Espero explicar como um sistema complexo pode aumentar sua complexidade ,
tornar-se mais auto-organizado e ampliar seu conteúdo de informação ,
apesar da segunda lei da termodinâmica .

Mas primeiro, gostaria de lhe fazer algumas perguntas.

Primeiro , quantos de vocês conhecem a segunda lei?

OK, a entropia sempre aumenta!

Arthur Stanley Eddington chamou isso de Flecha do Tempo . Informação está sempre se perdendo, não é?

Então, como um sistema complexo pode crescer e adquirir mais complexidade e mais informações?

Este é o meu trabalho e espero explicá-lo para vocês hoje.

Segunda pergunta!

Quanta informação você acha que havia na origem do universo?

Muitas pessoas pensam que devia haver muita informação!
Porque ela vem diminuindo desde o início dos tempos e ainda temos muita.
Então, quantos de vocês acham que havia muita informação no início?

Terceira pergunta!

Talvez o universo tivesse exatamente a mesma quantidade de informação no início que temos hoje?

A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia é conservada e que a matéria total do universo é perfeitamente conservada .

Temos a mesma matéria e energia que tínhamos quando o universo começou. Elas apenas foram rearranjadas!

Então talvez a própria informação seja uma constante conservada da Natureza ?

Quantos de vocês gostaram dessa ideia?

Quarta pergunta!

Quantos de vocês conhecem o Demônio de Laplace ?

Pierre Simon Laplace conhecia muito bem as Leis de Newton da mecânica clássica.

Ele imaginou um demônio inteligente que conhece as posições e as velocidades de cada partícula do universo, e que também conhece as forças que atuam sobre todas essas partículas.
O demônio poderia então conhecer todo o passado e o futuro do universo .

Nesse caso, a informação seria uma constante da natureza (representada pela linha azul abaixo).

No entanto, em meados do século XIX, Lord Kelvin percebeu que a então recém-descoberta segunda lei da termodinâmica exigia que a informação não fosse constante, mas sim destruída à medida que a entropia aumentasse irreversivelmente .

O físico Hermann Helmholtz descreveu isso como a " morte térmica " do universo.
Quantos de vocês já ouviram falar dessa "morte térmica"?

A afirmação de Kelvin sobre a "morte térmica" estaria correta se o universo fosse um sistema fechado.
Mas ele não é fechado. O universo é aberto e infinito.

Meu mentor em Harvard, David Layzer , seguindo uma sugestão de Arthur Stanley Eddington , demonstrou que a entropia máxima possível está aumentando mais rapidamente do que a entropia real , porque o universo está em expansão .

Podemos observar que o universo não possuía muita informação no início. Não tinha a mesma informação que tem hoje. E também não tinha muita entropia naquela época.
A entropia máxima para um universo daquele tamanho era muito pequena.

A diferença entre a entropia máxima possível e a entropia real é chamada de entropia negativa , onde sistemas complexos podem se formar e crescer em complexidade.

Agora, a sugestão de Arthur Stanley Eddington , de 1934, de que a expansão do universo poderia permitir reduções locais na entropia, mas apenas se a entropia global em algum outro lugar fosse aumentada ainda mais para satisfazer a segunda lei da termodinâmica.

Eu gostaria de chamar isso de Lei de Eddington: Não há produção local de negentropia sem um aumento global de entropia.

À medida que o universo se expande rapidamente, novo espaço é criado. Cada partícula agora tem muito mais lugares possíveis onde pode ser encontrada.

As partículas se distribuem aleatoriamente em um número crescente de locais possíveis .

Aqui observamos que o crescimento da ordem de Layzer exige que existam múltiplas possibilidades antes de uma realidade .

Isso é semelhante à evolução darwiniana, onde devem existir variações aleatórias possíveis na informação genética antes que uma seja de fato selecionada por seu maior sucesso reprodutivo.

Veremos que esta é uma regra fundamental para a criação de novas informações .
Deve sempre haver múltiplas possibilidades antes que algo se concretize .

Planetas, estrelas, galáxias e o próprio Universo são todos sistemas complexos .
A Ciência da Complexidade estuda todos eles. Ela também estuda a vida , mas existe uma diferença
fundamental entre os seres vivos e o universo abiótico .

A diferença reside no papel da informação .

O universo, com suas galáxias, estrelas e planetas, é rico em informações abstratas e imateriais . Mas, para que os cientistas possam observar e medir essas informações , é necessário que a matéria se materialize fisicamente e que a energia seja transmitida!

Todos os objetos do universo são estruturas concretas de informação material , compostas de matéria e energia, os quarks, glúons, elétrons e fótons presentes na origem. Átomos neutros como o hidrogênio não eram estáveis até que o universo esfriasse até a temperatura atual da superfície do Sol (cerca de 6000 K), 380 mil anos após a sua origem. Atualmente, o universo esfriou até 2,7 K, a temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB).

Objetos não vivos, como átomos, moléculas, planetas, estrelas e galáxias, são estruturas de informação passivas . Eles são inteiramente controlados por forças físicas fundamentais — as forças nucleares forte e fraca, o eletromagnetismo e a gravitação. Esses objetos não se controlam. Eles são redutíveis a forças físicas como causas. Eles não agem . Eles são afetados por essas forças .

Os seres vivos, você e eu, somos estruturas de informação ativas, dinâmicas e em constante crescimento , formas através das quais a matéria e a energia fluem continuamente. E é a comunicação de cima para baixo da informação biológica que controla esses fluxos!

Essa capacidade de comunicação surge com o aparecimento da vida .

Como vimos, para aumentar a complexidade de qualquer sistema, incluindo o universo, é necessário gerar ou incorporar novas informações - " entropia negativa ".

O físico quântico Erwin Schrödinger argumentou, em seu famoso artigo de 1944 intitulado "O que é a vida", que a vida se alimenta de entropia negativa .

Eu gostaria de chamar isso de Regra de Schrödinger: Sem uma fonte de negentropia não há crescimento .

A fonte de entropia negativa de Schrödinger era o nosso Sol. Com o Sol brilhante como fonte de calor e o céu noturno escuro como dissipador de calor, a Terra é uma máquina termodinâmica .

Mas Schrödinger não sabia como o Sol se tornou uma fonte de entropia negativa.

Esse é um problema para a cosmologia, que acredito que Eddington, Layzer e eu resolvemos.

Nesse mesmo artigo de 1944, "O que é a vida", Schrödinger explicou como a informação genética poderia ser armazenada na estrutura atômica de uma longa molécula ou "cristal periódico". Essa molécula foi identificada como DNA apenas nove anos depois, por James Watson e Francis Crick, em 1953.

Apenas três anos antes da descoberta da informação no código genético, Claude Shannon formulou sua teoria da comunicação da informação, descrevendo os "bits" digitais de informação como 1s e 0s (ou respostas de sim e não para perguntas). Shannon afirmou que a quantidade de informação comunicada depende do número de mensagens possíveis. Se houver apenas uma mensagem, não há informação nova. Com oito mensagens possíveis, uma mensagem real comunica três bits de informação (2³ = 8).

Eu gostaria de chamar isso de Princípio de Shannon: Não há criação de novas informações sem possibilidades .

Se houver apenas uma mensagem possível, ou seja, nenhuma informação nova, é o mesmo que no caso do crescimento da ordem de Layzer : sempre deve haver múltiplas possibilidades antes de uma realidade se concretizar .

Na década de 1970, fui novamente inspirado por Arthur Stanley Eddington . Ele sugeriu que o princípio da incerteza de Heisenberg abria uma "brecha" no determinismo físico , dando espaço ao livre-arbítrio.

Desenvolvi o que chamei de " modelo de dois estágios" do livre-arbítrio . O primeiro estágio produz possibilidades alternativas , geradas pela "brecha" do indeterminismo quântico de Eddington.

A segunda etapa permite tomar decisões ou fazer escolhas adequadamente determinadas , porque a aleatoriedade quântica é diluída em processos cerebrais de grande escala.

Desde então, estendi esse modelo de duas etapas — primeiro possibilidades e depois realidades — a todos os processos que podem criar novas estruturas de informação imaterial e material .

Eu chamo isso de Processo de Criação Cósmica .

Começa com as ideias de Arthur Eddington e David Layzer sobre o desenvolvimento da ordem no universo . Mas depende fundamentalmente da geração aleatória de possibilidades .

Agora sabemos que a única probabilidade ontologicamente indeterminística é a probabilidade quântica .
E demonstrei que Einstein descobriu essa probabilidade ontológica em 1916,
dez anos antes do princípio da incerteza quântica de Werner Heisenberg .

Eu gostaria de chamar isso de Descoberta do Probabilidade Quântica por Einstein .

Afirmo que um processo temporal de duas etapas ou dois estágios — primeiro possibilidades aleatórias , seguidas pela seleção de uma realidade — é a essência do processo de criação cósmica . E descobri que ele pode explicar muitos grandes problemas na ciência e na filosofia.

Já discutimos três desses processos de duas etapas. Eles incluem:

1) A teoria de Claude Shannon sobre a comunicação de informações também envolve essas duas etapas (o princípio de Shannon). A quantidade de informação comunicada depende do número de mensagens possíveis .

2) O modelo de dois estágios da liberdade da vontade humana : primeiro, possibilidades alternativas aleatórias, seguidas por uma escolha prática ou moral adequadamente determinada para concretizar uma delas .

3) O processo de evolução biológica em duas etapas : variações ou mutações aleatórias no código genético, seguidas pela seleção natural daqueles com maior sucesso reprodutivo.

O biólogo evolucionista Ernst Mayr deixou isso claro em seu livro de 1988, " Em direção a uma nova filosofia da biologia" .

A mudança evolutiva em cada geração é um processo de duas etapas: a produção de novos indivíduos geneticamente únicos e a seleção dos progenitores da próxima geração. O importante papel do acaso na primeira etapa, a produção de variabilidade, é universalmente reconhecido, mas a segunda etapa, a seleção natural, é em geral vista de forma bastante determinística: a seleção é um processo não aleatório.

Em direção a uma nova filosofia da biologia , Cambridge: Harvard University Press, 1988, p. 159

Agora temos três processos que precisam de duas etapas ou dois passos para criar algo novo.

1. A criação do próprio universo,
2. A própria criação da vida ,
3. A existência do livre-arbítrio humano .

E podemos acrescentar um quarto processo que é essencial para o avanço do conhecimento .
Esse processo é o que Einstein chamou de “ criações livres da mente humana ”.
É assim que cientistas e filósofos criam novas ideias!

Finalmente, Sistemas Adaptativos Complexos e o Processo de Criação Cósmica

Ora, todos os sistemas adaptativos complexos são obviamente criativos. E a descrição auto-organizativa e autopoiética de Umberto Maturana e Francesco Varela os descreve perfeitamente.

Mas o "eu" em uma célula de Bénard não está comunicando informações aos seus átomos componentes. Ele não tem pensamentos, intenções, objetivos ou propósitos .

Uma célula de Bénard é uma estrutura de informação passiva , redutível aos seus componentes. É verdade que se trata de uma estrutura dissipativa , à beira do caos, como observou Ilya Prigogine , mas não está viva . E, finalmente, também é verdade que os processos autocatalíticos ou autopoiéticos utilizam a causalidade descendente para controlar ou restringir processos de nível inferior. Mas essa causalidade descendente não envia nem recebe sinais de informação, porque a célula de Bénard não está viva .

Propósito , valores e significados emergem no universo, mas somente após o surgimento da vida .

O reducionismo não consegue explicar essa emergência com forças físicas "de baixo para cima".

Normal | Professor | Pesquisador