Determinismo, causalidade, localidade e livre arbítrio

Determinismo é o que procuramos encontrar quando estudamos as ciências naturais. As principais leis da Natureza descritas pelas ciências apresentam um caráter determinista: Todas as teorias científicas estão fundamentadas em resultados verificados de testes e observações repetidas, e as suas formulações matemáticas realizam com precisão os grandes triunfos das previsões científicas.

Ao percebemos o mundo através dos nossos sentidos, nos parece que existe na Natureza uma inferência causal lógica nos processos que percebemos como sendo determinísticos.

A epistemologia das ciências pressupõe o modelo determinista clássico para uma experiência científica: dadas as mesmas condições iniciais, cada repetição do mesmo experimento trará os mesmos resultados. As equações matemáticas deterministas têm resultados deterministas, do tipo fixo. Sabemos calcular o resultado porque uma equação determinista não tem variáveis aleatórias em seus termos.

orbitals

Uma nova compreensão epistemológica da Natureza é dada pela hipótese de que as leis que governam os elementos da microfísica (átomos individuais, elétrons, fótons etc.) não podem definir predições sobre o que acontece a seguir baseadas em causas e efeitos passados; elas unicamente assinalam todas as possibilidades não determinadas e revelam quais as chances de cada uma ocorrer.

O comportamento indeterminado do átomo não segue uma rígida causalidade (de A para B para C), e não podemos inferir nada com exatidão porque estes elos da cadeia de causa-efeito se quebraram. Os resultados no cálculo da mecânica quântica não são deterministas; se medirmos uma superposição de estados quânticos obteremos como resultado um ou outro estado, dentro das probabilidades. No entanto o processo é causal, porque se medirmos um sistema quântico em sua superposição de estados, a coerência é destruída e o sistema colapsa durante a medição, mas não antes dela. O efeito da medição acontece depois da sua causa, não é possível mudar o resultado de um experimento feito ontem.

Apesar do caráter indeterminístico do átomo, é possível calcular deterministicamente a probabilidade de um evento aleatório acontecer, valendo-se do formalismo quântico. A matemática das probabilidades tem equações maleáveis, o resultado não é determinado, mas é equilibrado e flexível. Se as equações dependessem de variáveis e aleatoriedades estocásticas, as soluções seriam randômicas e não teriam sentido.

Por outro lado, se podemos ou não prever ou alcançar exatidão acima do postulado da incerteza quântica, o fundo desta questão pode ser a natureza da própria realidade física (espaço-tempo contínuo junto com as interações singulares entre ondas estacionárias).

Se todas as informações no histórico de uma partícula do passado ao presente não contém informação suficiente para prever o seu destino futuro, se esta informação não está nos momentos passados (como nas equações diferenciais clássicas)... onde estará? Afinal, alguma coisa deve regular o comportamento de uma partícula. Algumas teorias dizem que não podemos perceber a fonte da informação que controla o comportamento presente da partícula porque ela vem do futuro. A informação vinda do futuro poderia preencher as lacunas determinísticas do presente. A teoria do Caos explica porque pode ser praticamente impossível prever todos os micro e macro eventos na vida real (mesmo se o determinismo fundamental existir ou não).

Todos os padrões de regularidades repetidas que observamos na Natureza são combinações de componentes fundamentais (não reduzíveis) dispostos em configurações representando todas estas regularidades. Configurações de números, de palavras, de letras, até a ordem dos átomos são padrões que reconhecemos como sendo regularidades e que podem ser reduzidas a um estado compresso, onde seus elementos aleatórios continuam trazendo significado através de configurações, como em um código de compressão.  A informação pode ser expressa em números reais compostos de algarismos, ou por binários, combinações de 0 e 1. As informações-palavras são compostas por letras em ordem e podem ser representadas também por símbolos.

A localidade, como por exemplo, falar palavras ou fazer uma medição, é localizar qualquer tipo de informação que antes estava indeterminada, aumentando a quantidade de informação contida no Universo. Não é possível haver diminuição da quantidade de informação, visto que a informação não desaparece sem gastar energia. Anterior àquela aferição, a aleatoriedade pura e estocástica não tem nenhum significado, porque para que isto aconteça é necessária uma estrutura de pensamento para fazer sentido. 

A quantidade de informação no Universo está aumentando desde o big bang, como consequência de que toda nova informação é criada a cada instante pela natureza quântica indeterminada; emergindo do aleatório para participar de uma medição que vai configurar algum padrão. As medições/localizações quânticas aumentam a quantidade de informação sobre os estados quânticos randômicos da realidade, e a formação de nova informação depende do fato que o futuro seja verdadeiramente indeterminado, de acordo com a teoria quântica, onde uma nova informação tem a oportunidade de passar a existir sem necessariamente ter causalidade no passado, mas com efeitos futuros. A física da informação diz que uma partícula é localizada na função de onda sempre que uma nova estrutura de informação estável é criada, a informação que pode ser observada.

Se as leis da natureza microscópica são irredutivelmente probabilísticas, o determinismo deve ser falso. As probabilidades irreduzíveis da natureza quântica são a base para cada chance objetiva genuína obtida no nosso mundo.

Talvez seja possível um dia chegar a uma teoria sub quântica que resgate o status ontológico determinista do que medimos. Isto se o realismo fundamental for verdadeiro, isto é, se os objetos quânticos detêm propriedades bem definidas e valores reais fixos mesmo quando estes não são medidos. Precisaríamos de uma teoria “Quantum Plus-Ultra” para uma descrição completa dos muitos estados quânticos possíveis de um sistema, que atualmente só são conhecidos através de declarações epistemológicas probabilísticas.

Hoje, a teoria de probabilidades é a teoria que melhor descreve ondas. Se removermos a incerteza das probabilidades, o que obtemos é um modelo para partículas localizadas. 

 

quantum experiment

 Livre arbítrio

O modelo determinista da mecânica clássica (que pode prever resultados e eventos na macro física com um mecanismo de exatidão) e o modelo probabilístico indeterminado da mecânica quântica (que descreve átomos de comportamento inexato), ambos existem correlacionados ao mesmo tempo nos objetos grandes (que são) compostos de numerosos átomos. O conjunto dos estados quânticos puros e mistos de todos os átomos de um sistema grande extrapola o limite dos efeitos quânticos quando o determinismo clássico começa a ser evidente. Na natureza encontramos ambos os modelos juntos: algumas coisas são determinadas, outras não.

Um modelo unicamente determinista para os seres humanos não produziria ocasião para a criatividade ou a moralidade, enquanto que um modelo totalmente indeterminista não contém nenhum significado, a aleatoriedade randômica não é suficiente para explicar a existência do livre arbítrio.

Por que nós pensamos que temos escolha comportamental? Uma resposta a esta pergunta é que a nossa sensação de ter escolha comportamental foi cuidadosamente selecionado pela evolução. Uma sensação humana bem desenvolvida de ter livre arbítrio e de ser capaz de selecionar entre as possíveis condutas possui um alto valor para a sobrevivência. As pessoas que, por alguma razão, perderam a sensação de que elas podem planejar as suas alternativas para executar a sua escolha entre os possíveis comportamentos tendem a se tornarem fatalistas e param de lutar pela sobrevivência. A crença nestas decisões de livre-arbítrio é uma condição necessária para se ter livre arbítrio. Quando planejamos o futuro e pensamos nas ações possíveis a serem tomadas, a evolução nos faz sentir que todo o nosso esforço de planejamento compensa, e que nós controlamos o que fazemos. Se os esforços de nossos cérebros para modelar a realidade, prever o futuro e assim tornar possíveis os bons resultados forem impedidos de atuar sobre a própria vontade, o fatalismo e outros comportamentos autodestrutivos predominam. 

Os pensamentos são livres e às vezes parecem vir à cabeça de algum lugar não explicado e a partir de uma inspiração (palavra que significa entrou um espírito), enquanto que as nossas ações parecem originar-se de nossa própria iniciativa. Pensamentos e ações são capazes de produzir opções indeterminadas e por isso o livre arbítrio não é causal, uma ação livre pode não ter uma causa. A analogia entre um átomo ter livre arbítrio para escolher um dos saltos quânticos possíveis, e o livre arbítrio de uma pessoa decidir entre comportamentos alternativos é demasiadamente remota. Para ambas as situações, ou os resultados não são predeterminados, ou então não podemos contabilizar de antemão todos os fatores que influenciam o resultado. Uma decisão é um fato no mundo físico que tem consequências futuras sem necessariamente estar causalmente conectada ao passado.

A filosofia deve discutir exaustivamente temas como o determinismo, causalidade e o livre arbítrio, enquanto que os cientistas devem trabalhar para provar que algumas destas respostas filosóficas não procedem. Uma vez que uma resposta filosófica errada é desmontada e destruída pela ciência, ela já não tem mais significância, este problema desaparece. Isto acontece porque a filosofia nos auxilia a entender exatamente o que uma teoria científica significa, e quais são as filosofias que esta teoria destrói.

Hipóteses e filosofias são muitas vezes nebulosas e um pouco absurdas, mas é a Ciência que vai em frente para resolver tudo isso.