson não poderia oferecer um campo elétrico tão intenso para desviar
as partículas α a um ângulo desta ordem, Rutherford, insatisfeito com este modelo, sugeriu o seu
modelo planetário do átomo. No modelo de Rutherford, o núcleo positivo possui elétrons
gravitando ao seu redor como os planetas fazem ao redor do sol. Contudo, apesar do crédito pela
metáfora com o sistema planetário ser dado a Rutherford, a sua atitude em direção a ela não foi de
muito entusiasmo. Para ele, a característica mais importante do seu modelo era o núcleo carregado
positivamente. Ele estava bastante ciente de que o modelo planetário não era realmente viável, pois,
no quadro da eletrodinâmica clássica, um elétron se movendo nestas condições deveria perder
energia continuamente, ao emitir radiação eletromagnética, e acabar por encontrar com o núcleo.
Porém, quando anunciou e publicou o seu trabalho, Rutherford deixou de lado a resolução da
questão da estabilidade do átomo.
Foi na Manchester
Literary and Philosophical Society
que Rutherford proferiu uma primeira
explicação da sua teoria do espalhamento de partículas α a grandes ângulos, o que requeria uma estrutura
nuclear do átomo. O tratamento mais completo apareceu dois meses mais tarde no histórico artigo na
Philosophical Magazine
de maio de 1911. Esta publicação na
Philosophical Magazine
é a verdadeira fonte
original da teoria de Rutherford.
4
Havia outro ponto fraco no modelo de Rutherford que era a sua incapacidade de explicar a
emissão espectral dos átomos. Como foi pela primeira fez mostrado por Gustav Robert Kirchoff
(1824-1887) e Robert Bunsen (1811-1899), os espectros dos átomos formam linhas discretas
correspondendo a freqüências características para cada tipo atômico, como se fossem impressões
digitais. Apenas através do trabalho de Niels Bohr estes problemas relativos ao modelo de
Rutherford seriam remendados, o que nos conduz agora ao nascimento da mecânica quântica.
3.3) O nascimento da física quântica.
A física quântica é aplicada não somente à física atômica, mas a diversas áreas da ciência, e
o seu desenvolvimento já foi objeto de inúmeros livros e estudos. Logo, vamos mencionar apenas as
linhas gerais desta história, o que será o suficiente para apontarmos a sua influência na mudança da
nossa visão atômica do mundo.
3
E. S, Shire,
Rutherford and the Nuclear Atom
, Longman Advanced Physics Topics, editado por John L. Lewis,
Londres, 1972.
4
Edward Neville da Costa Andrade,
Rutherford and the Nature of the Atom
, Peter Smith, 1978.
79
Max Planck (1858-1947), em 1900, publicou o seu famoso trabalho sobre o estudo da
radiação de corpo negro. Ele derivou, neste trabalho, uma expressão para a distribuição espectral da
radiação de corpo negro que ficou conhecida como lei de distribuição de Planck. Para explicar a
discrepância entre as medidas experimentais e as previsões de acordo com a teoria eletromagnética
de Maxwell, Planck foi forçado a rejeitar a teoria clássica na qual a troca de energia ocorre em
quantidades contínuas. Ao invés disto, Planck postulou que a matéria emite energia somente em
quantidades discretas que são múltiplos inteiros de uma quantidade fundamental de energia E = hυ,
onde υ é a freqüência da radiação e h é uma constante de proporcionalidade que ficou conhecida
como constante de Planck. O resultado deste postulado foi tornar discreta a troca de energia, o que
veio a ser considerado um dos avanços mais profundos e revolucionários da história da ciência.
O próprio Planck não interpretou o seu trabalho de maneira realista, preferindo acreditar que
estes “pacotes de energia” não surgiam das ondas de luz em si, mas de alguma propriedade dos
átomos de emitirem e absorverem radiação somente em quantidades discretas. Contudo, apenas
cinco anos após o trabalho original de Planck, o quantum de luz foi entendido como uma entidade
física existente independentemente do mecanismo de sua emissão ou absorção pelos átomos. Este
passo foi dado por Albert Einstein (1879-1955) no seu famoso artigo de 1905 sobre o efeito
fotoelétrico. Para Einstein, a existência do quantum de luz correndo livremente pelo espaço era uma
condição necessária para se explicar as leis empíricas do efeito fotoelétrico, ou seja, da emissão de
elétrons de superfícies metálicas irradiadas por raios violeta e ultravioleta. Na introdução ao seu
trabalho Einstein deixa claro o seu ponto de vista:
A teoria ondulatória da luz, a qual opera com funções espaciais contínuas, tem se provado magnífica
ao descrever fenômenos puramente ópticos e provavelmente nunca será substituída por uma outra teoria.
Deveríamos manter em mente, contudo, que as observações ópticas se referem a médias, e não a valores
instantâneos; e que é bastante concebível, apesar da completa confirmação da teoria da difração, da reflexão,
da refração, da dispersão, etc., por experimentos, que a teoria da luz, operando com funções espaciais
contínuas, nos conduz a contradições quando aplicada a fenômenos de emissão e transformação da luz.
Com efeito, parece-me que as observações da “radiação de corpo negro”, fotoluminescência,
produção de raios catódicos por luz ultravioleta, e outros fenômenos relacionados associados com a emissão ou
a transformação da luz parecem mais facilmente entendidos se supusermos que a energia da luz seja distribuída
descontinuamente no espaço. Segundo a suposição aqui considerada, na propagação de um raio de luz emitido
de uma fonte pontual, a energia não é distribuída continuamente sobre volumes de espaço crescentes, mas
consiste de um número finito de quanta de energia localizados em pontos no espaço que se movem sem se
dividirem e podem ser absorvidos ou gerados apenas como unidades completas.
5
O estudo do efeito fotoelétrico em diferentes metais resultou em duas leis simples:
5
Albert Einstein,
On a Heuristic Point of View Concerning the Production and Transformation of Light,
do livro
Einstein’s Miraculous Year – Five Papers that Changed the Face of Physics
, página 178, editado por John Stachel,
Princeton University Press, 2005.
80
I) Para a luz de uma determinada freqüência, mas de intensidade variável, a energia dos elétrons
permanece constante enquanto o número deles aumenta na proporção direta da intensidade da luz.
II) Para uma freqüência de luz variável nenhum elétron é emitido até que a freqüência exceda um
certo limite υ
o
, o qual é diferente para cada metal. Além desta freqüência limiar, a energia do elétron aumenta
linearmente, sendo proporcional à diferença entre a freqüência da luz incidente e a freqüência crítica υ
o
do
metal.
6
Estas duas leis não podem ser explicadas baseado-se na teoria clássica da luz. Na teoria de
Maxwell, a luz é uma onda eletromagnética, o que significa que um aumento da sua intensidade
deve significar um aumento da oscilação das forças eletromagnéticas que se propagam pelo ar.
Visto que os elétrons aparentemente são ejetados do metal pela ação da força elétrica, a energia
deles deveria aumentar com o aumento da intensidade da luz, ao invés de permanecer constante,
como de fato acontece. Além disto, segundo a teoria eletromagnética clássica, não haveria nenhuma
razão para a dependência linear da energia do elétron com a freqüência da luz incidente. Assumindo
a realidade do quantum de luz viajando pelo espaço, Einstein foi capaz de fornecer uma explicação
para as duas leis relativas ao efeito fotoelétrico. Ele visualizou o efeito fotoelétrico como o
resultado da colisão entre um único quantum de luz incidente com um dos elétrons da superfície
metálica. Nesta colisão, o quantum de luz desaparece dando toda sua energia ao elétron do metal. A
quantidade de energia W para o elétron se desprender da superfície metálica é diferente para cada
metal. A energia cinética K com a qual o elétron deixa o metal é então dada por K = h(υ - υ
o
) = hυ –
W. Assim, caso a freqüência de luz seja mantida constante, a energia de cada quantum de luz é a
mesma, e o aumento da intensidade da luz somente aumenta o número de quantum de luz. Além do
mais, existe uma energia mínima hυ
o
para o elétron se desprender do metal que depende da
freqüência crítica υ
o
. Deste modo, Einstein explicou as duas leis do efeito fotoelétrico.
Contudo, deve-se enfatizar, que a teoria de Einstein não foi uma resposta a uma anomalia
experimental que a teoria clássica não podia explicar, pois, em 1905, o efeito fotoelétrico não era
considerado problemático. Foi somente alguns anos mais tarde que os físicos experimentais se
ocuparam da questão da relação entre K e υ. Ainda assim, quando eles o fizeram, não foi com a
intenção de testar a teoria de Einstein. Por volta de 1916, devido a uma série de experimentos
realizados por Robert Millikan, finalmente foi obtido um consenso a respeito da relação direta entre
K e υ. No entanto,
nenhum dos físicos experimentais concluiu a favor da “ousada, para não dizer imprudente, hipótese”
de Einstein, como Millikan a chamou em 1916. O que Millikan havia confirmado era a equação de Eisntein,
não a sua teoria, e não havia uma relação direta entre a teoria e a equação. Era possível derivar
experimentalmente a equação confirmada sem a hipótese do quantum de luz. A teoria do quantum de luz de
Einstein foi ou ignorada ou rejeitada tanto por físicos experimentais quanto teóricos. Em 1913, quando
6
George Gamow,
Thirty Years that Shook Physics – The Story of Quantum Theory
, página 25, Dover Publications,
New York, 1985.
81
Einstein foi indicado para membro da prestigiosa Academia Prussiana de Ciências, aqueles que o indicaram,
entre eles Planck e Walther Nernst, elogiaram Einstein, mas também mencionaram que “ele tem algumas vezes
errado o alvo em suas especulações, como por exemplo em sua hipótese dos quanta de luz”.
7
Entretanto, a “realidade operacional” do quantum de luz, ou fóton, como ficou conhecido
8
,
se fortaleceu em 1923 a partir das experiências de Compton. Ele fez com que um feixe de raios X
de comprimento de onda λ incidisse sobre um alvo de grafite. Então mediu a intensidade dos raios
X espalhados em função de seu comprimento de onda, para vário ângulos de espalhamento. Embora
o feixe de raios X incidente consistisse de um único comprimento de onda λ, ao medir os raios X
espalhados Compton encontrou comprimentos de ondas maiores do que λ, o que foi chamado de
efeito Compton. A presença de comprimentos de ondas maiores do que λ não pode ser
compreendida de acordo com a teoria clássica, pois a partir dela esperava-se que as ondas
espalhadas tivessem o mesmo comprimento de onda λ da onda incidente. Compton então
interpretou seus resultados experimentais postulando que o feixe de raios X incidente não era uma
onda de freqüência υ, mas um conjunto de fótons, cada um com energia E = hυ. Deste modo, os
fótons colidem com os elétrons livres da grafite da mesma forma que colidem duas bolas de bilhar.
Assim, cada fóton, ao colidir com um elétron, perde energia, o que significa dizer que a sua
freqüência υ diminui e, conseqüentemente, o seu comprimento de onda λ aumenta, o que explicaria
o efeito Compton.
Além disto, Einstein, apesar da resposta negativa ao quantum de luz, continuou trabalhando
na teoria quântica nos anos subseqüentes ao seu trabalho sobre o efeito fotoelétrico. Foi então que
ele aplicou a teoria quântica para calcular o calor específico dos sólidos. Como vimos, a lei de
Dulong-Petit havia recebido uma explicação teórica através do trabalho de Boltzmann. Contudo,
apesar desta explicação ser considerada um triunfo da visão mecânica-atomística da matéria, o
sucesso não foi completo. Embora a lei de Dulong-Petit se aplicasse a vários materiais, havia
inúmeras exceções, particularmente a baixas temperaturas. Assim, a partir da lei de distribuição de
Planck, Einstein encontrou uma expressão para a energia média de um átomo num cristal vibrando
em três direções com a mesma freqüência. A expressão resultante fornece o valor clássico para altas
temperaturas, e portanto conduz à lei de Dulong-Petit, porém, quando a temperatura se aproxima de
zero, o valor decresce exponencialmente, concordando com bastante precisão com os dados
experimentais. Posteriormente, uma versão mais sofisticada da teoria de Einstein foi desenvolvida,
em 1912, por Peter Debye.
7
Helge Kragh,
Quantum Generations – A History of Physics in the Twentieth Century
, página 68, Princeton University
Press, 5
a
Edição, 2002.
8
O nome foi sugerido pelo químico americano Gilbert Lewis em 1926.
82
Foi extremamente importante para o desenvolvimento da teoria quântica que Walther Nernst também
tenha se interessado, por volta do mesmo tempo que Einstein, no comportamento do calor específico a baixas
temperaturas. Ele abordou o problema de uma direção que inicialmente pareceu bem diferente dos problemas
relacionados com o conceito quântico. Nernst estava bem fazendo as suas medidas, usando as instalações do
seu enorme instituto em Berlim, quando sua atenção foi trazida para a teoria de Einstein por volta do final de
1909 ou início de 1910. Assim, a teoria do calor específico de Einstein de 1910/ 1911 se tornou, junto com a
fórmula de radiação de Planck, um “segundo pilar, igualmente forte, da teoria quântica”, nas palavras de
Sommerfeld.
9
3.4) O modelo atômico de Bohr.
Feitas estas considerações iniciais sobre os primórdios da mecânica quântica, agora estamos
aptos a adentrar no próximo modelo atômico que veio substituir aquele de Rutherford. O físico
dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) se encontrou com Rutherford em Cambridge, em 1911, e
depois juntou-se ao seu grupo de pesquisa no início do ano seguinte em Manchester. Bohr
considerou a principal das deficiências do modelo de Rutherford a questão da estabilidade. O seu
mérito histórico foi ter reconhecido que as dificuldades com a física atômica do seu tempo
poderiam ser resolvidas com a ajuda das idéias de Planck e Einstein, como fica claro pela
introdução do seu primeiro trabalho da famosa trilogia
Sobre a Constituição de Átomos e
Moléculas
, de 1913:
Com a finalidade de explicar os resultados das experiências sobre a dispersão dos raios α pela
matéria, o Prof. Rutherford criou uma teoria da estrutura dos átomos. Segundo esta teoria, os átomos são
constituídos por um núcleo carregado positivamente, rodeado por um sistema de elétrons ligados pelas forças
atrativas do núcleo; a carga negativa total dos elétrons é igual à carga positiva do núcleo. Além disto, supõe-se
que o núcleo é a sede da parte essencial da massa do átomo e que tem dimensões lineares extremamente
pequenas comparadas com as dimensões lineares do átomo total. (...)
Numa tentativa de explicar algumas das propriedades da matéria neste modelo atômico deparamos,
todavia, com dificuldades de natureza muito séria derivadas da aparente instabilidade do sistema de elétrons:
dificuldade deliberadamente evitada nos modelos atômicos previamente considerados como, por exemplo no
proposto pelo Senhor J. J. Thomson. (...)
Contudo, a maneira de considerar um problema desta espécie sofreu alterações essenciais em anos
recentes devido ao desenvolvimento da teoria da radiação de energia e à confirmação direta dos novos
pressupostos introduzidos nesta teoria, encontrada em experiências relacionadas com fenômenos muito
diferentes tais como calores específicos, efeito fotoelétrico, raios Röntgen, etc. O resultado da discussão destas
questões parece ser um reconhecimento geral de que a eletrodinâmica clássica não consegue descrever o
comportamento de sistemas de dimensões atômicas. (...)
Este trabalho é uma tentativa para mostrar que a aplicação das idéias acima mencionadas ao modelo
atômico de Rutherford constitui uma base para uma teoria da constituição dos átomos.
10
Depois de explicar o problema da instabilidade do átomo de Rutherford, Bohr introduz os
principais pressupostos do seu modelo. Em primeiro lugar, um elétron, quando circulando em sua
9
Armin Hermann,
The Genesis of Quantum Theory (1899-1913)
, página 65, The MIT Press, Cambridge,
Massachusetts, 1971.
10
Niels Bohr,
Sobre a Constituição de Átomos e Moléculas
, página 95-97, Fundação Calouste Gulbenkian, 4ª Edição,
Lisboa.
83
órbita, não emite radiação eletromagnética, possuindo, portanto, uma energia constante. Em
segundo lugar, de todas as infinitas órbitas permitidas pela teoria clássica, somente são possíveis
aquelas nas quais o momento angular orbital do elétron é um múltiplo inteiro n da constante de
Planck h. O parâmetro n foi o primeiro número quântico introduzido na física atômica, que depois
adquiriu o nome de número quântico principal. O estado normal do átomo é o estado no qual o
elétron tem a menor energia, isto é, o estado n = 1, também chamado de estado fundamental.
Finalmente, quando um elétron se move, descontinuamente, de uma órbita inicial de energia total E
i
para uma órbita final de energia total E
f
, o chamado “salto quântico”, a freqüência da radiação
emitida υ é igual à quantidade (E
i
- E
f
) dividida pela constante de Planck h.
A partir do seu modelo, Bohr pôde explicar a emissão espectral dos átomos, o que era outro
quebra-cabeça que uma teoria atômica satisfatória deveria resolver. A chamada série de Balmer,
11
por exemplo, do espectro do hidrogênio, surge das transições nas quais o elétron salta para o estado
final n = 2. Além disto, Bohr derivou também a chamada constante de Rydberg,
12
o raio do
hidrogênio no seu estado fundamental e o seu potencial de ionização.
Contudo, a concordância entre os comprimentos de ondas medidos e aqueles previstos por Bohr não
foram perfeitos, e segundo Alfred Fowler, um espectroscopista britânico, a pequena discrepância era grande o
suficiente para invalidar a teoria. A resposta de Bohr, publicada na Nature no outono de 1913, foi um outro
exemplo brilhante do que o filósofo Imre Lakatos tem chamado de ajuste monstruoso – tornar um contra-
exemplo num exemplo. Bohr apontou que a quantidade m [massa do elétron] na expressão de R [constante de
Rydberg] deveria ser na verdade a massa reduzida mM / (m + M), com M sendo a massa nuclear, e com esta
correção a discrepância desapareceu.
13
Bohr derivou ainda a série de Balmer de uma outra maneira que incluiu uma primeira
aplicação daquilo que mais tarde ficaria conhecido como o princípio de correspondência.
Bohr notou que, para números quânticos grandes, não havia quase que nenhuma diferença entre a
freqüência de rotação antes e depois da emissão de um quantum; “e que segundo a eletrodinâmica clássica
deveríamos então esperar que a razão entre a freqüência da radiação e a freqüência da revolução também seja
aproximadamente igual a 1” (Bohr em
Sobre a Constituição de Átomos e Moléculas
). Numa comunicação
perante a Sociedade de Física de Copenhagen em dezembro de 1913, Bohr enfatizou que embora, em geral,
não havia nenhuma conexão entre as freqüências clássicas de revolução e as freqüências encontradas pela
teoria quântica, em um ponto, contudo, devemos esperar uma conexão com os conceitos ordinários, a saber,
que será possível calcular a emissão de oscilações eletromagnéticas lentas na base da eletrodinâmica clássica.
Este foi o germe do princípio de correspondência, o qual desempenharia um papel pivô no desenvolvimento
posterior da teoria atômica e em sua transformação em mecânica quântica. (...)
Este princípio se tornou a marca do início da escola de Bohr em teoria quântica e um guia conceitual
importante para a construção da nova mecânica quântica. A essência do princípio de correspondência, como
11
J. J. Balmer (1825-1898) foi um professor suíço que, em 1885, interessado nas regularidades das linhas do espectro
atômico, descobriu que a freqüência da parte visível do hidrogênio poderia ser representada com grande precisão
através de uma fórmula simples, que ficou conhecida como série de Balmer.
12
Após a criação da fórmula de Balmer, em 1885, iniciou-se uma busca por fórmulas empíricas similares que se
aplicassem às séries de linhas identificadas nos espectros de outros elementos. A maior parte deste trabalho foi
realizado por Rydberg, que introduziu uma constante em suas fórmulas que levou o seu nome.
13
Helge Kragh,
Quantum Generations – A History of Physics in the Twentieth Century
, página 55, Princeton
University Press, 5
a
Edição, 2002.
84
Bohr o entendia por volta de 1920, era o seguinte: No limite de grandes números quânticos, transições para
estados estacionários não muito diferentes do inicial resultarão em freqüências quase idênticas com aquelas
esperadas classicamente, isto é, da eletrodinâmica de Maxwell. (...)
Bohr compreendeu que a teoria quântica original estava incompleta no sentido que, embora ela
prescrevesse freqüências, ela não tinha nada a dizer sobre intensidades e polarizações. Esta era uma deficiência
séria para se comparar um espectro derivado teoricamente com um obtido experimentalmente, as intensidades
devem ser conhecidas. Bohr assim estendeu o princípio a fim de cobrir uma correspondência com as
intensidades clássicas também, a saber, exigindo uma correspondência entre os quadrados dos coeficientes de
Fourier do momento de dipolo (a medida clássica de intensidade) e os coeficientes de probabilidade de
transição introduzidos por Einstein na sua teoria da radiação de 1916-17.
14
Finalmente, Bohr considerou, no seu modelo de 1913, que os elétrons descreviam órbitas
circulares. Todavia, ele estava atento de que isto era apenas uma aproximação, pois uma vez que a
força agindo sobre os elétrons depende do quadrado do inverso da distância do núcleo, as órbitas,
como é bem sabido, deveriam ser elípticas. Foi Arnold Sommerfeld (1868-1951) quem realizou, em
1916, o trabalho de substituir as órbitas circulares por órbitas elípticas a fim de explicar a estrutura
fina
15
do espectro de hidrogênio. Posteriormente, Sommerfeld ainda tratou o problema
relativisticamente. O resultado mostrou que a quantização da energia exigia um segundo número
quântico l, que ficou conhecido como número quântico azimutal. Ulteriormente, um terceiro
número quântico m ainda foi adicionado a fim de explicar os efeitos de um campo magnético sobre
as linhas do espectro. De maneira geral, estes três números quânticos foram associados com o
tamanho, a forma e a orientação espacial, respectivamente, da órbita correspondente. Assim, a
introdução desta tripla quantização aprimorou o poder de predição do modelo de Bohr (em
particular no que se refere à explicação da estrutura fina do átomo de hidrogênio).
Walther Kossel (1888-1956) havia sugerido que a estabilidade química dos gases inertes
(hélio, neônio, argônio e assim por diante) era devida às suas configurações eletrônicas em camadas
fechadas. A partir desta observação, e deduzindo que a configuração destes átomos deveria consistir
do número de elétrons correspondentes aos seus pesos atômicos (2, 8, 18 e assim por diante), Bohr
estabeleceu, em 1920, um “princípio de construção” dos átomos. Ele propôs que a configuração
eletrônica dos átomos era determinada pelo preenchimento gradual dos níveis de energia
disponíveis, em ordem crescente, até se completar a todos os elétrons. Por detrás deste processo
havia uma pressuposição, que Bohr expressou explicitamente somente em 1923, de que os números
quânticos daqueles elétrons já presentes em um átomo não eram alterados pela adição de um outro
elétron. Porém, Bohr não foi capaz de oferecer uma explicação satisfatória para o máximo de
14
Helge Kragh,
Quantum Generations – A History of Physics in the Twentieth Century
, páginas 55-56 e 156, Princeton
University Press, 5
a
Edição, 2002.
15
A estrutura fina é uma separação das linhas espectrais em várias componentes diferentes, que é encontrada em todos
os espectros atômicos. De acordo com o modelo de Bohr, isso deve significar que o que tínhamos pensado ser um único
estado de energia do átomo de hidrogênio consiste na realidade de vários estados que têm energias muito próximas.
85
elétrons em cada camada (2, 8, 18 e assim por diante), o que foi realizado somente quando o
princípio de exclusão de Pauli foi formulado.
Usando o princípio de Pauli, Bohr e seus colaboradores (incluindo, é claro, o próprio Pauli) foram
capazes de construir os modelos de todos os átomos do hidrogênio ao urânio. Eles não só explicaram as
mudanças periódicas de volumes atômicos e potenciais de ionização, como também explicaram todas as
propriedades dos átomos, suas afinidades químicas com relação uns aos outros, suas valências, e outras
propriedades que muito anos antes foram sintetizadas numa base puramente empírica e sistematizada pelo
químico russo D. I. Mendeleev, no seu sistema periódico de elementos.
16
Desta maneira, parecia que a imagem mecânica-atomística da ciência havia sido capaz de
reduzir a química à física e continuava a progredir a passos largos. Contudo, a introdução de
elementos estranhos à teoria clássica no modelo atômico, como o comportamento dual da radiação,
acabou por nos conduzir a uma imagem diferente da ciência, o que nos obrigará agora a retomar o
desenvolvimento da física quântica.
3.5) O desenvolvimento da física quântica.
O físico francês Louis De Broglie (1892-1987) defendeu na sua tese de doutorado
Recherches sur la Théorie des Quanta
, de 1924, a hipótese de que o comportamento dual da
radiação, isto é, onda-partícula, também se aplicava à matéria. Ele sugeriu que os aspectos
ondulatórios da matéria fossem relacionados com seus aspectos corpusculares exatamente da
mesma forma quantitativa com que esses aspectos são relacionados para a radiação. Assim, a
hipótese de De Broglie foi que tanto para matéria quanto para a radiação a energia total E deveria
estar relacionada à freqüência υ da onda associada ao seu movimento pela equação E = hυ, e o
momento p ao comprimento de onda λ pela equação p = h/λ.
A teoria não foi recebida favoravelmente e foi ignorada pela maioria dos físicos fora de Paris. A física
teórica francesa tinha uma baixa reputação entre os físicos atômicos, e não se esperava que nada de
interessante pudesse vir de Paris. O boicote francês oficial da física alemã não tornou as coisas mais fáceis para
se apreciar um lampejo de gênio parisiense. Porém, Einstein achou algumas das idéias de De Broglie valiosas
para o seu próprio trabalho em teoria quântica dos gases (estatística Bose-Einstein) e, através de Einstein, elas
foram apropriadas por Schrödinger.
17
Foi assim que o físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-1961), enquanto trabalhava com a
teoria dos gases, em 1925, estudou o trabalho relativamente desconhecido de Louis De Broglie. A
princípio ele estava interessado na teoria de De Broglie em conexão com a teoria dos gases.
16
George Gamow,
Thirty Years that Shook Physics – The Story of Quantum Theory
, página 68, Dover Publications,
New York, 1985.
17
Helge Kragh,
Quantum Generations – A History of Physics in the Twentieth Century
, página 164, Princeton
University Press, 5
a
Edição, 2002.
86
Contudo, o seu estudo o levou à formulação da chamada “mecânica ondulatória”, apresentada nos
seus quatro artigos na
Annalen der Physik
em 1926. A teoria de De Broglie diz que o movimento de
uma partícula microscópica é governado pela propagação de uma onda associada, mas não nos diz
nem como ela se propaga e nem qual é a relação quantitativa entre as propriedades da função desta
onda e as propriedades da partícula. No seu trabalho, Schrödinger desenvolveu uma equação geral
para as ondas de De Broglie e explicou as transições descontínuas dos elétrons entre as suas órbitas
através da teoria ondulatória. Deste modo, ao invés dos “saltos quânticos” descontínuos de Bohr,
explicação que não contentava Schrödinger, as regras de quantização apareciam de maneira natural
como os números inteiros dos modos de vibração de uma corda.
O esboço da derivação da então chamada equação de Schrödinger, na sua formulação não-
relativística e independente do tempo, pode ser traçado, de maneira simples e não rigorosa, a partir
da tradicional equação de onda descrevendo a dependência espacial da onda de amplitude Ψ de um
sistema vibrante qualquer:
∇
2
Ψ + k
2
Ψ = 0
Onde
∇
2
é o operador Laplaciano, o qual, no sistema de coordenadas cartesianas, é:
∇
2
=
∂
2
/
∂
x
2
+
∂
2
/
∂
y
2
+
∂
2
/
∂
z
2
O parâmetro k, conhecido como número de onda angular, é dado por 2π/λ o que resulta em:
∇
2
Ψ + (4π
2
/λ
2
)Ψ = 0
Ao trocarmos λ pela expressão de De Broglie, λ = h/p = h/mv, obtemos:
∇
2
Ψ + (4π
2
m
2
v
2
/h
2
)Ψ = 0
Entretanto, a energia total E de uma partícula é a soma da sua energia cinética com a sua
energia potencial V, ou seja, E = ½ mv
2
+ V, da qual derivamos que mv
2
= 2(E - V). Ao
substituirmos na última expressão temos:
∇
2
Ψ + (8π
2
m/ h
2
)(E - V)Ψ = 0
Esta é a forma padrão da equação de Schrödinger, uma equação diferencial parcial
homogênea de segunda ordem. O método de Schrödinger, que ele mesmo aplicou ao átomo de
hidrogênio (fazendo V = e
2
/r na equação de onda), introduz de maneira natural os três números
quânticos n, l e m. Além disto, a equação de Schrödinger, contanto que a função de onda Ψ seja
contínua, uniforme e finita, apresenta soluções somente para certos valores de E, chamados de
autovalores, e que correspondem às energias permitidas do elétron. Para cada uma destas energias E
existe uma ou mais funções Ψ aceitáveis, chamadas autovetores, que descrevem a partícula neste
estado de energia. Estas funções foram chamadas de orbitais, termo que substituiu a idéia de órbita
do modelo de Bohr. Contudo, para apreciarmos o significado desta mudança conceitual na nossa
87
imagem do átomo, é necessário entendermos o significado que a função de onda Ψ adquiriu através
da sua interpretação probabilística.
Schrödinger, a partir do significado que ele próprio atribuiu ao seu trabalho, considerou a
função de onda uma propriedade “real” dos elétrons. Ele pensou a função de onda como uma
vibração física acontecendo em todas as direções do espaço. Deste modo, os estados eletrônicos
estáveis eram tidos como nodos de tais vibrações, e as linhas do espectro atômico como transições
entre diferentes modos de vibração. Para Schrödinger os “saltos quânticos” de Bohr era uma ficção.
Entretanto, uma interpretação bastante diferente para o significado da função de onda Ψ foi sugerida
por Max Born (1882-1970) em 1926. O princípio de Born pode ser enunciado da seguinte maneira:
“O quadrado do módulo da função Ψ num dado ponto e num dado instante é uma medida da
probabilidade que a partícula correspondente tem de ser encontrada naquele ponto e naquele
instante”. A proposta de Born foi inicialmente desafiada por alguns poucos físicos proeminentes,
porém rapidamente transformou-se na visão ortodoxa da maioria dos físicos e se tornou quase que
unanimemente aceita. Esta interpretação probabilística da função de onda nos leva a uma mudança
fundamental na maneira de pensar a localização de uma partícula. Assim, enquanto no modelo de
Bohr o elétron estava confinado a uma órbita com um raio específico, no modelo de Schrödinger ele
tem simplesmente uma probabilidade máxima de ser encontrado nesta posição (tendo as outras
distâncias também uma probabilidade diferente de zero). A interpretação de Born introduziu
explicitamente na microfísica um elemento irredutível de probabilidade. Esta foi a principal
mudança conceitual introduzida na nossa imagem do átomo pela substituição das órbitas de Bohr
pelos orbitais das funções de onda Ψ.
Finalmente, em 1927, a hipótese de De Broglie recebeu suporte experimental através dos
experimentos conduzidos por Clinton Davisson (1881-1958) e Lester Germer (1896-1971), nos
Estados Unidos, e por George Paget Thomson (1882-1975), na Escócia, que observaram,
independentemente, o fenômeno de difração de elétrons por cristais metálicos. Como sabemos, a
interferência e a difração são fenômenos ondulatórios. A partir do momento p do feixe de elétrons,
que era conhecido, o padrão de difração pôde ser calculado usando o comprimento de onda λ dado
pela relação de De Broglie, o que concordou com os resultados experimentais. Deste modo, ficou
bem estabelecido que as relações p = h/λ e E = hυ se aplicam tanto à matéria quanto à radiação,
sendo a expressão da dualidade onda-partícula. A conseqüência epistemológica desta dualidade foi
uma imagem diferente do conhecimento científico. A partir da mecânica quântica passou-se a
encarar as interações entre objeto e observador como a realidade fundamental da descrição
científica, e a se rejeitar, como sem sentido e sem utilidade, a noção de que por detrás do universo
88
de nossa percepção está escondido um mundo objetivo governado pela causalidade. O que significa,
como expressou Arthur Fine, que “o realismo morreu, e quem o matou foi a física quântica”.
Entretanto, antes de adentrarmos nestas discussões epistemológicas da mecânica quântica e
na sua conseqüente contribuição para a historiografia da ciência, devemos encerrar a exposição dos
eventos relevantes à construção da física atômica dentro do nosso período de interesse. O físico
alemão Werner Heisenberg (1901-1976), neste meio tempo entre a introdução da relação de De
Broglie e a formulação inicial da “mecânica ondulatória” de Schrödinger, elaborou uma outra
versão da mecânica quântica que ficou conhecida como “mecânica das matrizes”. A metodologia
proposta por Heisenberg foi motivada pelo princípio de correspondência de Bohr e pela sua própria
convicção de que uma teoria física deveria depender exclusivamente de quantidades diretamente
observáveis, ou seja, deveria fazer alusão apenas às freqüências e amplitudes observadas no
espectro, ao invés das órbitas e velocidades dos elétrons, o que pode ser averiguado através da
seguinte descrição, em retrospecto, que Heisenberg fez do seu próprio trabalho:
A formulação matematicamente precisa da teoria quântica emergiu finalmente como conseqüência de
dois diferentes desenvolvimentos. O primeiro deles derivou do princípio de correspondência de Bohr.
Tínhamos aqui que abandonar o conceito de órbita eletrônica, mas mantê-lo no limite dos grandes números
quânticos, isto é, para as grandes órbitas. Neste último caso, a radiação emitida – por intermédio de suas
freqüências e intensidades – propicia uma imagem das órbitas eletrônicas que deriva do que os matemáticos
denominam de expansão de Fourier da órbita. A idéia trazia consigo a sugestão de que se deveria expressar as
leis mecânicas não por equações para as posições e velocidades dos elétrons, mas, sim, por equações para as
freqüências e amplitudes da expansão de Fourier. Partindo-se, então, dessas novas equações e modificando-as
ligeiramente, poderíamos esperar obter relações para as grandezas que correspondem às freqüências e
intensidades da radiação emitida, mesmo para o caso de órbitas pequenas e para o estado fundamental do
átomo. Esse plano pôde de fato ser posto em prática e, no verão de 1925, deu lugar ao formalismo matemático
que foi denominado mecânica das matrizes.
18
Foi assim que, em setembro de 1925, num artigo publicado na revista alemã
Physikalische
Zeitschrift
Heisenberg apresentou a sua “mecânica das matrizes”. Foi Max Born quem rapidamente
compreendeu a importância da teoria de Heisenberg a qual ele examinou e estendeu num artigo
escrito junto com o seu assistente Pascual Jordan. Posteriormente, em novembro de 1925, a
“mecânica das matrizes” se estabeleceu em bases firmes a partir de um famoso artigo escrito por
Heisenberg, Born e Jordan. Paralelamente, Dirac também tinha, por volta de 1925, a sua própria
versão algébrica da mecânica quântica, que ficou conhecida como álgebra dos números q, e a partir
da qual Dirac obteve, independentemente, vários dos resultados de Heisenberg, Born e Jordan.
Apesar dos artigos de Schrödinger e Heisenberg apresentarem pressupostos físicos e
métodos matemáticos completamente diferentes, para o espanto dos físicos que leram ambos os
18
Werner Heisenberg,
Física e Filosofia
, páginas 58-59, Capítulo 2 – A história da teoria quântica
,
Editora
Universidade de Brasília, Brasília, DF.
89
trabalhos eles conduziam exatamente aos mesmos resultados. O próprio Schrödinger provou, em
1926, que qualquer equação da “mecânica ondulatória” poderia ser traduzida para a “mecânica das
matrizes” e vice-versa. Ainda outras provas desta equivalência foram produzidas
independentemente por Carl Eckart e, sem se preocupar em publicá-la, por Wolfgang Pauli. A
maioria dos físicos adotou uma atitude pragmática com relação às estas duas formulações da
mecânica quântica, usando a linguagem e a matemática da “mecânica ondulatória” de Schrödinger,
mas interpretando-a de acordo com as idéias de Bohr, Heisenberg e Born.
A partir deste cenário nos parece evidente como que a teoria atômica que fora outrora o
arauto da concepção representacionalista das teorias científicas passou a desafiar o cerne desta
visão. O desenvolvimento da física atômica levou a comunidade dos físicos em questão a
discutirem o significado preciso de suas teorias e a questionarem a própria imagem tradicional do
conhecimento científico. Schrödinger, que havia criticado a estrutura atômica descontínua do
modelo de Bohr, substituiu a representação corpuscular dos elétrons por uma função de onda a qual
ele considerou ser a propriedade “real” dos elétrons. O físico austríaco, numa carta a Lorentz,
descreveu o modelo de Bohr como “monstruoso” e “quase inconcebível”. Para Schrödinger, como
vimos, os “saltos quânticos” de Bohr era uma “ficção”, enquanto que as ondas de matéria eram tão
“reais” quanto às ondas luminosas e acústicas. Deste modo, ele pretendia eliminar o paradoxo da
dualidade onda-partícula ao considerar o aparente comportamento corpuscular dos elétrons como
“pacotes de onda”, um termo que descreve a superposição de ondas numa banda estreita de
freqüências de uma região limitada do espaço interferindo-se construtivamente e movendo-se a uma
velocidade conhecida como “velocidade de grupo”. Por outro lado, Heisenberg, assim como outros
teóricos, consideravam a ênfase em conceitos clássicos, como a continuidade espaço-temporal e a
visuabilidade, um passo retrógrado com relação à construção de teorias científicas adequadas à
microfísica. Heisenberg relatou a Pauli que ele havia achado a teoria de Schrödinger
“desagradável”. Tampouco, como vimos, as órbitas atômicas de Bohr, as quais não eram
observáveis, poderiam, para Heisenberg, fornecer uma base apropriada para a estrutura atômica,
pois para o físico alemão se desejássemos precisar o que se quer dizer pela ‘posição de um elétron’,
deveríamos descrever de fato um experimento designado para medir a ‘posição de um elétron’, caso
contrário a proposição seria sem sentido. Assim, Heisenberg propôs, ao discutir a natureza dual dos
elétrons, que substituíssemos tais representações mentais, as quais ele considerava deficiente, por
um formalismo matemático que, no seu ponto de vista, consistiria na única percepção possível da
realidade. O critério positivista de Heisenberg para a construção de um modelo para a estrutura
atômica não era particularmente novo. Pauli, por exemplo, já havia enfatizado, em 1919, que
90
somente quantidades observáveis deveriam entrar nas teorias físicas. Contudo, Heisenberg foi
obrigado, posteriormente, a abdicar desta sua posição a fim de resolver satisfatoriamente os
paradoxos envolvidos no dualismo onda-partícula, como fica bem claro pelo seu relato feito em
retrospectiva numa conferência realizada em 1973 em Washington:
Geralmente acredita-se que a ciência é empírica e que se deduzem os modelos e as relações
matemáticas a partir de resultados empíricos. Se isto fosse a verdade completa, então, ao iniciar um novo
campo, deveríamos apenas considerar as quantidades que são diretamente observáveis e formular as leis da
natureza somente através de tais quantidades. Quando era ainda jovem, julgava que esta era a filosofia seguida
por Einstein na elaboração da sua teoria da relatividade. Tentei, por conseguinte, seguir um passo semelhante
quando elaborei a mecânica das matrizes. Anos mais tarde, ao abordar este mesmo assunto com Einstein,
obtive a seguinte resposta: “Talvez tenha sido essa a minha filosofia, mas mesmo assim é um disparate. É
impossível introduzir somente quantidades observáveis numa teoria; é a teoria que decide o que pode ser
observado.” O que Einstein significava com este comentário é que quando se passa da observação imediata –
uma linha negra numa placa fotográfica, uma descarga num contador, etc. – aos fenômenos em estudo faz-se
uso da teoria e dos conceitos teóricos. Não se pode separar a observação (o processo empírico) da relação
matemática e dos conceitos teóricos.
19
Conseqüentemente, embora já houvesse, por volta do final de 1926, um formalismo
unificado para a mecânica quântica, no qual as diferenças entre os trabalhos de Schrödinger e
Heisenberg haviam perdido a sua importância original, permanecia ainda a questão da
representação da estrutura atômica. Heisenberg, no seu livro
Física e Filosofia
, descreveu como
estava a situação neste período e apontou a solução adota pela escola de Copenhague até o final de
1927:
Mas ainda restava a pergunta: em que sentido o novo formalismo descrevia a estrutura atômica? Os
paradoxos que sobrevinham do dualismo onda-partícula não tinham sido resolvidos; permaneciam escondidos
de alguma maneira no esquema matemático da teoria. (...)
A solução final foi abordada de duas maneiras diferentes. Uma delas foi uma reviravolta da questão.
Ao invés de perguntar: como se pode demonstrar, no esquema matemático conhecido, uma dada situação
experimental?, uma outra pergunta era feita: seria verdade dizer-se que ocorrem na Natureza somente aquelas
situações experimentais que podem ser demonstradas pelo formalismo matemático? A hipótese de que isso
fosse realmente verdade deu lugar a limitações no uso de conceitos que tinham sido, desde Newton, básicos na
física clássica. Na mecânica newtoniana, nada impede que se fale em posição e velocidade do elétron e, além
disto, pode-se observar e medir essas grandezas com alta precisão arbitrariamente. Contudo, contrariamente ao
que ocorre na mecânica de Newton, [na mecânica quântica] não se pode medir simultaneamente aquelas
grandezas com alta precisão arbitrariamente. De fato, o produto das duas imprecisões, em suas medidas,
resultou não ser menor que a constante de Planck dividida pela massa da partícula. Relações análogas foras
igualmente formuladas para outras situações experimentais. Todas elas são usualmente chamadas de
relações
de incerteza
, diferentes instâncias do
princípio de indeterminação
. (...)
Uma outra maneira de abordar o problema foi o conceito de
complementaridade
introduzido por
Bohr. Schrödinger tinha descrito o átomo não como um sistema composto de partículas, núcleo e elétrons, mas
sim como constituído de núcleo e ondas de matéria. Essa descrição dos elétrons como ondas de matéria
certamente encerrava um elemento de verdade. Já Bohr considerou a maneira quântica de descrever em seus
dois aspectos, de partícula e de onda, como duas descrições complementares da mesma realidade. Cada uma
dessas descrições pode ser só parcialmente verdadeira, e limitações devem ser impostas ao uso, tanto do
conceito de partícula como do de onda, pois, caso contrário, não haveria como se evitar as contradições. Se
19
Werner Heisenberg,
Páginas de Reflexão e Auto-retrato
, página 84, A Tradição na Ciência, Gradiva, 1ª Edição,
Lisboa, 1990.
91
levarmos em conta estas limitações, expressas pelo
princípio de incerteza
[e pelo
princípio de
complementaridade
], as contradições desaparecerão.
Dessa maneira, desde a primavera de 1927, conseguiu-se uma interpretação consistente da teoria
quântica que é, usualmente, conhecida como a “interpretação de Copenhague”. Essa interpretação teve seu
teste crucial, no outono de 1927, na conferência de Solvay, em Bruxelas. Lá, todas as experiências, que sempre
deram lugar aos piores paradoxos, foram discutidas repetidamente em todos seus detalhes, especialmente por
Einstein. Novas experiências ideais foram inventadas a fim de descobrir possíveis inconsistências na teoria;
mas a teoria mostrou-se consistente e de acordo com os fatos experimentais, pelo menos pelo que se pôde
ver.
20
Desta forma, precisamos entender como os princípios de incerteza e de complementaridade
resolveram, para os teóricos da interpretação de Copenhague, o paradoxo da dualidade onda-
partícula presente na representação da estrutura atômica. Por conseguinte, veremos como que esta
interpretação abalou o realismo e o racionalismo na ciência. O que significa dizer que estes
princípios desafiaram os princípios da causalidade e do reducionismo que, construídos na
Antigüidade e consolidados na ciência moderna, formavam a base do atomismo. Poderíamos ainda
expressar o impacto destes princípios, introduzidos na microfísica, dizendo que a partir deles não
podemos mais estabelecer conceitos, de maneira inequívoca, numa base puramente sintático-
semântica. Finalmente, podemos dizer que o paradoxo da dualidade onda-partícula, aparentemente
ocasionado por uma noção fortemente semântica da significação, adicionou, a fim de solucionar o
problema, uma dimensão pragmática à imagem do conhecimento científico. De fato, o realismo e o
racionalismo pressupõem que a linguagem seja um mero instrumento intermediador das nossas
representações operando a partir de uma instância superior e anterior às experiências significativas
do sujeito. Por outro lado, os princípios de incerteza e de complementaridade, como veremos, nos
indicam que, ao contrário, não existem conteúdos cognitivos fora da linguagem.
3.6) O nascimento do princípio de complementaridade de Bohr e do princípio de incerteza
de Heisenberg como solução ao paradoxo da dualidade onda-partícula.
O princípio de incerteza é uma conseqüência algébrica da “mecânica matricial” de
Heisenberg. A chamada lei de comutação da multiplicação, comum à aritmética e à álgebra
ordinária, não vale para o cálculo matricial. Por isto, o cálculo com matrizes é chamado de álgebra
não-comutativa. Na “mecânica matricial” as quantidades mecânicas, como o momento p e a
coordenada q, são escritas na forma de matrizes. Como as matrizes p e q não comutam, isto é, pq ≠
qp, Heisenberg foi obrigado a introduzir um postulado para saber qual é a diferença entre pq e qp.
A fim de obter um sistema de equações que levasse aos valores corretos das freqüências e das
20
Werner Heisenberg,
Física e Filosofia
, páginas 63-65, Capítulo 2 – A história da teoria quântica, Editora
Universidade de Brasília, Brasília, DF.
92
intensidades relativas das linhas do espectro, Heisenberg concluiu que a equação pq – qp =
i(h/2π)1, onde 1 é a matriz unitária. O resultado, portanto, deste cálculo algébrico foi a famosa
relação do princípio de incerteza à qual Heisenberg faz referência na passagem supracitada, a saber,
que ∆q.∆p ≥ h/4π. Heisenberg também mostrou que existe uma relação semelhante entre a incerteza
na medida da energia de uma determinada quantidade e a incerteza correspondente na medida do
tempo, ou seja, que ∆E.∆t ≥ h/4π. O primeiro princípio afirma que uma experiência não pode
determinar simultaneamente o valor exato de uma componente do momento de uma partícula e
também o valor exato da coordenada correspondente. Para Heisenberg,
esta relação de incerteza especifica os limites dentro dos quais a imagem da partícula pode ser
aplicada. Qualquer uso das palavras ‘posição’ e ‘velocidade’ com uma precisão que exceda aquela dada pela
equação é tão sem significado quanto o uso de palavras cujo sentido não é definido.
21
O segundo princípio está relacionado com a medida da energia E e do tempo t necessário à
medida, como, por exemplo, o intervalo de tempo ∆t durante o qual um fóton com incerteza na
energia ∆E é emitido de um átomo.
Como as chamadas relações de incerteza seguiram do próprio formalismo da mecânica
quântica, elas foram aceitas por praticamente todos os físicos. Contudo, uma coisa é aceitar a
matemática envolvida e outra bem diferente é concordar com o seu significado e com as suas
conseqüências filosóficas. Para Heisenberg, como ele deixou bem claro no seu artigo de 1927, as
relações de incerteza significavam o abandono do conceito clássico de causalidade e,
conseqüentemente, do determinismo. A mecânica newtoniana é completamente determinista, como
foi posto em evidência por Laplace: se conhecermos, em um instante dado, as posições e as
velocidades das partículas que compõem um sistema qualquer, a equação de Newton nos permite
deduzir com certeza absoluta essas posições e essas velocidades em todo instante passado ou futuro.
Neste sentido a mecânica newtoniana integra-se perfeitamente à concepção parmenídica do tempo.
É claro que a determinação dessas posições e velocidades pode exceder nossas capacidades de
cálculo, mas temos aqui uma limitação unicamente de ordem prática que não afeta a própria teoria.
Por isto Laplace pôde afirmar que, se houvesse uma inteligência dotada de uma capacidade de
cálculo infinita e que conhecesse num dado instante as posições e velocidades de todas as partículas
materiais que constituem o universo, ela seria capaz de conhecer com certeza absoluta o estado do
universo em qualquer instante passado ou futuro. Para Heisenberg, o princípio de incerteza seria o
fim do sonho determinista de Laplace, o que significaria, nas palavras de Bernard Pullman, o fim
“da mais bem estabelecida das crenças que por séculos, senão por milênios, havia sido o próprio
21
Werner Heisenberg,
The Physical Principles of the Quantum Theory
, página 15, Dover Publications.
93
fundamento do estudo científico do mundo. ‘Uma ciência que não seja determinista não é uma
ciência em absoluto’, havia afirmado Henri Poincaré ao final de 1912.”
22
Durante os anos 30, o
princípio de incerteza foi discutido por vários físicos e filósofos, e ainda hoje, setenta anos após a
proposta de Heisenberg, a questão é objeto de muitas discussões.
O princípio de complementaridade de Bohr, diferentemente do princípio de incerteza de
Heisenberg, não é uma conseqüência do formalismo da mecânica quântica, mas o resultado das
reflexões realizadas por Bohr, largamente de natureza filosófica, sobre a interpretação da teoria
quântica. Não há dúvida de que o princípio de complementaridade de Bohr foi de alguma forma
influenciado pelo princípio de incerteza, contudo, as reflexões de Bohr foram independentes e
começaram bem antes de Heisenberg iniciar o seu trabalho. O físico dinamarquês apresentou suas
idéias sobre a complementaridade pela primeira vez num congresso internacional de física em
homenagem ao centenário da morte de Alessandro Volta realizado em Como em 1927. Os
principais físicos daquele tempo, com exceção talvez de Einstein e Ehrenfest, estavam presentes a
este encontro. Podemos citar entre eles Max Born, Marcel Brillouin, Louis De Broglie, Arthur
Compton, Peter Debye, Enrico Fermi, Werner Heisenberg, Hendrik Lorentz, Robert Millikan,
Wolfgang Pauli, Max Planck, Ernest Rutherford, Arnold Sommerfeld, Otto Stern e Pieter Zeeman.
Foi diante desta ilustre audiência que Bohr apresentou a sua palestra intitulada
The Quantum
Postulate and the Recent Development of Atomic Theory
. Nesta apresentação, após confrontar a
descrição clássica, segundo a qual um fenômeno físico pode ser observado sem ser de nenhuma
maneira essencial perturbado, com a descrição de um fenômeno quântico, sujeito ao postulado
quântico, segundo o qual todo processo atômico é caracterizado por uma descontinuidade essencial,
Bohr afirmou:
Por um lado, a definição do estado de um sistema físico, como entendido usualmente, demanda a
eliminação de todas as perturbações externas. Porém, neste caso, segundo o postulado quântico, qualquer
observação será impossível, e, acima de tudo, os conceitos de espaço e tempo perdem o seu sentido imediato.
Por outro lado, se no intuito de se fazer uma observação possível permitirmos certas interações com os agentes
de medida adequados, não pertencentes ao sistema, uma definição inequívoca do estado do sistema
naturalmente não será mais possível, e não poderá haver exigência pela causalidade no sentido hodierno da
palavra. A própria natureza da mecânica quântica então nos força a considerar a coordenada espaço-tempo e a
exigência pela causalidade, união esta que caracterizava as teorias clássicas, como características
complementares, porém excludentes, da descrição.
23
Foi neste momento que Bohr introduziu publicamente o termo “complementaridade” pela
primeira vez. Bohr, ao declarar que a “coordenada espaço-tempo” e a “exigência pela causalidade”
22
Bernard Pullman,
The Atom in the History of Human Thought
, página 293, Oxford University Press, 1998.
23
Max Jammer,
The Philosophy of Quantum Mechanics – The Interpretations of Quantum Mechanics in Historical
Perspective
, página 87, Wiley-Interscience Publication, USA.
94
são dois aspectos complementares da descrição física, expressou a essência da primeira versão
daquela que mais tarde seria chamada de “interpretação da complementaridade” ou simplesmente
de “interpretação de Copenhague” da mecânica quântica.
24
Contudo, antes de prosseguirmos a nossa discussão sobre como a interpretação de
Copenhague alterou a nossa imagem do conhecimento científico, devemos fazer algumas
observações a respeito desta interpretação e, em seguida, uma breve exposição sobre a construção
da última propriedade da matéria dentro desta representação da estrutura atômica, a saber, o spin.
Em primeiro lugar, deve ficar claro que a interpretação de Copenhague não se transformou num
único conjunto de idéias definidas de maneira inequívoca, mas somente num denominador comum
para uma variedade de pontos de vistas relacionados. Desta maneira, a interpretação de Copenhague
não está ligada necessariamente a nenhuma posição ideológica ou filosófica específica, tendo sido
professada pelos proponentes das mais divergentes posições filosóficas, desde o idealismo
neokantiano e o realismo crítico até o positivismo e o materialismo dialético.
Em segundo lugar, o ponto de vista da interpretação de Copenhague não ficou confinado
somente à interpretação da mecânica quântica. O próprio Bohr, por exemplo, foi o primeiro a
expandir o princípio de complementaridade à biologia, o que foi feito numa palestra apresentada em
1932, e publicada na revista
Nature
no ano seguinte, na abertura do Congresso Internacional sobre
Terapia através da Luz.
25
Pascual Jordan, neste mesmo ano, publicou idéias semelhantes num
ensaio sobre mecânica quântica e biologia no qual ele apresentou o vitalismo e o fisicalismo como
aspectos complementares no estudo da natureza viva. Ainda, para mencionar apenas mais um
exemplo, Bohr, em 1938, proferiu uma palestra no Congresso Internacional de Ciências
Antropológicas e Etnológicas na qual explicou o papel das relações de complementaridade no
estudo das culturas primitivas da sociedade humana.
26
Assim, podemos encontrar aplicações da
complementaridade à biologia, à psicologia, à lingüística e a várias outras áreas de pesquisa.
Em terceiro lugar, é importante lembrar que nesta época quase todos os físicos que adotaram
explicitamente a interpretação de Bohr ou tiveram uma certa convivência com ele ou foram
visitantes do seu instituto em Copenhague. Ainda assim, nem mesmo todos os estudantes de Bohr
se converteram à filosofia da complementaridade, como é o caso de Christian Moller, que
permaneceu no instituto de 1926 a 1932 sem deixar nenhum traço dos argumentos da
24
O termo “interpretação de Copenhague” não foi usado nos anos 30, mas entrou no vocabulário dos físicos somente
em 1955 quando Heisenberg o usou pela primeira vez ao criticar certas interpretações não ortodoxas da mecânica
quântica.
25
Niels Bohr,
Física Atômica e Conhecimento Humano – Ensaios 1932-1957
, Luz e vida, Editora Contraponto, 2ª
Edição, Rio de Janeiro, RJ, 2000.
26
Idem, Filosofia natural e culturas humanas.
95
complementaridade nos seus trabalhos. Portanto, a recepção da filosofia da complementaridade na
Europa foi consideravelmente mais fria fora do círculo de Copenhague. Além disto, se os físicos
europeus estavam profundamente preocupados com as implicações filosóficas da mecânica quântica
e devotaram muito tempo discutindo o significado mais amplo das características não clássicas da
teoria, a atitude dos americanos foi bastante diferente. Os livros e artigos publicados pelos físicos
americanos não se ocupavam deste tipo de problemas. A posição deles era bastante pragmática e em
parte inspirada pelo operacionalismo de Bridgman. Assim, para os americanos, de maneira geral, os
resultados experimentais era o que realmente importava e, assim, o papel do físico era fazer
cálculos que pudessem ser conferidos experimentalmente. Heisenberg, em
A Parte e o Todo
,
relembra bem esta diferença ao relatar sua conversa com o físico americano Barton durante a sua
estadia nos Estados Unidos em 1929:
Enquanto os europeus costumavam ser avessos e, muitas vezes, francamente hostis aos aspectos não
representacionais e abstratos da nova teoria atômica, à dualidade onda-corpúsculo e ao caráter puramente
estatístico das leis naturais, a maioria dos físicos norte-americanos parecia disposta a aceitar a nova abordagem
sem grandes reservas. Perguntei a Barton como ele poderia explicar essa diferença, e o que ele disse foi:
- Vocês europeus, e especialmente vocês, alemães, inclinam-se a tratar essas idéias novas como uma
questão de princípios. Nós temos uma visão muito mais simples. A física newtoniana costumava fornecer uma
descrição suficientemente exata dos fatos observados. Depois, passamos a conhecer os fenômenos
eletromagnéticos e constatamos que a mecânica newtoniana já não era suficiente. Mas as equações de Maxwell
funcionavam perfeitamente bem para a descrição destes fenômenos. Mais recentemente, o estudo dos
processos atômicos ensinou-nos que nem a mecânica clássica nem a eletrodinâmica eram capazes de explicar
os novos dados experimentais. E assim, querendo ou não, os físicos tiveram de ir além das antigas leis e
equações. O resultado foi a mecânica quântica. No fundo os físicos, inclusive os teóricos, comportaram-se
como o engenheiro que deve construir uma ponte. Ele observa que as velhas fórmulas que havia usado no
passado não se ajustam muito bem à nova construção. Precisa levar em conta a pressão dos ventos, a fadiga
dos metais, as variações de temperatura e coisas similares, e então incorpora tudo isso às antigas fórmulas. O
resultado é um projeto mais confiável, e todos ficam satisfeitos. O mesmo parece aplicar-se à física moderna.
Talvez vocês cometam o erro de tratar as leis da natureza como absolutas. Por isso, ficam surpresos quando
elas têm que ser modificadas.
27
Heisenberg, naturalmente, achou a abordagem de Barton bastante insatisfatória. Finalmente,
cabe ressaltar que embora por diversas razões a interpretação de Copenhague tenha se estabelecido
no meio dos anos 30 como o ponto de vista dominante na filosofia da mecânica quântica, a partir
dos anos 50 a sua hegemonia foi desafiada. De Broglie, por exemplo, propôs, em 1952, uma
interpretação determinista da microfísica. De fato, o físico francês já havia, em 1927, formulado
uma teoria alternativa da mecânica quântica. De acordo com esta teoria, uma partícula poderia ser
descrita como um pacote concentrado de energia correspondendo a uma única solução da equação
de Schrödinger e guiado por uma onda contínua Ψ, chamada de “onda piloto”, que poderia ser
interpretada de acordo com o ponto de vista probabilístico de Born. Contudo, após receber severas
27
Werner Heisenberg,
A Parte e o Todo
, Física atômica e forma pragmática de pensar (1929), páginas 114-115, Editora
Contraponto, 2ª Edição, Rio de Janeiro, RJ, 2000.
96
críticas e nenhum suporte por parte dos seus pares, De Broglie abandonou esta teoria e, em 1928,
adotou a interpretação de Copenhague, à qual permaneceu fiel por mais de duas décadas. Porém,
em 1952, De Broglie, incentivado pelo trabalho do jovem físico David Bohm (1917-1992), retomou
uma versão modificada da sua antiga teoria. Bohm foi capaz de formular uma teoria quântica, ao
introduzir o que ele chamou de “potencial quântico”, que, embora não-clássica, manteve algumas
características clássicas, como partículas se movendo ao longo de trajetórias específicas e de acordo
com o princípio de causalidade.
28
Assim, De Broglie, ao final de 1952, apresentou a sua nova
posição numa conferência no
Centre de Synthèse
, cujo título foi “A Física Quântica Permanecerá
Indeterminista?” e na qual ele relatou esta sua trajetória:
Num artigo publicado na
Revue de Métaphysique et de Morale
sob o título “Lembranças pessoais
sobre o começo da mecânica ondulatória”, reproduzido posteriormente no meu livro
Physique et
Microphysique,
eu recordei por quais estados de espírito eu havia passado entre 1923 e 1928 no que diz
respeito à interpretação da mecânica ondulatória. Expliquei que depois de haver tentado desenvolver uma
interpretação concreta e determinista, conforme, pelo menos nas suas linhas gerais, aos conceitos tradicionais
da física, eu acabei por terminar, na presença das dificuldades que encontrei e das objeções que me foram
feitas, cedendo ao ponto de vista probabilístico e indeterminista dos Senhores Bohr e Heisenberg. Durante os
vinte e cinco anos seguintes eu permaneci fiel a esta maneira de pensar, adotada por quase a unanimidade dos
físicos teóricos, e a expus nas minhas aulas, nas minhas conferências e nos meus livros. No verão de 1951, tive
conhecimento, por uma amigável comunicação pessoal do próprio autor, de um artigo de um jovem físico
americano, o Senhor David Bohm, artigo que apareceu depois no número de 15 de janeiro de 1952 da
Physical
Review
. Neste artigo, o Senhor Bohm retoma integralmente as minhas concepções de 1927, ao menos sob uma
das formas que eu as havia dado, completando-as de uma maneira interessante sob certos pontos.
29
Além destas interpretações alternativas à mecânica quântica que surgiram a partir da década
de 50, outras objeções, de caráter externalista, também foram feitas à interpretação de Copenhague.
O historiador Paul Forman, por exemplo, alegou, em seu famoso ensaio de 1971, que o ambiente
intelectual da Alemanha nas primeiras décadas do século XX, hostil aos valores tradicionais da
física, contribuiu para a aceitação da interpretação não-causal da mecânica quântica. Durante este
período, segundo Forman, a física, e a ciência em geral, era bastante criticada por ser determinista,
mecanicista e contrária aos valores humanos. Embora esta atitude não fosse nova na Alemanha e na
Europa como um todo, ela teria se tornado mais freqüente e mais incisiva na época da república de
Weimar.
30
Deste modo, o clima anti-racionalista e anti-positivista que dominou a cultura de Weimar
acabou por questionar a própria legitimidade da ciência tradicional. Para Forman, portanto, os
físicos alemães já estavam predispostos a aceitarem uma mecânica quântica não-causal a fim de
responderem por esta crise. Assim,
28
Uma visão introdutória da teoria de Bohm pode ser encontrada no seu livro
A Totalidade e a Ordem Implicada
,
Capítulo 4: Variáveis ocultas na teoria quântica, Editora Cultrix, São Paulo, SP.
29
Louis De Broglie,
Nouvelles Perpectives en Microphysique
– Segunda Parte –
La Physique quantique restera-t-elle
indéterministe?
, páginas 115-116, Flammarion, França, 1992.
30
A república de Weimar é o nome dado à república que governou a Alemanha durante o período de 1919 a 1933.
97
Com a introdução da mecânica matricial de Heisenberg no outono de 1925 e da mecânica ondulatória
de Schrödinger na primavera de 1926, os físicos perceberam relativamente rápido que a crença [numa física
não-causal] não tinha mais que se basear unicamente em considerações éticas ou se envolver numa renuncia
puramente gratuita da possibilidade do conhecimento exato dos processos atômicos. As bases do argumento e
da crença haviam sido substancialmente alteradas
.
31
Feita estas observações iniciais a respeito da interpretação de Copenhague vamos fazer uma
digressão importante sobre o desenvolvimento do conceito de spin como uma propriedade
fundamental da matéria para enfim finalizarmos com a mudança da imagem do conhecimento
científico realizada pela física atômica deste período.
3.7) O quarto número quântico e o estabelecimento do spin como propriedade da matéria.
No capítulo anterior vimos como o arcabouço conceitual da mecânica newtoniana
estabeleceu a massa como uma das propriedades universais da matéria.
32
A teoria eletromagnética,
posteriormente, estabeleceu a carga como outra destas propriedades. Assim, através da medida
destas propriedades, cujo próprio processo de medida está incluso no arcabouço teórico que as
defini, podemos determinar “entidades” físicas como o elétron e o próton, ou, melhor dizendo,
podemos atribuir sentido ao discurso sobre estas entidades. Entretanto, somente a massa e a carga
não exaurem todas as propriedades relevantes para a definição das entidades atômicas dentro do
período em questão.
33
Assim, vamos discutir brevemente como se deu a “construção” de outra
destas propriedades, o spin, cuja história é bem particular à história da microfísica. Por isto mesmo
vamos nos deter à história desta propriedade com mais cuidado do que fizemos no caso da massa.
Observamos como a explicação do espectro atômico através da teoria de Bohr exigiu uma
tripla quantização expressa pelos números quânticos n (principal), l (azimutal) e m (magnético),
todos associados à órbita do elétron.
34
Contudo, já no início da década de 20 estes três números
quânticos não eram mais suficientes. Os estudos sobre o efeito Zeeman
35
revelaram que havia mais
componentes do que aquelas que os três números quânticos podiam explicar, como nos relata
Tomonaga, no seu livro
The Story of Spin
:
31
Paul Forman,
Weimar Culture, Causality, and Quantum Theory, 1918-1927: Adaptation by German Physicists and
Mathematicians to a Hostile Intellectual Enviroment
, página 100, em Historical Studies in Physical Sciences, volume 3,
páginas 1-115.
32
Seção 2.2.2 letra d.
33
Ainda outras propriedades como isospin, estranheza, número leptônico e número bariônico farão parte de uma fase
posterior da história do atomismo, aquela das partículas elementares.
34
Seção 3.4.
35
O efeito Zeeman é o desdobramento das linhas centrais espectrais dos átomos ao serem submetidos a um forte campo
magnético.
98
Como vocês sabem, Bohr publicou uma teoria para o espectro do átomo de hidrogênio em 1913.
Segundo a sua teoria, o termo espectral do átomo de hidrogênio pode ser dado pelo número quântico principal
n, o número quântico subordinado l, e o número quântico magnético m (Bohr usou n, Sommerfeld usou l e m).
[…]
Logo se descobriu, contudo, que os termos determinados por l e m não são únicos, mas compostos de
vários níveis muito próximos, ou seja, eles possuem uma estrutura múltipla. Por exemplo, os termos dos
átomos alcalinos, exceto para os termos S
36
, são todos compostos por dois níveis muito próximos. [...]
Assim, se há uma multiplicidade nos termos do espectro, está claro que os números quânticos n, l e m
são insuficientes para se explicar todos os níveis. Foi então que Sommerfeld introduziu o quarto número
quântico j, em 1920, e usou os quatro números n, l, m e j. Ele chamou este número extra de número quântico
interno.
37
Entre 1922 e 1925, como nos mostra Tomonaga, três teorias concorrentes surgiram a fim de
se introduzir os “números quânticos internos” e se explicar o efeito Zeeman. Estas teorias foram
elaboradas por Sommerfeld, Landé, e Pauli. Cada um deles introduziu “números quânticos
internos” diferentes. O quarto número quântico foi chamado de “número quântico interno”
justamente pelo fato de não se poder construir uma imagem associada a ele para se explicar o
desdobramento excedente das linhas espectrais.
Contudo, em 1925, dois físicos holandeses, Samuel Goudsmit (1902-1978) e George
Uhlenbeck (1900-1988), fizeram uma proposta ousada. Eles sugeriram que o número quântico
adicional, ao invés de ser descrito pela órbita do elétron, poderia ser descrito pelo próprio elétron. O
elétron, até então, era visto como um ponto caracterizado somente pela sua massa e pela sua carga
elétrica. Porém, os físicos holandeses sugeriram que pensássemos o elétron como um pequeno
corpo eletricamente carregado rodando ao redor do próprio eixo. O nome “spin”, que significa giro
em inglês, teria surgido desta idéia de se caracterizar a natureza do quarto número quântico. Assim,
como qualquer carga em movimento rotacional, o elétron deveria possuir um certo momento
angular e um certo momento magnético. As diferentes orientações na rotação do elétron, ou, como
se diria, os seus diferentes “spins”, com relação ao plano de sua órbita seriam responsáveis pelas
diferentes componentes adicionais na linha do espectro. Surpreendentemente, observou-se que a
proposta funcionava e que, ao atribuir ao elétron um certo momento angular e um certo momento
magnético, poderia se explicar todas as linhas adicionais encontradas experimentalmente.
Porém, não demorou muito para se descobrir a impropriedade de se conceber o spin em
termos clássicos como uma pequena esfera girante. O valor do momento angular de rotação do
elétron, por exemplo, seria, segundo este modelo, apenas a metade do valor do momento angular da
órbita atômica. Várias tentativas foram feitas no sentido de se livrar destas dificuldades. Contudo,
somente em 1928, quando Dirac publicou seu famoso artigo
The Quantum Theory of the Electron
,
36
O chamado termo S corresponde ao l = 0.
37
Sin-itiro Tomonaga,
The Story of Spin
, The University of Chicago Press, USA, 1997.
99
o problema recebeu uma nova orientação. A mecânica quântica até aproximadamente esta época
havia sido bem sucedida em diversas aplicações, como, por exemplo, a espectroscopia. Entretanto,
a teoria apresentava várias questões em aberto, sendo uma delas a sua relação com a teoria da
relatividade restrita. Para que a mecânica quântica fosse mesmo uma teoria fundamental do
microcosmo ela deveria ser consistente também com a teoria da relatividade restrita. O próprio
Schrödinger já havia elaborado uma versão relativística da sua equação de onda. Oskar Klein,
Walter Gordon e vários outros físicos também fizeram o mesmo por volta de 1926 e 1927. Todavia,
esta equação, conhecida como equação Klein-Gordon, não resultou no valor correto para a estrutura
fina do hidrogênio. No seu artigo, Dirac, além de chegar ao valor correto para a estrutura fina,
apresenta uma equação de onda relativística para o elétron que, sem introduzir previamente o seu
valor de spin, o incorpora automaticamente de maneira dedutiva. A teoria de Dirac foi rapidamente
aceita e, além de ter sido uma bela vitória para a teoria da relatividade, colocou o spin do elétron
dentro de uma sólida estrutura teórica ao evidenciar a sua relação com a relatividade.
Assim, uma vez introduzido estes elementos chaves da história do spin, desejamos agora
evidenciar como a sua “realidade” foi estabelecida por etapas, através de diferentes atores e por
diferentes razões. De fato, a natureza física do spin é ainda pouco entendida, muito embora hoje não
se negue que esta seja uma propriedade “real” do elétron e de outras partículas elementares. A
conexão entre o spin e a teoria da relatividade, por exemplo, parece um pouco ambígua. Dirac
afirmou que ele havia mostrado que o spin era uma conseqüência da relatividade, porém, isto parece
pouco provável se levarmos em consideração que existem partículas relativísticas com spin igual a
zero. Por isto esta conexão é ainda motivo de muitos debates (embora não seja incomum
encontrarmos livros didáticos referindo ao spin como uma conseqüência da teoria da relatividade).
No seu artigo
History and Metaphysics: On the Reality of Spin
Margaret Morrison apresenta
diversos fatores que foram responsáveis pela aceitação do spin como uma propriedade “real” do
elétron. Através da história teórica do spin a autora nos mostra como o seu status ontológico se
desenvolveu ao longo do tempo. Não houve um momento decisivo marcando o nascimento do spin
ou estabelecendo a sua aceitação. Bohr, por exemplo, foi convencido da realidade do spin, segundo
Margaret, devido à sua convicção mais geral a respeito da relação entre a física clássica e a teoria
quântica. Em 1926, Bohr e Uhlenbeck publicaram um artigo na
Nature
no qual Bohr afirmava que a
hipótese do spin abria “uma perspectiva muito promissora de entendermos mais extensivamente as
propriedades dos elementos por meio de modelos mecânicos, pelo menos na maneira qualitativa
100
característica das aplicações do princípio de correspondência.”
38
O spin era uma idéia clássica
apresentada no esquema teórico da mecânica quântica que resolvia problemas quânticos. Para Bohr
isto representava o exemplo perfeito de como as físicas clássica e quântica poderiam se fundir
através do princípio de correspondência. No caso de Heisenberg a situação foi diferente. Depois de
ter sido persuadido por Bohr e ter falhado na tentativa de se obter através da mecânica quântica a
estrutura complexa do espectro, Heisenberg se resignou à hipótese do spin. Para ele a hipótese do
spin se apresentava como a melhor base para a aplicação das idéias quânticas ao problema do
espectro atômico.
Assim, para Bohr, foi ultimamente a conexão com a teoria quântica que mudou o status do spin de um
instrumento de cálculo para uma propriedade real, enquanto para Heisenberg, foi o sucesso experimental em
explicar a estrutura complexa do espectro. Seria um erro dizer que Heisenberg abraçou a realidade do spin da
mesma maneira que Bohr. O último entendeu o spin como tendo conexões teóricas profundas que explicavam
o que era significante sobre o princípio de correspondência. Heisenberg por outro lado viu a sua utilidade
instrumental, uma utilidade que se traduziu na sua aceitação como real
.
39
Já para Pauli, a sua objeção contra o spin era tanto o seu caráter clássico quanto o seu
conflito com a relatividade. Ele nunca aceitou completamente a idéia dinâmica de um elétron em
rotação e para ele nenhuma explicação sobre a natureza fundamental do spin tinha sido dada. O seu
argumento contra a hipótese do spin era que uma vez que os refinamentos relativísticos eram feitos
ela se mostrava incompatível com a experiência. Contudo, Thomas mostrou, em 1926, que as duas
teorias não eram incompatíveis e, assim, Pauli se tornou mais simpático à idéia do spin. Porém,
embora o trabalho de Thomas tenha sido importante para a aceitação do spin por parte de Pauli, foi,
segundo Margaret, a sua convicção de que o spin era essencialmente uma propriedade da mecânica
quântica que o levou a aceitar a sua validade sem uma imagem dinâmica satisfatória. Assim, foi
uma atitude filosófica sobre a natureza teórica da mecânica quântica que permitiu Pauli a finalmente
aceitar o spin como algo “real”. Para Pauli a realidade do spin estava intimamente ligada ao seu
status como um fenômeno puramente quântico. Assim,
por volta de 1926 parecia não haver dúvida de que o spin era real apesar da questão problemática a
respeito da sua natureza física. O que é filosoficamente interessante sobre esta história até esta época é não
somente as diferentes atitudes a respeito da “realidade” do spin, mas também o fato de ter sido possível aceitar
algo como real sem o tipo de entendimento teórico típico da maioria das entidades clássicas. Mesmo para
aqueles que atualmente interpretam a mecânica quântica com uma teoria instrumentalista ou como um
mecanismo de cálculo, é difícil negar que propriedades como o spin são características essenciais e reais das
partículas elementares, características que somente fazem sentido nos termos da mecânica quântica.
40
38
Margaret Morrison,
History and Metaphysics: On the Reality of Spin
, em
Histories of the Electron – The Birth of
Microphysics
, página 435, editado por Jed Z. Buchwald e Andrew Warwick, The MIT Press, Cambridge,
Massachusetts, 2001.
39
Idem, página 436.
40
Idem, página 439.
101
Embora a relação entre o spin e a relatividade tenha voltado à tona através do trabalho de
Dirac de 1928, não se obteve com isto um melhor entendimento a respeito da natureza física do
spin. Não obstante, para Dirac, a realidade do spin se tornou evidente quando a sua equação de onda
relativística o elevou de uma hipótese
ad hoc
a uma propriedade que emerge naturalmente da
ligação da física com a matemática. Deste modo, podemos concluir que diferentes fatores foram
responsáveis para se entender o spin enquanto uma propriedade real do elétron e que, além disto, os
problemas conceituais ao redor da sua natureza física não foram, na década de 20, assim como
continua não sendo agora, suficientes para abalar a convicção de que o spin é uma característica
fundamental do elétron e das outras partículas elementares.
Posto isto, fica claro como que a física atômica do século XX realizou uma mudança radical
na nossa maneira de entender a imagem do mundo dada pelo conhecimento científico. A própria
idéia de “propriedades” e “entidades” fundamentais foi essencialmente modificada a exemplo do
spin e da natureza dual do elétron. Assim, após reconstruirmos a formação desta imagem do mundo,
podemos finalmente entender com ela acabou por modificar aquela concepção original que foi
mantida durante tantos século sobre o próprio caráter do conhecimento científico.
3.8) A interpretação de Copenhague da dualidade onda-partícula e a desconstrução de uma
imagem sintático-semântica do conhecimento científico.
A parte que nos interessa no desenvolvimento da mecânica quântica é a dualidade onda-
partícula cujo paradoxo foi descrito de maneira simples e precisa por Osvaldo Pessoa no seu livro
Conceitos de Física Quântica
:
Para a Física Clássica, uma partícula pode ser imaginada como uma bolinha bem pequena que se
locomove pelo espaço, e que em condições normais não se divide. Além dessa indivisibilidade, uma partícula
clássica também se caracteriza por estar sempre em uma posição bem definida, e com uma velocidade precisa.
Com o passar do tempo, a partícula descreve uma trajetória bem definida, que pode ser concebida como uma
curva no espaço.
Uma onda, por outro lado, é concebida pela Física Clássica como uma excitação que se propaga em
um meio, como a superfície da água, e que tem a característica de se espalhar no espaço. O que se propaga
com a onda é energia, que se identifica com o movimento oscilatório das partículas do meio. Como esse
movimento das partículas pode ser tão tênue quanto se queira, podemos dizer que as ondas são contínuas, pelo
menos em teoria. Além disto, as ondas circulares na superfície d’água claramente não descrevem “trajetória”,
do tipo definido para partículas. Elas são espalhadas no espaço, sem se localizarem em um ponto bem definido.
Além de serem contínuas e espalhadas, as ondas exibem uma série de fenômenos típicos, como a interferência.
Dizer simplesmente que “uma coisa (sem partes) é (ao mesmo tempo) partícula e onda” é uma
contradição lógica. Pois isso implicaria que essa coisa é indivisível e divisível (é contínua), que ela segue uma
trajetória e não segue (é espalhada).
41
41
Osvaldo Pessoa,
Conceitos de Física Quântica
, Capítulo 1, seção 2: A contradição entre Onda e Partículas, Editora
Livraria da Física, 2ª edição, São Paulo, 2005.
102
Para resolver este paradoxo Bohr elaborou a interpretação da complementaridade. A
primeira formulação desta interpretação, como vimos, foi anunciada por Bohr em 1927 quando ele
declarou que a “coordenada espaço-tempo” e a “exigência pela causalidade” são dois aspectos
complementares da descrição física, a última sendo geralmente entendida ou explicitamente
afirmada como se referindo aos teoremas de conservação da energia e do momento. A fim de
esclarecer o que Bohr quis dizer com esta sentença vamos citar outra afirmação que Bohr fez em
diversas ocasiões posteriores ao congresso de Como:
De fato, cada arranjo experimental permitindo o registro de uma partícula atômica num domínio
espaço-temporal limitado demanda relógios sincronizados os quais, pela sua própria definição, exclui o
controle do momento e da energia transmitida a eles. Analogamente, qualquer aplicação inequívoca da
dinâmica da conservação na física quântica requer que a descrição do fenômeno envolva uma renuncia em
principio das coordenadas espaço-tempo detalhadas.
42
Assim, generalizando o resultado de Bohr, podemos dizer que descrições em termos de
coordenadas espaços-temporais e descrições em termos de transferência de momento e energia, ou
seja, descrições causais não podem ter significado operacional ao mesmo tempo, uma vez que elas
exigem arranjos experimentais mutuamente excludentes. Com efeito, é um fato empírico notável
que um experimento não pode ser ao mesmo tempo corpuscular e ondulatório. Assim, um sistema
quântico ou exibe aspectos corpusculares (seguindo trajetórias bem definidas), ou aspectos
ondulatórios (como a formação de um padrão de interferência), dependendo do arranjo
experimental, mas nunca ambos ao mesmo tempo. A partir deste princípio fica claro como que a
descrição completa de um fenômeno quântico deve incluir a descrição dos instrumentos da
observação. Bohr deixou este ponto bem claro desde a sua apresentação em Como que terminou da
seguinte maneira: “Eu espero, contudo, que a idéia de complementaridade sirva para caracterizar a
situação, a qual mantêm uma profunda analogia à dificuldade geral na formação das idéias
humanas, inerente à distinção entre sujeito e objeto.”
43
Assim, aquele velho compromisso do
atomismo antigo de salvaguardar a objetividade por meio da exclusão do sujeito conhecedor da
descrição do mundo tornou-se inoperante na teoria atômica do século XX. Conseqüentemente,
também a pretensão das primeiras teorias atômicas, dos séculos XVII ao XIX, que aceitaram a
existência dos átomos junto com a possibilidade de se alcançar a sua descrição através das suas
propriedades fundamentais em termos mecânicos foi decisivamente abalada. O resultado é que a
antiga imagem do conhecimento científico como representação teve que ser reconsiderada a fim de
42
Max Jammer,
The Philosophy of Quantum Mechanics – The Interpretations of Quantum Mechanics in Historical
Perspective
, página 95, Wiley-Interscience Publication, USA.
43
Ibdem.
103
incluir o sujeito observador na descrição dos fenômenos observados. Assim, somos obrigados a
modificar a nossa própria idéia do que venha a ser uma explicação científica. Bohr, bem antes
mesmo da formulação do princípio de complementaridade, já havia voltado a sua reflexão para o
próprio processo cognitivo, como nos bem mostra Heisenberg, em
A Parte e o Todo
, em uma de
suas conversas com Bohr:
- Se a estrutura interna do átomo é tão vedada às descrições intuitivas como o senhor diz, se realmente
nos falta uma linguagem para lidar com ela, como podemos ter esperança de um dia compreender os átomos?
Bohr hesitou um instante. E disse:
- Penso que ainda seremos capazes de fazê-lo. Mas, nesse processo, teremos que aprender o que
significa a palavra “compreender”.
44
Assim, o paradoxo do dualismo onda-partícula somente desaparece quando reconhecemos
que cada descrição se refere sempre a uma situação experimental em particular. Neste contexto,
entendemos que o paradoxo surge devido ao pressuposto filosófico que admite que as imagens
clássicas de onda e de corpúsculo se referem também a propriedades possuídas pelos sistemas
independentemente de qualquer interação com os instrumentos de observação. Assim, só é possível
usar conceitos clássicos como “posição”, ”velocidade” e ”freqüência” na descrição de processos
quânticos sem cair no abismo do dualismo se renunciarmos a este pressuposto filosófico, ou seja, se
admitirmos que este pressuposto deriva de um status absoluto outorgado arbitrariamente à imagem
científica do mundo. Assim, o paradoxo desaparece se admitirmos que o uso de conceitos clássicos
para descrever os objetos não necessariamente implica que os objetos eles mesmos possuem
propriedades correspondendo a tais termos quando eles não são observados. Os paradoxos da
realidade são assim transformados em paradoxos da nossa linguagem e das diferentes funções
descritivas que esta assume com relação ao que é considerado o objeto da descrição. Deste modo
somos forçados a concluir que o paradoxo desaparece somente quando renunciamos à nossa crença
de que a linguagem reflete uma estrutura da realidade, ou seja, quando reconhecemos que nossas
descrições não são independentes do ponto de vista escolhido pelo observador para descrever a
realidade.
Desde o primeiro capítulo assumimos este princípio historiográfico ao mostrarmos que “o
meio é a mensagem”, ou, como colocamos na ocasião, que a formulação dos problemas da
physis
e
do atomismo na Antigüidade não foram independentes do instrumento lingüístico dos seus
proponentes. De forma um tanto análoga, Bohr nos mostra, em
Física Atômica e Conhecimento
44
Werner Heisenberg,
A Parte e o Todo
, O conceito de compreensão na física moderna (1920-1922), página 55, Editora
Contraponto, 2ª Edição, Rio de Janeiro, RJ, 2000.
104
Humano
, que para a elucidação dos paradoxos da física atômica somos levados a fundir o
comportamento dos objetos com os meios de observação:
Estamos diante de um problema epistemológico bastante novo na filosofia natural. No âmbito desta,
toda descrição das experiências, até então, basearam-se no pressuposto, já inerente às convenções comuns da
linguagem, de que é possível traçar uma distinção nítida entre o comportamento dos objetos e os meios de
observação. Esse pressuposto é não só plenamente justificado por toda a experiência cotidiana, como constitui,
inclusive, toda a base da física clássica. No entanto, tão logo começamos a lidar com fenômenos como os
processos atômicos individuais – que, por sua própria natureza, são essencialmente determinados pela
interação dos objetos em questão e dos instrumentos de medida necessários à definição dos projetos
experimentais -, somos forçados a examinar mais de perto a questão do tipo de conhecimento que se pode
obter com respeito aos objetos.
Por outro lado, é igualmente importante compreender que justamente essa situação implica que
nenhum resultado de um experimento concernente a um fenômeno que, em principio, esteja fora do âmbito da
física clássica pode ser interpretado como dando informações sobre propriedades independentes dos objetos,
está, antes, intrinsecamente ligado a uma situação definida, em cuja descrição os instrumentos de medida que
interagem com os objetos também têm uma participação essencial. Este último fato explica as contradições
aparentes que surgem quando os resultados obtidos são provisoriamente combinados numa imagem autônoma
do objeto.
45
Max Jammer observou muito bem como o problema filosófico com o qual Bohr se deparou
tem precedentes históricos na Grécia Antiga, embora a posição de Bohr seja única na história do
pensamento ocidental:
Tendo definido a idéia da interpretação da complementaridade em termos gerais nós podemos
encontrar facilmente na história do pensamento humano exemplos muito anteriores de estruturas conceituais
semelhantes. Um dos exemplos mais remotos foi provavelmente o tratamento do conceito de movimento nos
famosos paradoxos de Zenão de Eléia no quinto século antes de cristo que confundiu seus contemporâneos (e a
posteridade também). Um escritor moderno certa vez sintetizou a essência destes paradoxos da seguinte
maneira: “A mente humana, quanto tentando dar ela mesma uma explicação acurada do movimento, encontra a
si própria confrontada com dois aspectos do fenômeno. Ambos são inevitáveis mas ao mesmo tempo eles são
mutuamente excludentes”. [...]
A característica que distingue a interpretação da complementaridade de Bohr de todos seus
precedentes históricos e a coloca numa posição única na história do pensamento humano é, claro, o fato de que
as idéias de Bohr não terem sido meramente especulações abstratas, mas foram firmemente cercadas por
achados empíricos. De fato, elas foram concebidas precisamente para dar conta destes paradoxos da
observação experimental.
46
Com efeito, Bohr considerou ter contribuído para a formação de um novo modelo de
descrição, como nos relata Sandro Petruccioli em
Atoms, Metaphors and Paradoxes
:
A física atômica apareceu quando os cientistas buscavam derivar a imagem mais provável da
estrutura atômica a partir de uma vasta quantidade de dados empíricos. Na base desta imagem eles iniciaram
um programa de pesquisa apoiado pela analogia com grande número de fenômenos para os quais o modelo
causal de descrição havia dado provas convincentes de sua efetividade. Apesar do sucesso conseguido em
construir uma teoria consistente, os resultados do programa agora apontaram a necessidade de se renunciar o
entendimento intuitivo e a conexão causal.
45
Niels Bohr,
Física Atômica e Conhecimento Humano – Ensaios 1932-1957
, página 32, Editora Contraponto, 2ª
Edição, Rio de Janeiro, RJ, 2000.
46
Max Jammer,
The Philosophy of Quantum Mechanics – The Interpretations of Quantum Mechanics in Historical
Perspective
, página 105-106, Wiley-Interscience Publication, USA.
105
Contudo, Bohr considerou a compreensível decepção deste programa através da sua profunda
convicção de que com os novos conceitos um avanço essencial tinha sido feito no nosso entendimento. No seu
ponto de vista, um sentimento de falha só poderia surgir de expectativas teóricas ilegítimas: não havia
nenhuma base racional para acreditar que os princípios fundamentais da ciência poderiam ser utilizados num
campo da experiência relacionado com o estudo de propriedades fundamentais e com o comportamento de
objetos que escapam a percepção imediata. […]
Bohr aponta que seria razoável nos perguntar como tem sido possível desenvolver uma explicação
efetiva do nosso conhecimento sobre os tijolos fundamentais dos átomos baseando-se nestas idéias.
Deveríamos legitimamente suspeitar do uso metodológico continuado de conceitos como “massa” e “carga
elétrica” quando é evidente que tais termos teóricos implicam a validade das leis da mecânica e do
eletromagnetismo. Em outras palavras, Bohr se pergunta se é legítimo transferir conceitos de um contexto
teórico para outro quando o novo contexto na verdade deve o seu nascimento à negação de alguns princípios
nos quais o antigo se baseava.
47
Assim, a principal lição epistemológica da física atômica do século XX é a relatividade do
significado de cada conceito. A nossa imagem da estrutura atômica depende da natureza arbitrária
do ponto de vista adotado para a sua descrição e da escolha subjetiva das condições da observação.
Por isto que a física atômica do século XX desconstrui o antigo ideal de um ponto privilegiado de
referência para a explicação e a observação, como aquele no qual Laplace situou a sua inteligência
capaz de um conhecimento total e definitivo das leis da natureza. Deste modo, desaparece também a
crença de que o objetivo da ciência é a conquista gradual deste ideal. Assim, somos obrigados a
aceitar o fato de que uma elucidação completa de um único objeto necessita de diversos pontos de
vista que definem a sua descrição. Bohr, adiantando a muito filósofos, levantou o problema da
reintegração do sujeito na sua própria descrição, o que o levou a adicionar uma dimensão
pragmática à nossa imagem do conhecimento científico. Foi atento ao que ele descreveu como a
extraordinária conseqüência da descoberta de Planck que Bohr mostrou quão profundamente e
definitivamente a microfísica havia abalado o fundamento sobre o qual se baseava a construção dos
nossos conceitos, não somente aqueles da descrição clássica da física, mas também de todo nosso
modo usual de pensar. Assim, ele atingiu o núcleo da romântica atitude reducionista da tradição
mecanicista do século XIX.
3.9) Considerações finais.
Nesse capítulo, vimos como se construiu o atomismo científico do século XX até por volta
de 1930. Todos os fenômenos físicos observados até então passaram a ser descritos como o
resultado de átomos se movendo de acordo com as leis da física. Os átomos, que no século anterior
fugiam completamente ao método empírico, agora podiam ser contados e dimensionados.
47
Sandro Petruccioli,
Atoms, Metaphors and Paradoxes – Niels Bohr and the construction of a new physics
, página 21,
Cambridge University Press, USA, 1993.
106
Aparentemente o caráter sintático-semântico do atomismo havia se completado e toda as
propriedades dos elementos da tabela periódica poderiam ser explicados pela estrutura e pelas
propriedades dos elementos formadores dos átomos. No entanto, como vimos, o spin, uma destas
propriedades, já foge desta maneira clássica de se descrever o mundo. A mecânica quântica
conduziu a paradoxos cuja solução só foi possível ao se abandonar a nossa imagem clássica do
conhecimento científico. Assim, fomos obrigados a incluir o sujeito na sua descrição, o que
significou o fim de uma descrição meramente sintático-semântica do mundo. Abordamos
finalmente a chamada interpretação de Copenhague que melhor representa esta mudança
epistemológica na nossa imagem da ciência.
107
CONCLUSÃO
Nesse trabalho, pretendemos, em primeiro lugar ter reconstruído alguns pontos importantes
da história do desenvolvimento da nossa visão atômica do mundo através de um ponto de vista
historiográfico no qual o uso dos meios lingüísticos, teóricos e experimentais não se dissociasse do
conteúdo cognitivo apresentado pelo conhecimento científico. Alguns exemplos dos resultados
desta abordagem foram: i) entender como que a estrutura das línguas indo-européias juntamente
com algumas condições históricas do mundo grego antigo favoreceram o desabrochar da reflexão
sobre a
physis
, ii) mostrar a relação existente entre o uso do alfabeto, ou, como chamou Havelock,
da “mente alfábetica”, e o surgimento do atomismo, iii) enfatizar como que a “realidade
operacional” de entidades e propriedades físicas, como a massa e o spin, somente se efetivou
perante o uso de um complexo aparato teórico prévio, como a mecânica newtoniana e a teoria da
gravitação, no caso da massa, e a teoria quântica, no caso do spin, iv) favorecer um certo aspecto da
interpretação de Copenhague que destaca a relação entre o conteúdo de uma descrição física e os
instrumentos utilizados pelo observador. Deste modo, a “lição” que o “princípio de
complementaridade” poderia oferecer para a historiografia da ciência, no sentido de evidenciar
certos aspectos importantes sobre a natureza do conhecimento científico, foi, na verdade, o fio de
Ariadne que nos guiou deste o início do trabalho.
Além disto, pretendemos ter mostrado, em segundo lugar, como o programa atomista lidou
com diversas vicissitudes e objeções e passou por diversas transformações, ao longo da sua história,
até se tornar na nossa visão de mundo dominante. Para isto, o programa atomista teve que estender
os seus alicerces, a saber, a causalidade mecânica e o reducionismo, a áreas cada vez mais amplas
do conhecimento humano, contornando, ao mesmo tempo, as objeções que apareciam. Foi deste
modo que o atomismo teve que criar mecanismos explicativos para poder reduzir as categorias
qualitativas às categorias quantitativas. Foi assim também que as causa mecânicas tiveram que
substituir, em todos domínios, os outros tipos de causas, como as causas finais. Os fenômenos
biológicos, por exemplo, aonde a explicação por causas finais foi dominante durante séculos,
apenas encontrou um modelo convincente de representação por causas eficientes através da teoria
da evolução darwiniana. De maneira um tanto análoga, somente com a introdução do conceito de
“leis naturais”, a princípio sinônimo de leis do movimento, o argumento contra o atomismo, comum
a toda antiguidade e idade média, a respeito da incapacidade de se explicar a ordem do todo através
do movimento fortuito de suas partes sem a introdução de um “arquiteto”, foi finalmente
108
contornado. Foi desta maneira que Laplace quando perguntado por Napoleão por que Deus estava
ausente da sua teoria respondeu que esta era uma hipótese desnecessária.
Para tanto, vimos a longa história por que passou o atomismo no século XVII, através dos
Círculos de Northumberland e de Newcastle e de figuras como Gassendi e Boyle, para se purificar
das suas conotações anti-cristãs e se tornar, finalmente, o ponto de vista ortodoxo da Inglaterra no
século XVIII. Porém, além da negação de causas finais, a causalidade mecânica pressupõe muitas
outras coisas, como, por exemplo, a negação da iniciação espontânea do movimento. Também neste
caso os atomistas antigos se encontraram em grandes dificuldades, sendo somente no século XVII,
através da introdução do conceito de inércia e de conservação do movimento, que este obstáculo foi
contornado. Assim, observamos como que através de todo um arsenal de conceitos teóricos e
hipotéticos nós formamos ao longo de séculos a nossa ontologia atual do mundo. Este é um
processo de “Gestalt coletiva” que jamais termina ou se estabelece de forma definitiva. Basta
citarmos como exemplo a longa discussão, que também vimos fazer parte da história do atomismo,
a respeito da existência do vácuo ou da ação a distancia. Esta discussão está presente tanto na
antiguidade como no século XX ou na atualidade. De fato, no final do século XIX e no início do
século XX se discutia e se tentava medir a existência do éter. Também hoje o conceito de vácuo da
física clássica se tornou inoperante ao se falar de energia de ponto zero. Assim, o que a história da
ciência nos mostra de maneira geral, e a história do atomismo nos mostrou de maneira particular, é
que ganhamos uma nova compreensão sobre este tipo de discussão quando a trazemos para a sua
dimensão lingüística.
Contudo, além de ter discutido como a filosofia atomista se desenvolveu a partir dos seus
alicerces, pretendemos, em terceiro lugar, ter mostrado como o programa atomista como um todo
conviveu ao longo da sua história com vários outros programas concorrentes bastante fortes. Assim,
ao lado do atomismo de Leucipo e Demócrito, houve os programas da física de Aristóteles, de
Empédocles e de Anaxágoras. A física aristotélica, em particular, dominou toda a idade média,
período no qual o atomismo era ensinado como uma doutrina obsoleta e equivocada que teve
repercussão somente no mundo antigo. Já durante o período moderno, a física atomista e o
programa cartesiano, apesar de possuírem pontos em comum, divergiam em muitos pontos
importantes, e, no entanto, conviveram lado a lado. As duas visões de mundo se mesclaram em
alguns aspectos, lutaram pela supremacia em outros, ganharam e perderam adeptos e proponentes, e
se aprimoraram durante um longo período. Com relação ao século XIX, vimos como surgiu a
questão da relação entre os programas da termodinâmica e do eletromagnetismo com o programa
mecânico-atomístico. Enquanto os atomistas queriam reduzir a termodinâmica a uma mecânica
109
atomista, os energetistas, por outro lado, consideravam o conceito de energia como o mais
fundamental da ciência e almejavam fazer da termodinâmica o modelo preferencial da ciência.
Deste modo, vimos como que o atomismo de Ludwig Boltzmann se debateu com o energetismo de
Wilhelm Ostwald. Além do mais, observamos que ao lado do energetismo também existia o
equivalentismo que negava a hipótese atômica. Esta teoria identificava a quantidade de matéria com
a massa e considerava a hipótese atômica imprudente e desnecessária. Analogamente, a idéia de que
a inércia é ultimamente um fenômeno eletromagnético e que a massa inercial é basicamente um
efeito indutivo levou à formação de um programa que desejava reduzir a mecânica à
eletrodinâmica. Porém, pouco a pouco todos estes programas perderam espaço para o atomismo.
Assim, esperamos ter passado a noção de que o desenvolvimento do atomismo não foi
absolutamente necessário e universal e que as suas críticas não foram todas vencidas e nem seus
obstáculos todos superados. A visão atômica do mundo se transformou com o tempo e se definiu
numa interação lingüística complexa da qual dificilmente conseguimos nos desvencilhar.
Finalmente, pretendemos ter mostrado neste trabalho como a nossa imagem do
conhecimento científico e da própria natureza da racionalidade científica se transformou ao longo
da história da ciência e como a própria historia da ciência pode nos revelar isto. O primeiro capítulo
nos mostrou como que o racionalismo e o realismo de Parmênides gerou uma concepção
estritamente sintática do conhecimento científico que resultou num paradoxo, o qual, por sua vez,
nos conduziu ao atomismo dos antigos, que acrescentou, através da causalidade, uma dimensão
semântica ao discurso científico. O segundo capítulo nos mostrou como este modelo explanatório
sintático-semântico representado pelo atomismo abrangeu cada vez mais todos os domínios das
ciências naturais e se adequou à nova concepção de ciência e natureza dada pela filosofia empirista.
O terceiro capítulo, finalmente, nos mostrou como este modelo estritamente sintático-semântico do
conhecimento científico representado pela triunfante teoria atômica do início do século XX também
resultou num paradoxo, o qual, por conseguinte, através da complementaridade, nos levou a
acrescentar uma dimensão pragmática ao discurso científico. Portanto, as contradições internas
presentes na história do atomismo desdobraram pouco a pouco as três dimensões presentes tanto na
linguagem ordinária quanto na linguagem cientifica. O atomismo antigo e o atomismo científico até
o início do século XX nos apresentavam uma imagem estritamente sintático-semântica do
conhecimento cientifico, sendo mesmo a melhor representação desta visão da ciência. Deste modo,
até este período, o discurso cientifico era apresentado como um discurso privilegiado, no sentido de
descrever o mundo de maneira objetiva e independente do papel do sujeito conhecedor. Contudo, o
aspecto dual onda-partícula do atomismo do século XX nos conduziu a uma imagem diferente do
110
conhecimento científico e nos levou a compreender de uma maneira mais abrangente o próprio
processo cognitivo. É neste sentido que podemos dizer que o atomismo do século XX descontruiu a
imagem da ciência que nos foi herdada pelo século XIX e construída na sua base a partir dos
moldes da ciência grega.
111
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