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A natureza fundamental do universo é discreta (todas as coisas são partículas - átomos, por exemplo) e caótica (irremediavelmente aleatória).

Em algumas partes do universo, no entanto, estruturas de informação estáveis emergiram de um processo criativo envolvendo mecânica quântica indeterminística ( colapso da função de onda ) e transporte de entropia das novas estruturas para partes vazias do universo em expansão.

Esse processo fundamental de criação de informações está na base da formação de objetos microscópicos, como átomos e moléculas, e de objetos macroscópicos, como galáxias, estrelas e planetas.

Objetos fisicamente grandes parecem ser contínuos e altamente determinísticos, como por exemplo, o movimento dos planetas ao redor do Sol. As posições planetárias são previsíveis com um alto grau de precisão, utilizando equações diferenciais analíticas do movimento.

Mas esse determinismo aparentemente perfeito é uma idealização, uma abstração da realidade, que só é estatisticamente determinístico porque as influências indeterminísticas de eventos quânticos aleatórios são calculadas em média.

Quando um pequeno número de átomos e moléculas interage, seus movimentos e comportamentos são indeterminísticos , regidos pelas regras da mecânica quântica.

O princípio da indeterminação de Werner Heisenberg (erroneamente chamado de "incerteza", como se o problema fosse epistêmico/subjetivo e não ontológico/objetivo) nos dá o erro mínimo em medições simultâneas de posição x e momento p .

onde h é a constante de ação de Planck. Para ver como o determinismo "adequado" surge para um grande número de partículas, observe que o momento p = mv , o produto da massa pela velocidade, de modo que podemos escrever o princípio da indeterminação em termos de velocidades e posições como

Quando um grande número de partículas microscópicas se junta em agregados massivos
( h/m → 0 ), a indeterminação das partículas individuais é diluída e leis macroscópicas "adequadamente" determinísticas " emergem " . As posições e velocidades de grandes objetos massivos podem ser "determinadas" além da nossa capacidade de medição.

O determinismo é, portanto, uma propriedade emergente .

As "leis da natureza", como as leis do movimento de Newton, são todas de natureza estatística . Elas " emergem " quando um grande número de átomos ou moléculas se junta. Para números suficientemente grandes, as leis probabilísticas da natureza se aproximam da certeza prática. Mas o indeterminismo fundamental dos átomos componentes nunca desaparece completamente. E alguma aleatoriedade microscópica pode ser amplificada e aparecer no mundo macroscópico.

As leis do movimento de Isaac Newton explicam perfeitamente a observação de Kepler de que um planeta se move em uma elipse ao redor do Sol. Mas esse resultado depende de tratar o Sol e o planeta como massas pontuais e ignorar os outros planetas. Se eles forem incluídos, a mecânica clássica torna-se apenas aproximada e o determinismo apenas adequado (embora preciso com muitas casas decimais).

Além disso, as medições da posição e do movimento planetário (na verdade, todas as medições experimentais) são apenas aproximadas devido a erros de observação. Esses erros são uma combinação da ignorância humana (nossas mentes e instrumentos contêm informações limitadas e carecem de precisão perfeita) e da aleatoriedade fundamental – cuja origem é a incerteza quântica.

No outro extremo, o dos objetos fisicamente pequenos, James Clerk Maxwell e Ludwig Boltzmann descreveram com sucesso os movimentos de átomos ou moléculas em um "gás ideal", ignorando os detalhes de suas interações (colisões entre si e com as paredes do recipiente).

Maxwell e Boltzmann sabiam muito bem que seus resultados eram apenas aproximados e estatísticos. Mas sua mecânica estatística forneceu uma explicação física quantitativa para observáveis termodinâmicos macroscópicos que pareciam confirmar a natureza determinística da física.

O sucesso estrondoso das teorias mecânicas deterministas que descreviam os maiores e os menores objetos do universo pareceu aos cientistas e filósofos do final do século XIX confirmar o determinismo físico e, por associação, muitas outras formas de determinismo .

Mas o caos quântico é a condição fundamental do universo primordial e do microcosmo atual. Como podemos conciliar essa aleatoriedade e desordem fundamentais e irredutíveis com o surgimento da ordem cósmica, incluindo a vida e a inteligência?

O determinismo "adequado" das estruturas macroscópicas é simplesmente uma consequência do número muito grande de partículas quânticas envolvidas.

Como as partículas fundamentais seguem as leis da mecânica quântica, seu comportamento macroscópico se aproxima da mecânica clássica no limite de grandes números quânticos (o princípio da correspondência de Bohr ) e como consequência da lei dos grandes números, que descreve objetos macroscópicos compostos por um grande número de partículas quânticas.

Temos, sem dúvida, muita sorte de que o determinismo que possuímos, embora não seja o determinismo estrito, necessário e lógico que cientistas e filósofos idealizavam, seja suficientemente adequado para nos proporcionar um mundo altamente previsível e ordenado. As estruturas de informação apresentam estabilidade em escalas de tempo da mesma ordem de grandeza da idade do universo. Partes do DNA não sofreram alterações em 2,8 bilhões de anos.

Os sistemas vivos aprenderam a gerenciar o caos subjacente (com sofisticados mecanismos de detecção e correção de erros). Longe de ser o problema que muitos filósofos pensam que seja, a aleatoriedade é usada pelos sistemas vivos para escapar da armadilha do determinismo e nos fornecer as possibilidades alternativas necessárias para a liberdade de ação e a criatividade .

Muitos filósofos antigos e modernos rejeitaram o acaso e a aleatoriedade como ideias ininteligíveis . O acaso era usado para descrever situações em que os seres humanos simplesmente não tinham conhecimento do que exatamente estava acontecendo. A aleatoriedade era considerada um problema epistemológico, não uma realidade metafísica ou ontológica.

Os limites do conhecimento eram considerados um problema exclusivo dos humanos. Os teólogos acreditavam que Deus podia conhecer detalhes que os humanos desconheciam. O acaso metafísico era considerado ateísta.

Gottfried Leibniz e Pierre-Simon Laplace postularam uma superinteligência capaz de conhecer as posições e velocidades de todas as partículas do universo e, assim, prever todo o futuro.

Laplace e os matemáticos contemporâneos convenceram-se da natureza determinística do universo pela descoberta da lei de distribuição subjacente que rege os eventos aleatórios - a lei dos erros (Legendre, Gauss) ou distribuição normal.

Laplace denominou sua teoria sobre eventos aleatórios de "cálculo de probabilidades" para sinalizar a aprovação de um assunto que teve origem em jogos de azar ilícitos.

Calcular probabilidades a priori é um meio de justificar graus de crença, a base fundamental da epistemologia. Admitir a realidade do acaso metafísico no mundo ajuda a posteriori a explicar eventos que não correspondem às nossas expectativas.

A epistemologia, o estudo do que sabemos, é fundamentalmente probabilística. A ontologia, o estudo do que existe, é fundamentalmente estatística.

Conhecimento é informação (subjetiva) em nossas mentes sobre informação (objetiva) em coisas externas.

A "teoria do caos" é um formalismo matemático determinístico que descreve a dinâmica de sistemas físicos próximos a pontos singulares em seus movimentos, onde diferenças infinitesimais de posição ou velocidade levam a diferenças exponencialmente grandes em momentos posteriores. Ela não envolve incerteza quântica, apenas extrema sensibilidade às condições iniciais .

Os teóricos do caos são deterministas que acreditam que o comportamento caótico é apenas aparentemente aleatório.

A maioria das teorias da complexidade também são deterministas.

Na década de 1870, Maxwell observou a ocorrência de pontos singulares em fluxos hidrodinâmicos e argumentou que algo semelhante a eles na mente poderia permitir que os seres vivos escapassem do determinismo estrito.

Após a descoberta da incerteza quântica, alguns cientistas ( Arthur Stanley Eddington , Arthur Holly Compton , John Eccles , Henry Margenau ) propuseram a aleatoriedade quântica como a fonte do livre-arbítrio.

Mas todos eles admitiram o fracasso se o acaso fosse a causa direta de nossas ações .

O livre-arbítrio é um processo de duas etapas: "livre" (geração aleatória de possibilidades alternativas ) seguida de "vontade" ( seleção adequadamente determinada da melhor ação).

Normal | Professor | Pesquisador