Física, Filosofia (e um pouco de política) segundo 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 não podem ser previstos exatamente — só é possível estabelecer a probabilidade de que       algo aconteça.”   (‘Princípio das Incertezas’… Werner Heisenberg)

Werner Heisenberg (1901-1976)

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 indeterminação‘… 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 a precisão se torna impossível…  —  mesmo que teoricamente – pois, o próprio ato de medida perturba, até certo ponto, o fenômeno, que não se pode avaliar com precisão.

Este enunciado, por conseguinte, representa um rude golpe ao determinismo clássico, colocando em questão a própria noção                         de causalidade.

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 o célebre físico inglês 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…

‘Elas podem ser ontológicas – quando se referem ao objeto do conhecimento científico — o qual é independente 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 turnomormente com oPrincípio de Incerteza’… notabiliza-se pela mudança que trouxe à epistemologia da física, pela relação entre o experimentador e o objeto de seu conhecimento científico; destacando-se também, ao retomar o conceito aristotélico de potencialidade na física moderna, por operar profunda revolução no campo ontológico.

Foi com base na introdução da aleatoriedade na definição do objeto que a física pesquisa – 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,                                                             solicitndo ao leitor que tenha em mente 2 aspectos:

(1) A relação, acima mencionada – 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…  Sua 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… 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 de Newton e à teoria da relatividade de Einstein.

Para Heisenberg… ‘a teoria quântica reintroduz a potencialidade aristotélica na física.’

frase-werner-heisenberg

“Nas teorias de Newton e Einstein – o estado de qualquer sistema físico isolado — em um dado instante de tempo, fica precisamente definido pelo conhecimento  —  empiricamente obtido… dos valores equivalentes à posição e ao momento linear de cada uma das partes desse sistema, naquele instante de tempo …  Não há 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, numa observação específica…

A mesma experiência terá de ser realizada repetidas vezes… de maneira que os valores das posições, e dos momentos lineares, se distribuam de modo a configurar o esquema   de probabilidades predito.

A diferença essencial entre  a  mecânica quântica,  e as mecânicas de Newton, e Einstein… reside  –  observa Heisenberg,  na maneira de determinar o estado de um sistema físico em qualquer instante de tempo.

A mecânica quântica introduz os conceitos deprobabilidade’, e deindeterminação’, em sua definição de ‘estado‘ – o que não acontece nas mecânicas newtoniana e einsteiniana. Isso não significa – afirma o autor – que não haja espaçoem Newton, e Einstein, para   o conceito de probabilidade.

Todavia, 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.

Desta forma – 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.

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 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 dinâmicoou causal, de predizer mudanças no estado do sistema, no correr 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; é   falsa, portanto, a sugestão feita por Newton… – de que o físico possa   inferir os conceitos teóricos, a partir dos dados experimentais.

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 T1deva ser definido de certa forma. O único critério a respeito, assevera o autor, 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, responde Heisenberg, 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 as posições, e momentos lineares… do qual se segue o princípio da indeterminação; assim então — os dados experimentais confirmam os novos conceitos e princípios.

exemplo de uma 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 mecânica quântica, posições e momentos lineares – (… de partículas subatômicas) estejam… narealidade“, 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, já que, resultados deduzidos dessa teoria 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 — concordando 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 que – como dizia Mallarmé…

Stéphane Mallarmé (1842-1898)

Stéphane Mallarmé (1842-1898)

un coup de dés jamais n’abolira le hasard

…  O impacto exercido por esta ‘enorme’ 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.

Para Heisenberg, a física moderna é tão-somente uma parte, embora fundamental, de um processo histórico geral que tende a uma unificação – a um alargamento do nosso mundo. Este processo que – no dias de hoje, é cada vez mais intenso, tenderia, em tese, a diminuir as tensões culturais que põem em perigo a nossa época. 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, conclui Heisenberg, poderá ajudar  —  em 2 pontos decisivos  —  a  guiar  essa evolução por caminhos menos tortuosos.

Em 1º lugar  –  ela mostra que o recurso às armas, nesse processo, seria fatalmente catastrófico. E, em 2º — por sua atitude aberta face a todos os tipos de conceitos — faz renascer a esperança de queno estágio final de unificação…   ‘tradições culturais’ distintas possam viver… lado a lado  —  podendo mesmo combinar diferentes iniciativas humanas em um novo equilíbrio entre pensamento e ação, atividade e meditação.

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

‘Física e Filosofia’ – (Werner Heisenberg)

p/ 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)  

…Em um artigo que promete desmerecer os palpites de todos os futurólogos… — e, estremecer os fundamentos de… – quase  todas as previsões… — pesquisadores da mecânica quântica…   —  afirmam que a natureza é, definitivamente, imprevisível.

Muitas das previsões … que fazemos no dia-a-dia…são vagas, e na maioria das vezes  —  mostram-se incorretas…  Isto porque  –  nossas informações não são completas  –  p. ex… quando tentamos prever o tempo.

Na mecânica quântica 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 qualquer teoria na qual houver significativamente menos aleatoriedade [do que na mecânica quântica] está destinada ao fracasso – a teoria quântica fornece essencialmente o limite final na previsibilidade do Universo”… garante Wolfgang Tittel,     da Universidade de Calgary – Canadá.

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

O trabalho de Tittel e colegas, contesta essa pretensa 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.

Aleatoriedade e incerteza

A aleatoriedade é uma das principais características da teoria quântica  —  geralmente expressa pelo ‘Princípio da Incerteza’ de Heisenberg. – Esse comportamento estranho tornou-se amplamente conhecido… mesmo fora da comunidade científica  –  graças a experimentos como o ‘gato de Schrodinger’; superposição…de partículas que seguem 2 caminhos simultaneamente.. além dos trabalhos na área da computação quântica.

Mais recentemente, cientistas propuseram que — mesmo a ‘função de onda‘…uma construção matemática que descreve as partículas, é uma entidade física real. Como explica Tittel:

“Seu apelo é sua natureza fundamental, e sua ampla gama de implicações. Conhecer a configuração precisa do universo no  ‘Big Bang‘  —  não seria suficiente para prever a sua evolução completa… em contraste, p. exemplo, com a teoria clássica.” 

texto base:  ‘Deus joga Dados’ … texto complementar: ‘Influência do observador é posta em dúvida’  (11/09/2012)  # #  ‘Efeito do Observador confirmado’  (03/11/2015)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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