Realidade, Vida e Mecânica Quântica

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[Extraído do artigo Reality, Life, and Quantum Mechanics, de autoria de Sadaputa Dasa e publicado na revista Back To Godhead em maio de 1979].

Visões Científicas / O Instituto Bhaktivedanta

Por Sadaputa Dasa

SADAPUTA DASA estudou na State University of New York e na Syracuse University e mais tarde recebeu uma National Science Fellowship. Ele passou a completar seu Ph.D. em matemática em Cornell, especializando-se em teoria da probabilidade e mecânica estatística.

Nos últimos anos, a ideia de que a vida pode ser reduzida à química e à física tornou-se muito proeminente nas ciências da vida. De acordo com essa ideia, todos os organismos vivos, incluindo os seres humanos, são simplesmente agregados de moléculas interagindo de acordo com leis químicas e físicas. Essa concepção de vida encontrou ênfase particular nos campos da bioquímica e da biologia molecular, onde o estudo do DNA, RNA e os processos de síntese de proteínas deram credibilidade à imagem da célula viva como uma máquina molecular.

Quais são as moléculas que se combinam para formar essa máquina e o que realmente se sabe sobre as leis que governam sua interação? Para as respostas a essas perguntas, devemos nos voltar para a física e, em particular, para a teoria quântica, que fornece a base para a compreensão atual de átomos e moléculas. No entanto, encontramos ironicamente que a física moderna apresenta uma descrição de moléculas que prejudica seriamente o quadro mecânico desenvolvido pelos biólogos moleculares. Enquanto os biólogos tentaram reduzir a vida à interação de entidades inanimadas, os físicos desenvolveram uma concepção de entidades inanimadas que necessita da presença de vida – a vida de um observador consciente. Descreveremos brevemente esse desenvolvimento e indicaremos algumas de suas implicações para nossa compreensão da natureza da realidade, e em particular a natureza da vida.

Para começar, vamos considerar como a física moderna usa a mecânica quântica para descrever átomos e moléculas. Nos livros populares, eles são frequentemente descritos como formas tridimensionais; mas isso é enganoso. Na verdade, a mecânica quântica não fornece uma descrição natural de objetos tridimensionais no espaço. Na mecânica quântica, todos os fenômenos naturais são descritos por meio de uma construção matemática chamada função de onda. A função de onda pode ser representada como um arranjo tridimensional apenas para um sistema muito simples. Por exemplo, podemos representar o átomo de hidrogênio tridimensionalmente se considerarmos o núcleo como um ponto fixo e apenas o elétron como uma entidade ativa. No entanto, a função de onda para o átomo de hélio (com dois elétrons) requer seis dimensões, e para o átomo de carbono (com seis elétrons) requer dezoito dimensões. No geral, a função de onda para uma entidade composta de n partículas requer 3n dimensões. Então, se tentássemos representar mecanicamente quânticas as moléculas complexas encontradas em organismos vivos, precisaríamos de funções de onda envolvendo muitos milhares de dimensões geométricas.

Na verdade, é um erro pensar na função de onda como um modelo da realidade objetiva. Em vez disso, devemos entender que é apenas um armazenamento de informações sobre os resultados das observações que podem ser feitas por um observador específico. Na mecânica quântica existe um sistema de procedimentos computacionais chamados “observáveis”, que podem ser aplicados à função de onda para prever os resultados esperados das observações correspondentes. As funções de onda e os observáveis ​​podem ser reformulados matematicamente de muitas maneiras diferentes, sendo o único requisito que para cada observação todas as reformulações produzam o mesmo valor previsto. Assim, a física moderna lida apenas com observações, enquanto a física do século XIX lidava com arranjos da matéria no espaço.

A esse respeito, Werner Heisenberg apontou: “A concepção da realidade objetiva das partículas elementares evaporou-se assim … na clareza transparente de uma matemática que representa não mais o comportamento das partículas elementares, mas sim nosso conhecimento desse comportamento”. ** (W. Heisenberg, “The Representation of Nature in Contemporary Physics, tr. A Representação da Natureza na Física Contemporânea.” Daedalus, Vol. 87 (1958), No. 3, p. 100) (Itálico adicionado.) Não foi possível considerar este “conhecimento” como uma representação de entidades reais, em que as expressões simbólicas correspondem em uma relação de um para um com o que realmente existe.

Uma característica desse “conhecimento” é que ele inevitavelmente possui alguma ambiguidade. O famoso princípio da incerteza de Heisenberg afirma que o grau de incerteza na posição ou no momento de um elétron deve ser pelo menos tão grande quanto uma pequena quantidade específica. Assim, não podemos conceber o elétron como um objeto definido com uma posição e momento definidos; estamos limitados a falar simplesmente de observações de “posição de um elétron” ou “momento de um elétron”, e não podemos pensar no elétron separadamente do observador e de seu aparelho de medição.

Ambiguidades e paradoxos

De acordo com a teoria quântica, os processos naturais podem amplificar a ambiguidade atômica sem limites. Para ilustrar tal amplificação, Erwin Schrõdinger concebeu seu famoso “paradoxo do gato”, que descreveremos aqui de forma ligeiramente modificada. Suponha que alguém prenda uma bomba a um trilho de trem e então conecte a bomba a um contador Geiger para que o decaimento de um átomo radioativo faça com que ele exploda. Temos então um cenário em que, digamos, o trem expresso das 17h irá descarrilar se o átomo decair dentro de um certo período, e não irá descarrilar se não acontecer. Suponha que possamos descrever toda a cena, incluindo o trem e seus passageiros, pela mecânica quântica (essa é uma grande suposição). A teoria quântica então prediz que às 5:01 a função de onda descreve um trem que está descarrilado e não descarrilado! (VerFig. 1.) A ambiguidade da mecânica quântica no estado do átomo tornou-se enormemente amplificada, e o “conhecimento” representado pela função de onda tornou-se ambíguo em grande escala.

A situação do expresso das 17h é uma fonte de dificuldade se tentarmos interpretar a teoria quântica como uma descrição da realidade objetiva. A função de onda em 5:01 descreve os passageiros no trem como experimentando simultaneamente o descarrilamento do trem e seu funcionamento normal. Uma vez que ninguém realmente tem tal experiência, deve haver alguma deficiência na teoria.

Na prática, os físicos tentam remediar essa deficiência redefinindo a função de onda sempre que ela desenvolve um grau de ambiguidade que acarreta experiências impossíveis para um observador. Não foi possível justificar essa redefinição em termos de forças físicas ou qualquer outro princípio natural de causação. Em vez disso, diz-se que a função de onda é redefinida pelo acaso absoluto. Em nosso exemplo de trem, teríamos que escolher uma nova função de onda que representasse inequivocamente um trem descarrilado ou representasse inequivocamente um trem normal. Teríamos que fazer essa escolha antes que qualquer observador pudesse perceber uma ambiguidade impossível, mas não poderíamos atribuir a escolha a nenhuma causa natural além do puro acaso.

Muita controvérsia surgiu sobre esse processo de redefinição, e não tentaremos fazer justiça a essa questão aqui. ** (M. Jammer, The Philosophy of Quantum Mechanics (Nova York: John Wiley and Sons, 1974)) Podemos concluir, no entanto, que a única maneira sensata de interpretar a teoria quântica é como um sistema de conhecimento sobre observações. Não foi possível interpretar a teoria como uma descrição de entidades reais existentes no espaço. Além disso, podemos concluir que o conhecimento transmitido pela teoria é inerentemente incerto e às vezes necessita de revisões que não podem ser determinadas por nenhum princípio conhecido.

Estritamente falando, então, não podemos descrever o mundo com base na teoria quântica sem postular uma região que contém o observador e que não pode ser descrita pela teoria. Alguns físicos propuseram que a fronteira desta região deveria ser traçada no ponto onde as ambiguidades atômicas primeiro se amplificam ao nível macroscópico. ** (L. Rosenfeld, “The Measuring Process in Quantum Mechanics.” Supl. Progr. Theor. Phys., número extra, (1965) pp. 222-231) Outros, como John von Neumann, tentaram reduzir isso região a zero, e assim eles foram forçados a postular um observador não-físico a quem von Neumann chamou de “ego abstrato”. ** (J. von Neumann, Fundamentos Matemáticos da Mecânica Quântica (Princeton: Princeton University Press, 1955), p. 421) Em ambos os casos, surgem dificuldades e paradoxos, e a teoria não dá uma explicação adequada do observador.

Além disso, não podemos esperar que a teoria quântica dê uma descrição adequada do comportamento grosseiro dos seres vivos, mesmo se desconsiderarmos seu papel como possíveis observadores de eventos. O problema da ambiguidade na teoria quântica sugere que ela pode estar seriamente incompleta, mesmo como uma descrição do comportamento da matéria inanimada . O que, então, falar da descrição da teoria quântica do comportamento mensurável dos organismos vivos? Mesmo sem realizar os formidáveis ​​cálculos necessários para gerar tal descrição, podemos antecipar que ela também será inadequada.

Necessário: uma nova teoria da física

A partir da discussão acima, podemos ver a necessidade de uma nova teoria da física – uma que resolva tanto o problema da ambiguidade quanto o do papel do observador. Um físico proeminente, Eugene Wigner, sugeriu que tal teoria deveria levar diretamente em conta a vida. Ele propôs que muitos dos princípios, entidades e leis envolvidas com a vida são atualmente desconhecidos porque não desempenham um papel altamente significativo nos fenômenos não vivos nos quais a presente teoria se baseia. ** (E. Wigner, “Remarks on the Mind-Body Question, tr. Observações sobre a Questão Mente-Corpo.” The Scientist Speculates, ed. IJ Good (New York: Basic Books, Inc., 1963))

Ao fazer essa proposta, Wigner também apontou outra deficiência da teoria quântica, que deve ser compartilhada por todas as descrições puramente matemáticas dos fenômenos naturais. Essa deficiência é o fracasso da teoria em dar qualquer explicação da consciência. Como Wigner aponta, nosso conhecimento de nossa consciência é primário, e nosso conhecimento de todas as outras coisas é o conteúdo de nossa consciência. ** (Ibid., p. 290.) Assim, a consciência existe, embora os conjuntos de números que aparecem nas teorias matemáticas nada digam sobre isso. Uma teoria que realmente explique a vida deve lidar com a consciência, e isso significa que a teoria não pode ser exclusivamente quantitativa por natureza.

Vamos descrever brevemente como o Bhagavad-gita fornece um esboço para tal teoria. Embora as concepções apresentadas no Bhagavad-gita não sejam compatíveis com a visão de mundo mecanicista atualmente favorecida nas ciências da vida, elas assumem nova relevância quando consideramos os dilemas enfrentados pela física moderna.

Insights sobre os enigmas

O Bhagavad-gita (18.61) descreve o organismo vivo da seguinte forma:

isvarah sarva-bhutanam
hrd-dese ‘rjuna tisthati
bhramayan sarva-bhutani
yantrarudhani mayaya

Este verso descreve o organismo como uma máquina (yantra) feita de energia material e, neste ponto, o verso concorda com as visões mecanicistas dos biólogos. No entanto, diz ainda que o eu consciente viaja nesta máquina como passageiro, e que a máquina está sendo dirigida pelo Senhor Supremo em Seu aspecto como controlador material (isvarah), também conhecido como paramatma. Em outro lugar, o Bhagavad-gita descreve o paramatma como onipresente e como a fonte de todos os sentidos e qualidades materiais (Bg. 13.14-15). O paramatma dirige o aparato material por meio de leis (resumidamente descritas como os modos da natureza material) que são, em última análise, de caráter psicológico.

De uma maneira muito geral, o paramatma corresponde às leis naturais dos físicos, que são consideradas invariantes no tempo e no espaço e como os princípios causais últimos subjacentes a todos os fenômenos materiais. No entanto, o paramatma possui consciência onipresente, bem como qualidades ilimitadas e, portanto, não é suscetível à descrição completa em termos matemáticos.

Os modos psicológicos pelos quais o paramatma dirige a natureza podem ser até certo ponto suscetíveis à descrição quantitativa. Esses modos da natureza correspondem às leis e entidades superiores que Wigner achava que seriam necessárias em qualquer teoria adequada da vida. No caso limite envolvendo apenas matéria inanimada, essas leis superiores devem se aproximar das leis naturais que os físicos deduziram de suas observações da matéria. No entanto, em casos envolvendo seres vivos, podemos esperar encontrar muitos fenômenos que obedecem a leis psicológicas superiores, mas que desafiam a explicação dentro das teorias da física existentes.

Ao ajustar as ações da energia material de acordo com os modos da natureza e os desejos das entidades vivas conscientes individuais, o paramatma atua como intermediário entre esses seres e os fenômenos observáveis ​​da natureza. Assim, o Bhagavad-gita fornece uma estrutura para entender a natureza do observador e a natureza da interação do observador com a matéria. Podemos ver que isso é bastante relevante para a física moderna se lembrarmos que a teoria quântica é essencialmente uma descrição de observações, e que a explicação da teoria sobre o observador e o processo de observação está cercada de sérias dificuldades.

No momento, podemos achar extremamente difícil preencher a lacuna entre a descrição do Bhagavad-gita do paramatma e as leis conhecidas da física. No entanto, é importante perceber que o conhecimento científico moderno de forma alguma exclui a possibilidade de que tanto a natureza quanto os seres vivos tenham atributos que estão muito além do escopo de nossas teorias atuais. Ao permanecerem abertos a concepções de vida muito mais amplas do que a visão mecanicista limitada, os cientistas não perderão nada. Em vez disso, eles podem obter uma visão mais profunda tanto dos enigmas desconcertantes da física moderna quanto da visão profunda da vida apresentada no Bhagavad-gita.

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Texto adaptado, revisado e enviado por Ícaro Aron Soares.

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