Quando você atinge um limite, aprenda a fazer perguntas diferentes

Quando você atinge um limite, aprenda a fazer perguntas diferentes

Converse com os alunos do ensino médio que estão se preparando para os exames de ciências e você provavelmente ouvirá duas coisas: que eles têm medo de física e se sentem relativamente à vontade com a biologia. Estranhamente, isso é contrário à visão da maioria dos pesquisadores.

Converse com os alunos do ensino médio que estão se preparando para os exames de ciências e você provavelmente ouvirá duas coisas: que eles têm medo de física e se sentem relativamente à vontade com a biologia. Estranhamente, isso é contrário à visão da maioria dos pesquisadores. O zeitgeist científico é que a física é fácil. Sua simplicidade vem da capacidade de criar teorias cristalinas que são poderosamente preditivas, para tudo, desde a existência de partículas subatômicas até como a luz se curva em torno das estrelas. Biologia, por outro lado, é muito mais difícil de destilar em teoremas elegantes e equações matemáticas. Por esta razão, alguns eminentes pensadores argumentou que células e florestas são mais difíceis de entender do que buracos negros distantes e difíceis de observar.

Mas talvez não exista uma disciplina fácil ou difícil. Talvez haja apenas perguntas fáceis e difíceis. Apenas biologia parece tão difícil porque foi definido por um conjunto de perguntas muito difíceis. Apenas Física parece fácil porque séculos de esforço por pensadores profundamente perspicazes produziram um conjunto de perguntas respondíveis.

O que torna a biologia tão desafiadora, ironicamente, é nossa proximidade com ela. Pergunte a si mesmo: quem é "mais fácil" de entender - uma paixão romântica ou um colega de trabalho? Nossa intimidade com a biologia - assim como com a psicologia e a ciência social - nos levou a interrogar esses fenômenos com profundo conhecimento já em mãos. Fazemos perguntas muito detalhadas, e então nos surpreendemos com as respostas aparentemente misteriosas ou contraditórias.

Em um passeio pela floresta, podemos observar as formas incomuns da folhagem em uma árvore de bordo. Isso pode nos levar a imaginar por que as folhas têm lóbulos, por que ficam vermelhas no outono, que insetos vivem no lixo das folhas e como se decompõem e alimentam o solo. Essas questões são enganosamente complexas, apesar da naturalidade com que as perguntamos. Em contraste, o vasto e frio vácuo do espaço e a invisível pequenez dos quarks são tão estranhos para nós que nos orgulhamos - pelo menos inicialmente - de dizer as coisas mais simples sobre essas entidades, mesmo que apenas para mostrar que elas existem.

A intimidade, às vezes, também desacelerou nossa compreensão da física. A questão de como os planetas se movem é uma das mais antigas obsessões da humanidade, e atravessa muitas mitologias diferentes. No entanto, graças à auto-absorção da nossa espécie, a teoria dos epiciclos de longa data erroneamente colocou a Terra no centro do Universo - um erro que persistiu por volta dos anos 2,000. Quando a questão foi resumida a questões de força, massa e gravidade na física newtoniana, o movimento planetário tornou-se muito mais fácil de prever e entender.

Ainda há muitas questões difíceis para os físicos imaginarem. Se a física prendesse sua reputação ao prever a próxima explosão solar que poderia interferir nas telecomunicações na Terra, seria vista como uma disciplina muito mais complicada e difícil. Por quê? Porque modelar os muitos mecanismos que produzem a dinâmica da superfície do Sol - todos os processos gravitacionais, eletromagnéticos, térmicos e nucleares envolvidos - é diabolicamente complicado. Quanto ao movimento planetário, podemos obter uma imagem suficientemente boa da trajetória de um planeta, reconhecendo que a solidez de nosso Sol nos permite ignorar a influência de outros corpos celestes. Mas se realmente quiséssemos atender a esses detalhes, logo descobriríamos que não podemos prever com precisão o movimento de três corpos de massa igual. Da mesma forma, com a teoria do caos, aprendemos que podemos fazer apenas suposições sobre a posição específica de dois pêndulos cujo movimento é acoplado. Não podemos, no entanto, dizer com certeza onde um dos pêndulos jamais será.

PTalvez as perguntas que exigimos da biologia sejam muito difíceis. Como podemos salvar uma vida humana individual? Por que esse bluejay é um pouco mais escuro que o outro? Mas só porque exigimos mais da biologia não significa que não possamos fazer perguntas um pouco mais fáceis. De fato, aproveitar a física "fácil" pode nos ajudar a descobrir como find essas perguntas. Os físicos são particularmente bons em procurar fenômenos abrangentes e de larga escala que se aplicam a múltiplos sistemas e que são provavelmente o resultado de mecanismos simples e compartilhados.


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Tome a ideia de escala biológica. Este conceito decorre de observações precoces de que a taxa metabólica de um mamífero depende de forma previsível e não-linear do tamanho do corpo Poder da lei. Uma lei de potência é uma relação matemática que nos diz quanto uma característica muda à medida que o tamanho do sistema aumenta em ordens de grandeza (isto é, por múltiplos de um certo número, geralmente 10). Assim, quando a massa corporal de uma criatura aumenta 1,000, os princípios da escala biológica predizem com precisão que sua taxa metabólica aumentará 100 vezes.

Mas como pode a mesma matemática se aplicar a algo tão simples quanto a atração gravitacional entre dois objetos e o processo confuso de especiação através de diversos habitats? Na física, as leis de potência apontam para mecanismos compartilhados e simetrias que operam em todas as escalas. Na biologia, o nosso pesquisa - assim como disso Geoffrey B West, James H. Brown e Brian J Enquist - mostram que o mecanismo fundamental no trabalho é a estrutura e o fluxo das redes vasculares. Acontece que os vasos sangüíneos tendem a atravessar o corpo de forma eficiente e fornecer recursos para todas as células de uma criatura, reduzindo a pressão sobre o coração. Essa percepção simples deu origem a um crescente grupo de teorias bem-sucedidas que usam a ideia de uma estrutura biológica otimizada para prever fenômenos como a distribuição de árvores em uma floresta, quanto tempo precisamos dormir, a taxa de crescimento de um tumor, o maior e menor tamanhos de bactérias e a a árvore mais alta possível em qualquer ambiente.

No entanto, a biologia também pode dar origem a suas próprias questões únicas. Por exemplo, como nossos colegas Jessica Flack e David Krakauer no Instituto de Santa Fé, os recursos de processamento de informações e de tomada de decisão de agentes (como primatas, neurônios e fungos) levam a tipos únicos de feedback, adaptabilidade e causalidade que diferem dos sistemas puramente físicos. Resta saber se as complexidades adicionais dos sistemas biológicos podem ser explicadas expandindo-se em perspectivas inspiradas na física, como a teoria da informação. Pode ser que o estudo da biologia e dos sistemas complexos em geral progrida, um dia, em questões intransponíveis - ou que uma brilhante reformulação das questões leve à eliminação dos desafios atuais. Isso pode mostrar um caminho para respostas mais fáceis, como Charles Darwin fez ao reformular questões sobre as origens e a diversidade da vida em termos de seleção natural e variação.

Quando você atinge um limite, aprende a fazer perguntas diferentes: A complexidade dos sistemas medidos ao longo de dois eixos
A complexidade dos sistemas medidos em dois eixos: 1) o detalhe e a precisão exigidos da descrição científica; 2) o número de mecanismos sendo combinados em um determinado fenômeno. As ciências mais difíceis fazem perguntas detalhadas sobre sistemas compostos de muitos mecanismos.

Na sua artigo 'More Is Different' (1972), o físico Philip Anderson destacou os perigos de tentar reduzir tudo ao nível mais microscópico. Ele se concentrou em saltos de complexidade que ocorrem em várias escalas de fenômenos naturais - como a mudança da mecânica quântica para a química. No entanto, os leitores muitas vezes ignoram seu argumento de que as teorias efetivas devem basear-se em blocos de construção que expliquem os mecanismos subjacentes de um sistema - mesmo que esses blocos de construção sejam entidades relativamente grandes ou de tamanho médio.

Com base nesta última perspectiva, nosso argumento é que nós não sabe se os buracos negros são mais simples que as florestas. Nós não pode Até que tenhamos uma teoria geral eficaz que explique a existência de florestas ou até que possamos observar a dinâmica mais detalhada do colapso do buraco negro e da evaporação. Uma declaração de complexidade relativa não pode ser feita sem definir minuciosamente o tipo de perguntas que estamos pedindo para cada sistema. Provavelmente, existem certos tipos de perguntas em que nosso conhecimento vai ser muito difícil, mas, na maioria das vezes, trata-se de questões que estamos colocando do que sobre os próprios sistemas.

Então física pode seja duro e biologia pode ser fácil. O grau de dificuldade depende mais das perguntas que estão sendo feitas do que no campo.

Dentro da ciência de sistemas complexos, grandes avanços são freqüentemente feitos na interface entre essas duas perspectivas. Um caminho a seguir é resolver as questões fáceis primeiro, e depois usar nossas respostas para tentar encontrar princípios que sejam úteis quando se trata de questões e teorias mais detalhadas. É possível que, começando com as perguntas fáceis, possamos lentamente "acumular" as difíceis.

Ou, na direção oposta, observar a estranha semelhança dos fenômenos entre as disciplinas pode nos levar a buscar mecanismos e princípios novos. Isso às vezes exige uma perspectiva menos detalhada e mais abstrata - o que nosso colega John Miller, citando o físico premiado Nobel Murray Gell-Mann, discute em seu livro. Um olhar bruto no todo (2016) Esses olhares grosseiros - forçados pelo afastamento da física e obscurecidos pela intimidade da biologia - deveriam produzir muito mais insights e simplificações profundas na ciência nos anos vindouros.

Sobre o autor

Chris Kempes é professor do Instituto Santa Fé, trabalhando na intersecção entre física, biologia e ciências da terra.

Van Savage é professor de ecologia, biologia evolutiva e biomatemática na Universidade da Califórnia, em Los Angeles.

Este artigo foi publicado originalmente em Eternidade e foi republicado sob Creative Commons. Publicado em associação com o Instituto Santa Fé, um parceiro estratégico da Aeon.Contador Aeon - não remova

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