Física & Filosofia…conforme Heisenberg

“Se não é possível determinar exatamente, todas as condições iniciais de um sistema, então também não é possível prever seu comportamento futuro… – Os fenômenos só podem ser previstos, conforme a probabilidade de que aconteçam.” (W. Heisenberg)

heisenberg1

Werner Heisenberg (1901-1976)

Elaborado a partir de uma série de conferências, feitas pelo físico alemão Werner Heisenberg… – entre 1956 e 1957, na Universidade de St. Andrews, Escócia…o livro Física e Filosofia“…pretende analisar as complexas relações existentes entre estas duas disciplinas … — ao comentar sobre o profundo impacto, que o advento da física moderna… – sobretudo a “mecânica quântica” – exerceu nas primeiras décadas do século XX… 0 sobre certas “ideias filosóficas fundamentais“… – tais como:

Espaço… Temporelações de causa e efeito…e,  o grau de objetividade‘ alcançável nas observações humanas sobre a natureza… Neste último aspecto, por exemplo… – a grande contribuição recebida – vem do próprio Heisenberg – através do seu “princípio da incerteza“… formulado em 1927.

A física clássica garantia ser possível medir – precisamente – as várias grandezas em jogo; nada poderia perturbar a exatidão do fenômeno observado… Estabelecendo ser impossível especificar e determinar, simultaneamente – com precisão absoluta… posição e velocidade de uma partícula, Heisenberg mostra como, no processo de medida de grandeza no campo da microfísica… se atinge um limite onde – mesmo que teoricamente… a precisão se torna impossível…pois o próprio ato de medida – até certo ponto… perturba o fenômeno. – Este enunciado… ao colocar em questão a própria noção de “causalidade“… – evidentemente, representa um duro golpe ao ‘determinismo clássico’.

O status de Heisenberg como um dos agentes principais nas transformações da física moderna o coloca portanto, numa posição privilegiada para pensar este processo. Na análise daí resultante…seu livro “Física e Filosofia” levanta 2 questões fundamentais:        “A física é totalmente ‘independente’ da filosofia?… — A física tornou-se mais ‘eficaz’,    após desligar-se da filosofia?”…Ao longo de seu livro, o autor nos dirá que a resposta    para ambas as perguntas é NÃO.

Para Heisenberg, Isaac Newton legou-nos a impressão de que, em seu labor científico, não teriam sido feitas suposições… além daquelas exigidas pelos “dados experimentais”. Depreende-se isso da sugestão newtoniana, de não lançar mão de hipóteses…e deduzir seus conceitos básicos e leis… tão somente dos fatos da experiência… – Fosse correta a ideia de Newton sobre tal relação, entre ‘resultados experimentais’ e ‘teoria’…e, jamais        a física newtoniana (nos diz o autor) exigiria qualquer modificação; pois nunca levaria        a resultados em desacordo com a experiência…E, sendo uma teoria resultante de fatos experimentais, estaria “acima de qualquer suspeita”… tão definitiva quanto estes fatos.

no experimento de Michelson-Morley, representado acima, não foi detectada diferença ótica que justificasse a existência do éter no meio interestelar.

Em 1885, todavia, uma experiência realizada por Michelson e Morley…veio revelar um fato que não poderia ocorrer, caso as teorias newtonianas encerrassem toda verdade. Dessa maneira então,  Heisenberg afirma ter ficado evidente…que uma relação entre ‘fatos experimentais‘ e ‘suposições teóricas’…é muito diversa…daquela que Newton levara muitos físicos modernos a supor.

Essa conclusão tornou-se irrecusável quando, cerca de 10 anos mais tarde… as experiências sobre ‘radiação do corpo negro‘ exigiram alternativas àquele ‘pensamento newtoniano’.

Expresso de maneira afirmativa… isso significa que as ‘teorias da física’ não são uma mera descrição de fatos experimentais…e, nem algo dedutível de tal descrição… – ao invés disso, como enfatizam Heisenberg e Einstein…‘o físico só chega à formulação de sua teoria pela via especulativa’. No método que o físico utiliza, suas inferências não caminham dos fatos à teoria, mas sim – da teoria que assumiuaos ‘fatos experimentais. Portanto…as teorias são propostas especulativamente, para delas serem diretamente deduzidas todas possíveis consequências, a fim de, indiretamente, serem confrontadas com os “fatos experimentais“.

“Qualquer teoria física (escreve Heisenberg) faz mais suposições, do que os fatos experimentais…por si mesmos…fornecem ou implicam.”

Por esta razão… qualquer teoria está sujeita a ser modificada e reconstruída – quando do advento de novas evidências incompatíveis com suas suposições básicas; como ocorreu à física newtoniana após a experiência de Michelson e Morley. Além do mais, como afirma Heisenberg, tais suposições são de “caráter filosófico”; podendo ser ‘ontológicas‘, ao se referirem ao objeto do conhecimento científico (independente do observador)…ou ainda, ‘epistemológicas‘, numa relação envolvendo o cientista com o objeto que experimenta.

Princípio da Incerteza
(entre a posição e o momento de uma partícula)

As teorias da relatividade – restrita e geral, modificam a filosofia da física moderna no aspecto ontológico, acima referido – alterando, radicalmente, a teoria filosófica de espaço e tempo…e a relação desses com a matéria… – A mecânica quântica… – por seu turno…mormente com o ‘Princípio de Incerteza’, notabiliza-se pela mudança que trouxe à “epistemologia” da física…na relação entre experimentador e objeto da experiência – retornando o conceito aristotélico de ‘potencialidade‘ à física atual,  operando assim, uma revolução no “campo ontológico”.

Foi com base na introdução da ‘aleatoriedade na definição do objeto físico – conceito que não pertencia às categorias epistemológicas tradicionais da disciplina…que Einstein fez sua crítica à mecânica quântica, declarando que “Deus não joga dados“. Com isso, ele queria dizer que o conceito de “acaso encontra seu sentido na ciência, tão somente pelas “limitações epistemológicas” que decorrem da finitude da mente humana, em sua relação com o objetivo supremo do conhecimento científico; sendo assim erroneamente aplicado, quando, ontologicamente, diz respeito ao próprio objeto; e Einstein completa:

“Sendo o objeto, per si, completo – o conceito de probabilidade                     não é adequado em qualquer descrição científica desse objeto.”

Heisenberg então, tenta responder às objeções de Einstein, levando em conta 2 aspectos:

(1) A “relação probabilística” entre os dados experimentais da física…e os conceitos de sua teoria; (2) a diferença entre o papel que o conceito de probabilidade desempenha na (a) ‘mecânica newtoniana‘ e ‘relatividade‘ einsteniana, e…na (b) ‘mecânica quântica‘.

O item (1) afirma que os dados experimentais da física não implicam sua conceituação teórica… Segue-se que o objeto do conhecimento – jamais é conhecido diretamente da observação…mas por uma construção teórica, especulativamente proposta e experimentalmente testada, por meio das consequências que são (posteriormente) deduzidas daquela ‘construção’.

No que diz respeito ao item (1), Einstein e Heisenberg                                                                estão de acordo… – A “divergência”… está no item (2).

Para se compreender o objeto do conhecimento científico, devemos…por conseguinte, partir de suposições teóricas a seu respeito. Quando assim procedermos – por um lado,       no caso (a) das mecânicas newtoniana e einsteiniana, e por outro lado… no caso (b) da mecânica quântica … descobriremos — de acordo com Heisenberg — que o conceito de probabilidade – ou…aleatoriedade – entra na definição do estado de um sistema físico;     e, nesse sentido, em seu próprio escopo – somente no caso da mecânica quântica; mas, não em relação à ‘mecânica clássica’ de Newton, e à ‘teoria da relatividade’ de Einstein.

frase-werner-heisenberg

Para Heisenberg…“Nas teorias de Newton e Einstein, o estado de todo sistema físico isolado… em um dado instante de tempo, fica precisamente definido pelo conhecimento (‘empiricamente obtido’) dos valores da posição,  e momento linear, de partes do sistema; num dado instante de tempo. – Não havendo pois…nesses casos…a introdução de valores probabilísticos.”

Na ‘mecânica quântica’ a interpretação de uma observação experimental de um sistema físico é algo mais complexo. Poderá consistir de uma única leitura, cuja precisão terá de ser avaliada — ou, então… – poderá consistir de um ‘conjunto intrincado de dadosEm ambos os casos – afirma o autor… o resultado só poderá ser expresso em termos de uma distribuição de probabilidades que diga respeito, por exemplo, à posição…e,  ao momento linear das partículas do sistema.

A teoria então, poderá prever a distribuição de probabilidades para tempos futuros, mas não poderá ser experimentalmente verificada, em qualquer um desses instantes futuros, com base no resultado experimental – segundo o qual, os valores das posições – ou, dos momentos lineares, estejam dentro dos limites preditos…em uma observação específica.

A diferença essencial entre a ‘mecânica quântica’…e as mecânicas de Newtone Einstein… reside – como observa Heisenberg… – na maneira de determinar o estado de um sistema físico em qualquer instante de tempo. Para isso, a mesma experiência terá de ser realizada repetidas vezes…de maneira que os valores das ‘posiçõese dos ‘momentos lineares, se distribuam de modo a configurar a … “função de probabilidades“… – então predita.

A mecânica quântica introduz os conceitos de ‘probabilidade’…e de ‘indeterminação’, em sua definição de ‘estado‘ – o que não acontece nas mecânicas newtoniana e einsteiniana. Isso não significa – segundo Heisenberg – que não haja espaço … em Newton, e Einstein, para o conceito de probabilidade. Entretanto, nesses 2 casos…o conceito se restringe à ‘teoria dos erros‘…para determinar a precisão do Sim e do Não; isto é… a verificação, ou não-confirmação da predição da teoria.

Desse modo, o conceito de probabilidade se refere à relação epistemológica do cientista na verificação do que ele conhece; estando contudo, ausente na formulação teórica (ontológica) desse conhecimento.

einstein1

Assim, para Einstein… — a ‘indeterminação‘ não está presente na “ontologia” do objeto de conhecimento da mecânica quântica, mas sim, nas limitações perceptivas da relação entre o fenômeno observado, e o observador.

A divergência entre os pontos de vista de Einstein… e, os da mecânica quântica suscitou uma série de debates nos meios científicos e filosóficos…Alguns físicos e filósofos, realçando o papel das “definições operacionais” — argumentaram que, como todas as teorias físicas (as clássicas, inclusive)… – são acompanhadas de erros…e, incertezas humanas – não há o que decidir entre Einstein, e os físicos quânticos.

Mas, para Heisenberg essa posição não leva em conta a presença, no método científico, de definições operacionais axiomaticamente construídas – bem como das definições teóricas constitutivas…além da ‘teoria dos erros’, e também supõe que o conceito de probabilidade,  e mesmo o conceito mais complexo de ‘relação de incerteza‘… só apareça na mecânica quântica no sentido de uma definição operacional, isto é, um contexto epistemológico suposição que Heisenberg não admite… Outros pensadores, que adotaram uma atitude diametralmente oposta – argumentaram que…só o fato de haver incerteza na predição de certos fenômenos… não é suficiente para se sustentar a tese…de que esses fenômenos não sejam passíveis de total determinação. Esse argumento combina o “problema estático” de definir o estado de um sistema mecânico, em dado instante de tempo…ao “problema dinâmico” ou “causal”, de predizer mudanças no estado do sistema…ao longo do tempo.

Heisenberg esclarece que o conceito de probabilidade só                  comparece em mecânica quântica, no ‘aspecto estático‘                              dessa teoria… em sua definição de “estado do sistema“.

O autor pede para tenhamos em mente a diferença entre a definição teórica (estáticade estado; e o aspecto dinâmico, ou causal, da mudança do estado, no passar do tempo. No que concerne ao primeiro desses aspectos — os conceitos de probabilidade, e de incerteza, comparecem teoricamente… e em princípio – não se referindo meramente às incertezas e erros de natureza operacional, e epistemológica… – frutos da ‘imprecisão’ do pensamento humano…que pertencem a qualquer teoria física e a suas experimentações. – Poderíamos perguntar – ressalta Heisenberg – se o conceito de probabilidade deveria ser introduzido, em princípio, na definição teórica de ‘estado‘, em qualquer instante estático T1.

A justificação para esse procedimento adotado pela mecânica quântica,      é justamente a acima mencionada tese (1), aceita pelo próprio Einstein.

A tese (1) afirma que conhecemos o objeto do conhecimento científico somente por meios especulativos de construção axiomática teórica… – a sugestão feita por Newton…de que o físico possa inferir conceitos teóricos, a partir dos dados experimentais, portanto…é falsa.  Como consequência, não existe – em qualquer sentido, a priori ou empírico, base para se afirmar que o objeto do conhecimento científico, ou mais especificamente…o ‘estado de um sistema mecânico em um dado instante T1, deva ser definido de certa forma. O único critério a respeito… — como assim afirma Heisenberg… — decorre da seguinte pergunta:

‘Qual o conjunto de suposições teóricas…referentes ao objeto da mecânica, cujas consequências possam ser confirmadas por dados experimentais?’… 

Para Heisenberg, quando definimos, teoricamente e em princípio, o estado de um sistema físico, para fenômenos subatômicos, somente em termos de números associados à posição e momento linear, como Einstein gostaria que fizéssemos… e deduzimos as consequências teóricas no caso, por exemplo, da ‘radiação do corpo negro’ – esta se revela em desacordo com a evidência experimental. — Os fatos experimentais simplesmente não respondem ao que a teoria prevê. – Todavia… quando se modifica a teoria tradicional pela introdução da “constante de Planck – ecom a inclusão de um 2º conjunto de valores associados às probabilidades de se encontrar certos números para ‘posições’ e ‘momentos lineares’, pelo ‘princípio da incerteza’…daí então, os dados experimentais confirmam os novos conceitos.

curva de radiação de um corpo negro (9.000º k)

A situação em ‘mecânica quântica’… no que diz respeito às experiências sobre a ‘radiação do corpo negro’ – é análoga àquela…com que Einstein se defrontou, face à experiência de Michelson-Morley. Em ambos os casos, foi a introdução de uma nova suposição teórica que logrou reconciliar a teoria física…com os fatos experimentais…Assim, conclui o autor, afirmar que apesar da ‘teoria quântica’,  posições e momentos lineares (de “partículas subatômicas”) estejam…na verdade, precisamente ‘localizados’ no tempo e espaço, e assim determinados  apenas por um “par de valores”, correspondam a uma descrição completa…causalmente “determinista” (como queria Einstein)… – significa adotar uma teoria sobre o ‘objeto do conhecimento físico’…cujas experiências sobre “radiação do corpo negro” revelaram ser falsas… – pois resultados assim deduzidos… – não se confirmam “experimentalmente“.

Heisenberg afirma que não devemos concluir – do que acima foi exposto, ser impossível a descoberta de uma nova teoria, compatível com os fatos experimentais, na qual o conceito de probabilidade não apareça, em princípio, em sua definição de ‘estado’… Essa teoria, no entanto, teria que rejeitar a definição de “estado”…no espaçotempo quadridimensional da relatividade restrita einsteiniana… – sendo portanto, incompatível com a tese de Einstein.

Mesmo assim – estabelece o autor, até que uma nova teoria alternativa seja apresentada, qualquer um que não possua fonte alguma de informação, a priori ou pessoal, sobre qual deva ser o objeto do conhecimento científico, não terá outra recurso – a não ser aceitar a definição de ‘estado’ proposta pela teoria quântica, aceitando que esta definição restaura     o conceito aristotélico de potencialidade, no objeto do conhecimento científico moderno.

Mallarmé Stéphane, par DornacAs experiências sobre…”radiação do corpo negro” exigem que se conclua,   ao menos por enquanto, que “Deus está jogando seus dados”; e como já dizia Stéphane Mallarmé“Un coup    de dés jamais n’abolira le hasardlivremente traduzido por “um golpe    de sorte … jamais eliminará o azar”.

O impacto exercido por esta enorme ‘revolução científica’ no pensamento moderno foi devastador. A incerteza    na definição dos “fenômenos físicos” subatômicos, fez tremer as até então ‘monolíticas’, estruturas clássicas da “antiquada” racionalidade científica.

A existência de fenômenos que o homem é incapaz de prever com exatidão, representa um rude golpe na crença da razão humana onipotente e determinista. O homem, que antes podia determinar, mensurar, esquadrinhar, e prever todas instâncias da ‘realidade’, descobriu que esta – não lhe permite o acesso a algumas de suas dimensões.

Ciente da magnitude das transformações envolvidas no advento da física moderna, Heisenberg – um dos importantes partícipes deste processo, se fez a seguinte pergunta… – “de que maneira esse novo modo de pensar… uma criação do mundo ocidental… – irá afetar outras partes do mundo?”

A ciência moderna, conclui o autor, é, na atualidade, uma realidade cada vez mais tangível, em regiões do planeta onde as tradições culturais são completamente distintas daquelas da civilização europeia/ocidental…Não obstante – a física moderna é tão-somente uma parte, embora fundamental, de um processo histórico, que tende à unificação… e alargamento do nosso mundo. – Este processo…que nos dias de hoje é cada vez mais intenso, tenderia, em tese, a diminuir as tensões culturais que põem em perigo a nossa civilização. Ele todavia, é acompanhado por um outro processo que age em sentido oposto.

FISICA_E_FILOSOFIA_livro

A tarefa mais importante do pensamento moderno é a tentativa de se estabelecer uma ponte – entre o progresso científico… e,  as concepções culturais, e religiosas da tradição. A construção desta ponte…é, porém, uma tarefa extremamente complexa…cheia de desafios… Contudo… poderá ajudar a guiar essa ‘evolução’ por caminhos menos tortuosos, segundo Heisenberg em 2 pontos decisivos… – Em 1º lugar, ela mostra que o recurso às armas, nesse processo, seria fatalmente ‘catastrófico’. E, em 2º lugar…por sua atitude aberta face a todos tipos de conceitos… faz renascer a esperança de que – no ‘estágio final de unificação, distintas tradições culturais possam viver lado a lado…combinando diversas iniciativas humanas num novo equilíbrio, entre pensar e agir. (texto originalconsulta: ‘Heisenberg’ (biografia)   ****************************(texto complementar)**********************************

Heisenberg e a Interpretação de Copenhague

Aristóteles

O mundo físico pode ser conhecido, sem recorrermos a outros mundos (como fez Platão). Basta que, enquanto ciclos individuais se atualizem, a Potência dentro deles se realize. O Ato constitui cada etapa dessa atualização. Os conceitos de Ato e Potência, Forma e Conteúdo o levaram a formular sua Teoria das 4 Causas (Material, Eficiente, Formal, e Final, ou Objetiva), explicando os diversos tipos de atualização.

A oscilação entre epistemologia e ontologia pode ser descrita — na obra de Heisenberg, como um tipo de tensão — entre ‘restrições epistemológicas’ — que se seguem, desde o início da ‘mecânica quântica’… e sua busca por um…”conteúdo ontológico” — que não dependesse das imagens do ‘materialismo’.

Para lidar com esse impasse, e conciliar as restrições epistemológicas que a mecânica quântica impôs à física clássica…com uma ontologia mínima, utilizando conceitos de ‘potência (o que está contido na matéria, e pode vir a existir) e ‘ato‘ (atualização da potência)…ideias de Aristóteles… — e…de conceitos “probabilísticos” Heisenberg propõe uma nova realidade física objetiva.

A Ontologia necessária

Ao distinguir a Interpretação de Copenhague do “positivismo” (que toma as percepções sensoriais do observador como elementos básicos da realidade), Heisenberg afirma que      a ‘Interpretação de Copenhague’… — “considera as coisas e processos (passíveis de uma descrição clássica)… – isto é…o ‘real‘ – como fundamento de toda interpretação física”.

O real, contudo, não é o de um “materialismo além das coisas”, mas sim… – composto por “processos”. O fato de nosso conhecimento ser incompleto “por si mesmo”, em função das leis quânticas, não exclui a possibilidade de postulação da existência desse real… No lugar dos pontos materiais – do império da “res-extensa”…Heisenberg vê processos e simetrias fundamentais essencialmente platônicas, como “uma característica genuína da natureza”.

Desse modo, ao tratar de um dos problemas mais espinhosos da ‘mecânica quântica’; da medição e do colapso do pacote de onda, Heisenberg consegue harmonizar 2 tendências em seu pensamento que se mostravam incomunicáveis. Suas ‘restrições epistemológicas’ acerca da possibilidade do uso de grandezas que não fossem observáveis…acabaram por receber um tratamento aristotélico, a partir da década de 1950, passando a coadunar-se com a busca por uma “ontologia não-materialista” – em rejeição ao “realismo clássico”.

O que resta então?                                                                                                              Após todas as interdições epistemológicas, ainda existe algum mínimo                              rastro de uma ontologia do mundo quântico…na visão de Heisenberg?

O caminho na direção dessa nova realidade física, isto é, a busca pelo conteúdo ontológico nas estruturas matemáticas da teoria quântica, fica bem nítido quando Heisenberg afirma que as “ondas de probabilidade” introduziam algo… – entre a ‘ideia’ de evento…e o evento ‘real’… – um tipo estranho de realidade física a mediar entre possibilidade e realidade“.

forma-conteúdo
O conceito da matéria como potência

O que se pode concluir dessa análise, até os idos da década de 1950…é que, possivelmente…Heisenberg apoia-se na “filosofia platônica”…em especial, como apelo retórico à ‘Interpretação de Copenhague’…ou então o uso que ele faz da “filosofia grega“, pode ser visto assim como um dos ‘principais elementos’, para construção de uma doutrina — homogênea … e unitária, baseada nessa famosa interpretação.

Se por um lado, Platão e Aristóteles são referências positivas, Demócrito e Leucipo, assim como Descartes, são utilizados como referências negativas, na compreensão conceitual dos fenômenos físicos da nova ‘teoria atômica’.

A repartição da história da ciência…como uma tendência atomista/materialista, em oposição a uma platônica/idealista…com privilégio nas estruturas matemáticas dos ‘grupos de simetria’…serve, não apenas à sua melhor compreensão – como também funciona como estratégia de desqualificação…daquelas interpretações concorrentes            à “Interpretação de Copenhague”. (texto base) ## ‘Considerações sobre a Incerteza’

Anúncios

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em física, filosofia e marcado . Guardar link permanente.

Uma resposta para Física & Filosofia…conforme Heisenberg

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s