Física e Filosofia, de acordo com 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)

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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 trata das complexas relações entre estas 2 disciplinas, ao analisar o enorme impacto que o advento da física moderna exerceu…sobretudo à ‘mecânica quântica’… nas primeiras décadas do século XX, sobre fundamentais ideias filosóficas… tais como:

Espaço, Tempo… relações de causa e efeito…e, o grau de objetividade alcançável nas observações humanas sobre a natureza.

Neste último aspecto, p. ex, a maior contribuição veio do próprio Heisenberg… — através do ‘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, colocando em questão a própria noção de causalidade,         por conseguinte… representa um rude 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 de todo independente da filosofia?… A física tornou-se mais eficaz após desligar-se da filosofia?… – No decorrer 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 tinham sido feitas suposições — além daquelas exigidas pelos dados experimentais. Depreende-se isso da sugestão que Newton fez, de que não lançara mão de hipóteses, e deduzira seus conceitos básicos e leis…tão somente dos fatos da experiência.

Fosse correta a ideia de Newton, sobre a relação existente entre resultados experimentais e teoria, jamais a física newtoniana, nos diz o autor, teria exigido qualquer modificação, pois nunca teria levado a resultados em desacordo com a experiência. E sendo ela consequência de fatos experimentais, estaria acima de qualquer dúvida; 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 — se as teorias newtonianas encerrassem toda verdade. – Heisenberg afirma ter ficado evidente assim — que a relação…entre fatos experimentais e suposições teóricas é bem diferente – daquela que Newton…levara muitos físicos modernos a supor.

Essa conclusão tornou-se irrecusável quando, cerca de 10 anos mais tarde… as experiências sobre a 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 por via especulativa’.

No método que o físico utiliza, as inferências que faz não caminham dos fatos à teoria, mas sim – da teoria que assumiu… aos fatos experimentais. Portanto…as teorias são propostas especulativamente – e delas… – são deduzidas diretamente as muitas consequências a que  dão lugar…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 … que sejam incompatíveis com suas suposições básicas; conforme ocorreu com a física newtoniana após a experiência de Michelson e Morley. 

‘Essas suposições além do mais…como afirma Heisenberg, são de caráter filosófico… podendo ser ‘ontológicas‘ — quando se referem ao objeto do conhecimento científico (o qual independe do observador)… – ou então… ‘epistemológicas‘, quando se referem à relação entre o cientista, como experimentador – e 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, pela relação entre o experimentador e o objeto da experiência…retornando o conceito aristotélico de ‘potencialidade’ à física moderna,   e 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, portanto, erroneamente aplicado quando… – ontologicamente… – diz respeito ao próprio objeto.

“Sendo o objeto, per si, todo completo – e, nesse sentido, plenamente suficiente aos domínios de Deus – o conceito de probabilidade não é adequado em qualquer descrição científica desse objeto.”

Heisenberg procura 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‘.

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

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; isto é, da experimentação, mas sim pela construção teórica (ou postulação axiomática), especulativamente proposta, e testada indireta e experimentalmente, por intermédio das consequências que são deduzidas daquela construção.

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.

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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… das partes do sistema num dado instante de tempo. Não havendo pois, lugar para 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 dados.

Em 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 o esquema (‘função’) de probabilidades predito.

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 desse conhecimento.

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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 uma total ‘determinação’. Esse argumento combina o “problema estático“… — de definir o estado de um sistema mecânico, em dado instante de tempo; com o “problema dinâmico“… ou “causal“, de predizer mudanças no estado do sistema… no decorrer do tempo.

Heisenberg esclarece que o conceito de probabilidade só comparece em mecânica quântica, no aspecto estático dessa teoria – ou seja…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 deestado‘, 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.

Em consequência, não existe em nenhum 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… — assevera 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 e, com a inclusão de um 2º conjunto de valores – associados às probabilidades de se encontrar certos números para ‘posições’… e ‘momentos lineares’ – segundo o ‘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, a despeito da teoria quântica, posições e momentos lineares… (… de “partículas subatômicas“) estejam…na “realidade”, precisamente localizados no tempo e no espaço…e assim, determinados, apenas, por um par de valores…que corresponde a uma descrição completa, e 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.

As experiências sobre a “radiação do corpo negro” exigem que se conclua, ao menos por enquanto… que “Deus está jogando seus dados”…e, como já dizia Mallarmé

Stéphane Mallarmé (1842-1898)

Stéphane Mallarmé (1842-1898)

un coup de dés jamais n’abolira le hasard“…

O impacto exercido por esta ‘grandiosa’ revolução científica sobre o estado do pensamento moderno foi devastador… – O uso da incerteza na definição dos fenômenos físicos subatômicos, fez tremer as, até então monolíticas estruturas da racionalidade científica clássica.

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

Ciente da magnitude das transformações envolvidas pelo advento da física moderna… Heisenberg, um dos importantes partícipes deste processo, se faz a seguinte pergunta:

– ‘de que maneira essa nova forma de pensar … ‘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.

NOTA: o presente texto foi extraído, quase que na totalidade, de um blog,                         um tanto o quanto “exotérico” — mas, (o texto) me pareceu excepcional…

consulta:  ‘Heisenberg’ (biografia) ## ‘Considerações sobre a Incerteza’ ## ‘Testando a Incerteza’ # # ‘Ignorância Quântica’ # # # ‘Heisenberg e a Interpretação de Copenhague’  ****************************(texto complementar)**********************************

A natureza é… decididamente imprevisível, dizem físicos  (14/07/2012)      “A teoria quântica fornece, essencialmente…o limite final na previsibilidade do Universo. Seu apelo é sua natureza fundamental; e em contraste à teoria clássica…p. ex… conhecer a configuração precisa do universo no ‘Big Bang’ não bastaria para prever sua evolução completa”…

Em um artigo que promete desmerecer palpites futurólogos…e estremecer os fundamentos de quase todas as previsões… pesquisadores da mecânica quântica afirmam que a natureza é… definitivamente… imprevisível… – E, com efeito…muitas das previsões que fazemos no dia-a-dia são vagas; na maioria das vezes incorretas — porque nossas informações não são completas – como por exemplo… na “meteorologia“… – quando tentamos prever o tempo.

Na mecânica quântica, todavia… a coisa é pior – porque… mesmo se toda a informação estiver disponível, os resultados de determinados experimentos geralmente não podem ser previstos perfeitamente de antemão. 

Essa incapacidade de prever – com precisão, os resultados de experimentos na física quântica tem sido objeto de um longo debate… a partir das discussões entre Einstein,           e seus ‘colegas quânticos’. E embora pareça uma ferramenta inadequada para prever resultados, os pesquisadores agora afirmam que a teoria quântica está perto do ideal,         em termos de seu poder preditivo.

Deus joga dados ‘justos’                                                                                                     “Em nosso experimento, mostramos que toda e qualquer teoria que apresente menos aleatoriedade (do que na mecânica quântica) está destinada ao fracasso… ou seja, a teoria quântica fornece essencialmente o limite final na previsibilidade do Universo”

A referência lembra Einstein, que disse em uma carta a seu colega Max Born…‘não acreditar que Deus jogasse dados’, ou seja… – que ele próprio acreditava em leis muito precisas e definidas da natureza…(…Einstein não tinha muita simpatia pela mecânica quântica).

O trabalho de Wolfgang Tittel, da Universidade de Calgary /Canadá… e colegas — contesta essa precisão…dando razão ao filósofo David Hume, que afirmava que as ditas “leis científicas”…são meras probabilidades… e que nada impede que mesmos eventos, no futuro, contestem eventos observados antes.

A “aleatoriedade“…é uma das principais características da teoria quântica…geralmente expressa pelo ‘Princípio da Incerteza’         de Heisenberg. Esse estranho comportamento tornou-se bem conhecido, mesmo fora       da comunidade científica… – graças a experimentos como o “gato de Schrodinger”… superposição de partículas por 2 caminhos simultaneamente, além dos trabalhos na área da computação quântica. ‘texto base’…consulta: ‘Efeito Observador’ (nov/2015)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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Uma resposta para Física e Filosofia, de acordo com Heisenberg

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