Física e filosofia segundo Heisenberg

A mecânica quântica trouxe para o centro da física paradoxos filosóficos até então restritos à metafísica: pôs em questão o princípio da causalidade, a natureza do observador, o conceito de existência e até mesmo a relação entre a consciência e os fenômenos físicos. Alguns, como o problema da consciência, já foram razoavelmente "domados", mas a maior parte permanece até hoje.

Assim, pode ser muito interessante conferir a visão sobre tudo isso de alguém que esteve no núcleo dos acontecimentos no principal período de construção da teoria quântica e um dos mais intensos de debate entre esses paradoxos, nas décadas de 1910 e 1920.

É isso que Werner Heisenberg faz no livro "Física e filosofia", publicado no Brasil pela editora da Universidade de Brasília. Ele expõe nesse volume o que pensa da física moderna sob vários pontos de vista - físico, filosófico, histórico e até linguístico. Heisenberg não é um qualquer mesmo entre o seleto time dos que fizeram a teoria quântica. Ele foi sozinho o autor da primeira versão completa da mesma, chamada "mecânica matricial", da qual ainda se usa muitos elementos, e também do famoso "princípio da indeterminação", que produziu tantos esclarecimentos quanto problemas sobre a relação entre o observador e o objeto observado e sobre a quebra do princípio da causalidade.

Entre os capítulos mais interessantes, estão sua narrativa da história da construção da mecânica quântica e sua visão da interpretação mais aceita da mesma, a "Interpretação de Copenhague" (também dedica um capítulo a seus críticos). Apesar de Heisenberg não ter participado ativamente dos famosos debates filosóficos entre Einstein e Niels Bohr sobre a natureza e a interpretação da teoria, ele teve papel central no seu desenvolvimento epistemológico. Heisenberg estava "do lado" de Bohr nesse debate. Einstein acreditava que a teoria estava incompleta, pois não concebia que a lei da causalidade pudesse ser quebrada ("Deus não joga dados", afirmou). No entanto, as evidências mais recentes apontam que Bohr e Heisenberg provavelmente estavam certos.

Outra parte muito atraente são dois capítulos nos quais ele coteja a física moderna - não só a quântica, mas também a teoria da relatividade - com diversos estágios da filosofia ocidental, desde os gregos pré-socráticos até a metafísica sobre o espaço e o tempo de Immanuel Kant (1724-1804). Heisenberg é de uma geração ainda não presa nas fronteiras rígidas de uma fragmentação estanque do conhecimento em suas diferentes áreas. No capítulo sobre a relação da quântica com outras áreas do saber, discute como os conceitos dessa teoria podem se articular ou se comparar com outras áreas da física, da química, biologia e até da psicologia e da arte.

Mais adiante, discute as consquências dos paradoxos que a física moderna levantou para as teorias da linguagem e da lógica. A razão da ligação é que vários paradoxos aparentemente insolúveis da quântica aparecem porque, quando descrevemos o mundo subatômico, usamos os mesmos conceitos que quando falamos do mundo macroscópico: posição, partícula, velocidade, trajetória etc. No entanto, essas entidades tão básicas comportam-se de forma radicalmente diferente no micromundo. Os resultados são chocantes, tais como uma partícula estar em vários lugares diferentes ao mesmo tempo; ou então simultaneamente existir e não existir. Devemos usar outra lógica, outra linguagem ou conviver com os paradoxos?

Há cientistas que tentaram desenvolver linguagens e lógicas alternativas para se poder falar da física subatômica, como Carl von Weiszäcker. Reflexões de lá para cá diminuíram a agudeza de parte dos problemas (ou talvez as pessoas tenham se acostumado com eles), mas aumentaram a de outros.

Finalizo com um depoimento pessoal. Este foi um dos dois ou três livros que mais influenciaram minha própria visão sobre a mecânica quântica. E o capítulo sobre os pré-socráticos foi uma iniciação filosófica que me atiçou a curiosidade sobre esse grupo de filósofos a ponto de nunca mais deixar de ler sobre eles. O mesmo aconteceu sobre Kant e outros.

Fique por dentro da física moderna

Várias pessoas curiosas a respeito da mecânica quântica já me pediram sugestões de livros acessíveis a leigos. Para quem vê o assunto pela primeira vez, costumo indicar o de John Gribbin, "Fique por dentro da física moderna", editora Cosac & Naify (2001).

Não foi fácil escolher. Em geral as obras de divulgação sobre quântica e relatividade ou são demasiadamente complexas - por mais que seus autores não achem - ou são simples mas contém imprecisões demais - em geral, na forma de metáforas mal formuladas. De fato, a simplificação tende a prejudicar a precisão, e o excesso de precisão pode impedir a inteligibilidade.

No início, eu simplesmente não tinha opções que me pareciam satisfatórias para sugerir. Até descobrir esse livrinho. Creio que o astrofísico e divulgador científico britânico John Gribbin achou, em suas obras, um jeito de explicar a física de forma extremamente acessível e ao mesmo tempo suficientemente precisa, que atingiu seu ápice neste volume.

Esse livro não e só sobre mecânica quântica: cobre também as teorias da relatividade, a cosmologia e a física das partículas e tem uma introdução sobre a física clássica (pré-relatividade e pré-quântica), necessária para se compreender o que veio a seguir. A preocupação é em explicar os conceitos. Um ponto fraco está justamente em falar muito pouco sobre as bases experimentais das teorias.

A acessibilidade não vem só do estilo do texto, mas também do formato. Cada par de páginas é quase autocontido, com um conjunto de pequenos textos e boxes com explicações adicionais, palavras-chave ou pequenas biografias dos cientistas envolvidos. O leitor pode seguir o livro da primeira à última ou deliciar-se folheando-o e se detendo no que lhe der mais prazer. Eu sugiro ambas simultaneamente: uma leitura sequencial ao mesmo tempo em que o leitor explora as páginas do resto do livro, totalmente à mercê de sua própria curiosidade.

O estranho mundo quântico captado em vídeo

Este é um resumo do artigo original em A Física se Move

Encontrei ontem um vídeo no site de um professor da Unicamp que mostra dramaticamente como o mundo microscópico - aquele descrito pela mecânica quântica - é diferente do nosso cotidiano. Ele apresenta duas partículas (tecnicamente, dois férmions) se chocando e depois quicando nas paredes de uma caixa - tal e qual duas bolas de bilhar batendo e voltando das beiradas da mesa. Só que... vejam só como as partículas se comportam. Primeiro, elas se chocam:



Aparecem franjas entre elas. Uma das características da mecânica quântica é que as "partículas" se comportam ora como corpúsculos, ora como ondas (como acima). Ondas podem interferir entre si, por isso as franjas. No A Física se Move, há comentários mais extensos, que mostram como cada imagem dessas mostradas aqui ilustram um aspecto essencial da mecânica quântica.

Vejam a sequência abaixo: as franjas também aparecem quando as partículas batem nas paredes da caixa. Agora, elas estão inteferindo consigo mesmas! A parte refletida interferindo com a parte que ainda se aproxima da parede.


Os padrões de interferência se espalham por toda a caixa e alternam-se com ressurgimentos das regiões concentradas - mas agora não só duas, mas 4, 8 ou até 12:







A partir daí, a evolução faz todo o caminho de volta até as duas manchas iniciais aparecerem novamente.

Eis mais alguns vídeos do mesmo tipo:

Este aqui é bem semelhante, só que as partículas não batem em cantos opostos da caixa - agora, o processo é assimétrico e padrões diferentes emergem.

Este outro mostra o mesmo fenômeno, só que, ao invés de representar as partículas como manchas coloridas, mostra-as como "colinas" erguendo-se e abaixando-se. Vejam como às vezes elas se assemelham a ondas na água.

Já este aqui mostra uma versão tridimensional do que acontece quando uma partícula subatômica bate na parede de uma caixa.

O mundo microscópico é um universo inteiramente novo, com regras totalmente diferentes, onde os fundamentos da nossa percepção, como tempo, espaço, matéria e causalidade, se comportam de forma totamente diversa. Os físicos têm que construir toda uma nova intuição desde quando começam a estudá-la na universidade. Quando descobri isso pela primeira vez, fiquei absoluta e irreversivelmente fascinado...!