A ideia popular de que a física quântica implica que tudo é aleatória e nada é certo pode estar tão longe da verdade quanto poderia ser. Alguma vez houve alguma escolha no Universo como é? Albert Einstein poderia ter se perguntado sobre isso quando comentou com o matemático Ernst Strauss: “O que eu realmente estou interessado é se Deus poderia ter feito o mundo de uma maneira diferente; isto é, se a necessidade de simplicidade lógica deixa qualquer liberdade”.
O físico norte-americano James Hartle, que morreu no início deste ano aos 83 anos, fez contribuições seminais para este debate contínuo. No início do século XX, o advento da teoria quântica parecia ter saído das ideias de água da física clássica de que a evolução do Universo é “determinística”. Hartle contribuiu para uma proposta notável que, se correta, inverte completamente uma história convencional sobre a ascensão do determinismo com a física clássica, e sua subsequente queda com a teoria quântica. Um Universo quântico pode, de fato, ser mais determinista do que um clássico – e, apesar de todas as suas aparentes incertezas, a teoria quântica pode explicar melhor por que o Universo é o que é, e não uma outra versão.
Desafiando a Aleatoriedade Quântica: Na física, o determinismo significa que o estado do Universo, a qualquer momento, e as leis básicas da física determinam completamente a história retrógrada e a evolução para a frente do Universo. Esta ideia atingiu o seu auge com as leis rigorosas e precisas sobre como o Universo se comporta introduzida pela física clássica. Tome as leis de Isaac Newton do movimento. Se alguém conhecesse as posições atuais e o momento de todas as partículas, poderia, em teoria, usar as leis de Newton para deduzir todos os fatos sobre o Universo, passado e futuro. É apenas uma falta de conhecimento (ou poder computacional) que impede os cientistas de fazê-lo.
Histórias Decoerentes e Determinismo: Junto com esse poder preditivo distintivo, o determinismo subscreve explicações científicas que se aproximam do “princípio da razão suficiente” mais famosamente articulada pelo polata alemão Gottfried Leibniz: que tudo tem uma explicação. Cada estado do Universo (com uma exceção óbvia, a que chegaremos) pode ser completamente explicado por um anterior.
A Natureza das Partículas Quânticas: Os comportamentos estranhos das partículas quânticas que começaram a surgir no século XX mudaram fundamentalmente o debate em torno do determinismo na física. As leis da mecânica quântica dão apenas as probabilidades de resultados, o que pode ser ilustrado com o experimento de pensamento concebido pelo físico austríaco Erwin Schroeddinger em 1935 (embora quando ele inventou, ele estava preocupado principalmente com a forma como a função de onda representa a realidade).
Uma Nova Perspectiva sobre o Determinismo: O Universo quântico poderia realmente ser mais determinista do que um clássico, por duas razões. O primeiro é técnico. As leis de Newton permitem situações em que o passado não determina como as coisas se moverão no futuro. Por exemplo, as leis não fornecem um limite superior sobre o quanto um objeto pode ser acelerado, então, em teoria, um objeto clássico pode atingir o infinito espacial em tempo finito. Inverta esse processo, e você obtém o que foi chamado de “invasores espaciais” – objetos que vêm do infinito espacial sem conexão causal com qualquer outra coisa no Universo, e que não podem ser previstos a partir de nenhum dos estados passados do Universo.
Na prática, esse problema é resolvido pelo limite de velocidade universal, a velocidade da luz, introduzida pela teoria da relatividade especial de Einstein. Mas infinitos indisciplinados também assolam a relatividade einsteiniana, que é uma teoria clássica. As equações da relatividade geral levam a “singularidades” da curvatura infinita, mais notoriamente em buracos negros e no Big Bang no início do Universo. Singularidades são como lacunas no espaço-tempo onde a teoria não se aplica mais; em alguns casos, qualquer coisa pode sair delas (ou desaparecer nelas), ameaçando o determinismo.
Muitos físicos pensam que a teoria quântica pode vir ao resgate removendo tais singularidades – por exemplo, convertendo o Big Bang em um “Big Bounce”, com um Universo que continua a evoluir suavemente do outro lado da singularidade. Se eles estiverem certos, uma teoria da “gravidade quântica” que unifique totalmente a teoria quântica, que prevê o comportamento da matéria nas menores escalas, e a relatividade de Einstein, que encapsula a evolução em larga escala do Universo, suavizará as lacunas no espaço-tempo e restaurará o determinismo.
Para o cosmos quântico: Com Stephen Hawking, Hartle passou a se tornar um dos fundadores da cosmologia quântica, que aplica a teoria quântica a todo o Universo. Em um universo clássico, há liberdade na escolha de como tudo começou. Mesmo deixando de lado as situações extremas mencionadas anteriormente, a mecânica clássica é meramente determinística na medida em que estabelece muitas histórias evolutivas possíveis para o Universo e oferece declarações condicionais sobre elas: se isso acontecer, então isso deve acontecer a seguir.
Para retornar à analogia do trem, uma teoria determinística não diz, por si só, por que o trem está em qualquer pista dada de muitos: por que ela está indo de A a B via C, em vez de de X a Y via Z. Podemos voltar aos estados anteriores para explicar o estado atual, e fazer isso todo o caminho de volta ao estado inicial – mas esse estado inicial não é explicado por nada que o preceda.
FONTE: NATURE
Referências
Gell-Mann, M. (em inglês) & Hartle, J. B. em Complexidade, Entropia e a Física da Informação (ed. Zurek, W. (em inglês) H.) (Addison Wesley, 1990).