Já se passaram mais de 50 anos desde que os astrônomos propuseram pela primeira vez a "matéria escura", que se acredita ser a forma mais comum de matéria no universo

O aglomerado de galáxias Abell 520, com suspeita de matéria escura destacada em azul. Crédito da imagem: NASA

Apesar disso, não temos ideia do que é, ninguém a observou diretamente ou foi produzida em laboratório.

Então, como os cientistas podem ter tanta certeza de que ela existe? Ela deveria existir? Acontece que a filosofia pode nos ajudar a responder a essas perguntas.

Na década de 1970, um estudo seminal dos astrônomos Vera Rubin e Kent Ford sobre como nossa galáxia vizinha Andrômeda gira revelou uma surpreendente inconsistência entre teoria e observação. De acordo com nossa melhor teoria gravitacional para essas escalas, as leis de Newton, as estrelas e o gás em uma galáxia devem girar cada vez mais devagar quanto mais distantes estiverem do centro da galáxia. Isso porque a maioria das estrelas estará perto do centro, criando uma forte força gravitacional ali.

O resultado de Rubin e Ford mostrou que esse não era o caso. As estrelas na borda externa da galáxia se moviam tão rápido quanto as estrelas ao redor de seu centro. A ideia de que a galáxia deve estar embutida em um grande halo de matéria escura foi basicamente proposta para explicar essa anomalia (embora outros a tenham sugerido anteriormente). Essa massa invisível interage com as estrelas externas através da gravidade para aumentar suas velocidades.

Este é apenas um exemplo de várias anomalias em observações cosmológicas. No entanto, a maioria delas pode ser igualmente explicada ajustando as leis gravitacionais atuais da dinâmica newtoniana e a teoria da relatividade geral de Einstein. Talvez a natureza se comporte um pouco diferente em certas escalas do que essas teorias predizem?

Uma das primeiras teorias, desenvolvida pelo físico israelense Mordehai Milgrom em 1983, sugeriu que As leis newtonianas podem funcionar de maneira ligeiramente diferente quando há uma aceleração extremamente pequena envolvida, como na borda das galáxias. Este ajuste era perfeitamente compatível com a rotação galáctica observada. No entanto, os físicos hoje favorecem esmagadoramente a hipótese da matéria escura incorporada no chamado modelo ΛCDM (Lambda Matéria Escura Fria).

Essa visão está tão fortemente arraigada na física que é amplamente conhecida como o "modelo padrão da cosmologia". No entanto, se as duas teorias concorrentes da matéria escura e da gravidade modificada podem explicar igualmente a rotação galáctica e outras anomalias, pode-se perguntar se temos boas razões para preferir uma à outra.

O gráfico mostra a velocidade de rotação das estrelas e do gás (eixo vertical) em função de sua distância ao centro (eixo horizontal). A teoria sugere que devemos marcar o gráfico como 'esperado pelo disco visível', mas a realidade é diferente. Crédito da imagem: wikipedia, CC BY-SA

Por que a comunidade científica tem uma forte preferência pela explicação da matéria escura sobre a gravidade modificada? E como podemos decidir qual das duas explicações é a correta?

Filosofia ao resgate

Este é um exemplo do que os filósofos chamam de “subdeterminação da teoria científica" pela evidência disponível. Isso descreve qualquer situação em que a evidência disponível pode ser insuficiente para determinar quais crenças devemos ter em resposta a ela. É um problema que intriga os filósofos da ciência há muito tempo.

No caso da estranha rotação nas galáxias, os dados por si só não podem determinar se as velocidades observadas são devido à presença de matéria não observável adicional ou devido ao fato de que nossas leis gravitacionais atuais estão incorretas.

Os cientistas, portanto, procuram dados adicionais em outros contextos que acabarão por resolver a questão. Um exemplo a favor da matéria escura vem das observações de como a matéria é distribuída no aglomerado de galáxias Bullet, que é composto por duas galáxias em colisão a cerca de 3,8 bilhões de anos-luz da Terra. A outra é baseada em medidas de como a luz é desviada pela matéria (invisível) na radiação cósmica de fundo micro-ondas, a luz que sobrou do big bang. Estes são muitas vezes vistos como evidências indiscutíveis em favor da matéria escura porque a teoria inicial de Milgrom não pode explicá-los.

No entanto, após a publicação desses resultados, outras teorias da gravidade modificada foram desenvolvidas durante as últimas décadas, a fim de explicar todas as evidências observacionais da matéria escura, às vezes com grande sucesso. No entanto, a hipótese da matéria escura ainda continua sendo a explicação favorita dos físicos. Por quê?

Uma maneira de entendê-la é empregar as ferramentas filosóficas da teoria da confirmação bayesiana. Esta é uma estrutura probabilística para estimar o grau em que as hipóteses são apoiadas pelas evidências disponíveis em vários contextos.

No caso de duas hipóteses concorrentes, o que determina a probabilidade final de cada hipótese é o produto da razão entre as probabilidades iniciais das duas hipóteses (antes da evidência) e a razão das probabilidades de que a evidência apareça em cada caso (chamada de razão de verossimilhança).

Matéria escura vs gravidade modificada, onde Pr significa probabilidade. Crédito da imagem: Autor fornecido

Se aceitarmos que as versões mais sofisticadas da gravidade modificada e da teoria da matéria escura são igualmente apoiadas pelas evidências, então a razão de verossimilhança é igual a um. Isso significa que a decisão final depende das probabilidades iniciais dessas duas hipóteses.

Determinar o que exatamente conta como a "probabilidade inicial" de uma hipótese e as possíveis maneiras pelas quais essas probabilidades podem ser determinadas continua sendo um dos desafios mais difíceis da teoria da confirmação bayesiana. E é aqui que a análise filosófica se mostra útil.

No coração da literatura filosófica sobre este tópico, reside a questão de saber se as probabilidades iniciais de hipóteses científicas devem ser objetivamente determinadas com base apenas em leis probabilísticas e restrições racionais. Alternativamente, eles podem envolver uma série de fatores adicionais, como considerações psicológicas (se os cientistas estão favorecendo uma determinada hipótese com base no interesse ou por razões sociológicas ou políticas), conhecimento prévio, o sucesso de uma teoria científica em outros domínios e assim por diante.

Ainda não sabemos as respostas exatas para essas perguntas, mas estamos trabalhando nisso. Mais pesquisas em filosofia da ciência nos darão um veredicto melhor.

Este artigo foi republicado em The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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Referência:

ANTONIOU, Antonis. Dark matter: should we be so sure it exists? Here's how philosophy can help. The Conversation, 06, jun. 2022. Disponível em: <https://theconversation.com/dark-matter-should-we-be-so-sure-it-exists-heres-how-philosophy-can-help-184109>. Acesso em: 09, jun. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.