Eugene Wigner tornou a física quântica ainda mais subjetiva do que John von Neumann ou mesmo Erwin Schrödinger com seu famoso Paradoxo do Gato . Wigner afirmou que uma medição quântica requer um observador consciente , sem o qual nada acontece no universo.

Em 1961, ele complicou o problema do "Schnitt" de von Neumann ou Heisenberg (ou a "divisão instável" de John Bell ), que forma a linha divisória entre o mundo quântico e o aparato de medição clássico. Wigner o levou ainda mais para a mente consciente do observador.

Costuma-se dizer que Wigner expandiu o problema do Gato de Schrödinger ao adicionar um segundo observador dentro do laboratório, conhecido como o Amigo de Wigner . As abordagens populares do Amigo de Wigner geralmente o descrevem em termos de um gato vivo e um gato morto. Na verdade, o exemplo de Wigner era um fóton e se sua função de onda colapsava para causar um flash em uma tela ou não. O objetivo de Wigner era demonstrar que somente a consciência pode colapsar uma função de onda.

O exemplo do gato é mais vívido. Você pode vê-lo na página de Wigner . Aqui apresentamos o exemplo original de Wigner sobre o fóton.

O amigo físico dentro do laboratório vê ou não um flash de fóton. (Em uma nota de rodapé, Wigner observa que o olho humano pode perceber apenas três quanta.) Mas Wigner está fora do laboratório e não sabe o resultado. Wigner diz que, sem a consciência humana, isso deixa o mundo em uma superposição de estados .

Wigner afirma que qualquer dispositivo de medição material inanimado deixará tanto ele quanto seu amigo em uma superposição de estados. A única coisa que ele vê que poderia mudar isso é a consciência humana . Ele resolve o paradoxo dizendo que a consciência de seu amigo colapsa a função de onda dentro do laboratório.

Eis o argumento completo de Wigner:

Dado qualquer objeto, todo o conhecimento possível a respeito dele pode ser expresso como sua função de onda. Este é um conceito matemático cuja natureza exata não nos interessa aqui — ele é composto por uma infinidade (enumerável) de números. Conhecendo esses números, podemos prever o comportamento do objeto até onde for possível prevê-lo. Mais precisamente, a função de onda permite predizer com que probabilidades o objeto causará uma ou outra impressão em nós se permitirmos que ele interaja conosco, seja direta ou indiretamente. O objeto pode ser um campo de radiação, e sua função de onda nos dirá com que probabilidade veremos um clarão se direcionarmos nossos olhos para certos pontos, com que probabilidade deixará uma mancha escura em uma placa fotográfica se esta for colocada em determinadas posições. Em muitos casos, a probabilidade de uma determinada sensação será tão alta que se torna uma certeza — isso sempre ocorre se a mecânica clássica fornecer uma aproximação suficientemente precisa das leis quânticas. A informação fornecida pela função de onda é comunicável. Se alguém determinar a função de onda de um sistema, poderá me informar sobre ela e, de acordo com a teoria, as probabilidades para as diferentes impressões (ou "sensações") possíveis serão igualmente grandes, independentemente de quem interaja com o sistema. Nesse sentido, a função de onda "existe".

Já foi mencionado anteriormente que mesmo o conhecimento completo da função de onda não permite prever com certeza todas as sensações que podemos receber ao interagir com um sistema. Em alguns casos, um evento (ver um clarão) é tão provável quanto outro (não ver um clarão). No entanto, na maioria dos casos, a impressão (por exemplo, o conhecimento de ter ou não visto um clarão) obtida dessa forma permite prever impressões posteriores com maior certeza. Assim, podemos ter certeza de que, se não virmos um clarão ao olhar em uma direção, certamente o veremos se olharmos posteriormente em outra direção. A propriedade das observações de aumentar nossa capacidade de prever o futuro decorre do fato de que todo o conhecimento das funções de onda se baseia, em última análise, nas "impressões" que recebemos. De fato, a função de onda é apenas uma linguagem adequada para descrever o conjunto de conhecimentos — adquiridos por meio de observações — que é relevante para prever o comportamento futuro do sistema. Por essa razão, as interações que podem criar uma ou outra sensação em nós também são chamadas de observações ou medições. Percebe-se que toda a informação fornecida pelas leis da física consiste em conexões probabilísticas entre impressões subsequentes que um sistema causa em nós ao interagirmos repetidamente com ele, ou seja, ao realizarmos medições repetidas. A função de onda é um resumo conveniente daquela parte das impressões passadas que permanece relevante para as probabilidades de recebermos as diferentes impressões possíveis ao interagirmos com o sistema em momentos posteriores.

Um exemplo

Pode ser útil ilustrar o ponto da seção anterior com um exemplo esquemático. Suponha que todas as nossas interações com o sistema consistam em observar um determinado ponto em uma determinada direção nos instantes t₀ _, t₀ + ₁ , t₀ ₊ 2, ... , e que nossas possíveis sensações sejam ver ou não ver um clarão. A lei da natureza relevante poderia então ser da seguinte forma: "Se você vir um clarão no instante t , verá um clarão no instante t+1 com probabilidade 1/4 , e nenhum clarão com probabilidade 3/4 ; se não vir nenhum clarão, a próxima observação resultará em um clarão com probabilidade 3/4 , e nenhum clarão com probabilidade 1/4 ; não há outras relações de probabilidade." Claramente, essa lei pode ser verificada ou refutada com precisão arbitrária por uma série suficientemente longa de observações. A função de onda, nesse caso, depende apenas da última observação e pode ser _{Ψ₁ se um clarão foi visto na última interação, ou Ψ₂} se nenhum _clarão foi observado. No primeiro caso, ou seja, para Ψ ₁ , o cálculo das probabilidades de ocorrência e não ocorrência de flash após um intervalo de tempo unitário fornece os valores 1/4 e 3/4 ; para Ψ _{2 ,} essas probabilidades devem ser 3/4 e 1/4 . Essa concordância entre as previsões da lei entre aspas e a lei obtida através do uso da função de onda não é surpreendente. Pode-se dizer que a função de onda foi inventada para fornecer as probabilidades adequadas, ou que a lei entre aspas foi obtida por meio de um cálculo com as funções de onda, cujo uso aprendemos com Schrödinger.

A comunicabilidade da informação significa, no presente exemplo, que se alguém observar o instante t e nos disser se viu um clarão, podemos observar o instante t + 1 e ver um clarão com as mesmas probabilidades como se tivéssemos visto ou não o clarão no instante t . Em outras palavras, essa pessoa pode nos dizer qual é _a função de onda: _Ψ₁ se viu um clarão, Ψ₂ se não viu.

O exemplo anterior é bastante simples. Em geral, existem muitos tipos de interações que se pode ter com o sistema, levando a diferentes tipos de observações ou medições. Além disso, as probabilidades das várias impressões possíveis obtidas na próxima interação podem depender não apenas da última, mas também dos resultados de muitas observações anteriores. O ponto importante é que a impressão obtida em uma interação pode, e em geral modifica, as probabilidades com que se obtêm as várias impressões possíveis em interações posteriores. Em outras palavras, a impressão obtida em uma interação, também chamada de resultado de uma observação , modifica a função de onda do sistema. A função de onda modificada é, além disso, em geral imprevisível antes que a impressão obtida na interação entre em nossa consciência: é a entrada de uma impressão em nossa consciência que altera a função de onda, pois modifica nossa avaliação das probabilidades de diferentes impressões que esperamos receber no futuro. É neste ponto que a consciência entra na teoria de forma inevitável e inalterável. Se falarmos em termos de função de onda, suas mudanças estão acopladas à entrada de impressões em nossa consciência. Se formularmos as leis da mecânica quântica em termos de probabilidades de impressões, estes são, por definição, os conceitos primários com os quais lidamos.

É natural questionar a situação quando não se faz a observação pessoalmente, mas se permite que outra pessoa a realize. Qual seria a função de onda se meu amigo observasse o local onde o clarão poderia aparecer no instante t A resposta é que a informação disponível sobre o objeto não pode ser descrita por uma função de onda. Poderíamos atribuir uma função de onda ao sistema conjunto: amigo mais objeto, e esse sistema conjunto teria uma função de onda também após a interação, ou seja, depois que meu amigo tivesse observado. Eu poderia então interagir com esse sistema conjunto perguntando ao meu amigo se ele viu um clarão. Se a resposta dele me der a impressão de que sim, a função de onda conjunta de amigo + objeto se transformará em uma na qual eles terão funções de onda separadas (a função de onda total é um produto) e a função de onda do objeto será Ψ₁ . Se ele disser que _{não , a função de} onda do objeto será Ψ₂ , ou seja, o objeto se comportará a partir de então como se eu o tivesse observado e não tivesse visto nenhum clarão. Contudo, mesmo neste caso, em que a observação foi realizada por outra pessoa, a mudança típica na função de onda ocorreu apenas quando alguma informação (o sim ou não do meu amigo) entrou na minha consciência. Conclui-se que a descrição quântica dos objetos é influenciada por impressões que chegam à minha consciência. O solipsismo pode ser logicamente consistente com a mecânica quântica atual, mas o monismo, no sentido de materialismo, não o é. Os argumentos contra o solipsismo foram apresentados no final da primeira seção.

As razões para o materialismo

O principal argumento contra o materialismo não é aquele ilustrado nas duas últimas seções: sua incompatibilidade com a teoria quântica. O principal argumento é que os processos de pensamento e a consciência são os conceitos primários, que nosso conhecimento do mundo externo é o conteúdo de nossa consciência e que, portanto, a consciência não pode ser negada. Pelo contrário, logicamente, o mundo externo poderia ser negado — embora não seja muito prático fazê-lo. Nas palavras de Niels Bohr,

"A palavra consciência, aplicada a nós mesmos e aos outros, é indispensável ao lidarmos com a condição humana."

Diante disso tudo, é natural questionar como o materialismo, a doutrina de que "a vida pode ser explicada por combinações sofisticadas de leis físicas e químicas", pôde ser aceito por tanto tempo pela maioria dos cientistas. A razão provavelmente reside na necessidade emocional de exaltar o problema ao qual se deseja dedicar a vida. Se admitíssemos algo como a afirmação de que as leis que estudamos em física e química são leis limitadoras, semelhantes às leis da mecânica que excluem a consideração de fenômenos elétricos, ou às leis da física macroscópica que excluem a consideração de "átomos", não poderíamos nos dedicar ao estudo com a intensidade necessária para reconhecer qualquer nova regularidade na natureza. A regularidade que buscamos deve se apresentar como a regularidade essencial — se quisermos persegui-la com a dedicação necessária para obtermos sucesso. Os átomos também eram considerados uma invenção desnecessária antes que a física macroscópica estivesse essencialmente completa — e podemos muito bem imaginar um mestre, mesmo um grande mestre, da mecânica dizendo: "A luz pode existir, mas eu não preciso dela para explicar os fenômenos que me interessam". O biólogo atual usa as mesmas palavras sobre a mente e a consciência; ele as usa como uma expressão de sua descrença nesses conceitos. Os filósofos não precisam dessas ilusões e demonstram muito mais clareza sobre o assunto. O mesmo se aplica à maioria dos grandes cientistas naturais, pelo menos em seus anos de maturidade. Agora, isso se aplica a quase todos os físicos — possivelmente, mas não certamente, devido à lição que aprendemos com a mecânica quântica. É possível também que tenhamos aprendido que o principal problema não é mais a luta contra as adversidades da natureza, mas a dificuldade de nos compreendermos se quisermos sobreviver.

Resposta mais simples para a questão mente-corpo

Vamos primeiro especificar a questão, que está fora do domínio da física e da química, mas que é obviamente significativa (por ser definida operacionalmente): dada a descrição mais completa do meu corpo (admitindo que os conceitos usados nessa descrição mudam conforme a física se desenvolve), quais são as minhas sensações Ou, talvez, com que probabilidade terei uma das várias sensações possíveis Esta é claramente uma questão válida e importante que se refere a um conceito — sensações — que não existe na física ou na química atuais. Se a questão se tornará eventualmente um problema da física, da psicologia ou de outra ciência, dependerá do desenvolvimento dessas disciplinas.

Naturalmente, tenho conhecimento direto apenas das minhas próprias sensações e não há nenhuma razão lógica estrita para acreditar que outros tenham experiências semelhantes. No entanto, todos acreditam que o fenômeno das sensações é amplamente compartilhado por organismos que consideramos vivos. É muito provável que, se certas condições físico-químicas forem satisfeitas, surja uma consciência, ou seja, a propriedade de ter sensações. Esta afirmação será referida como nossa primeira tese. As sensações serão simples e indiferenciadas se o substrato físico-químico for simples; terão a variedade e a riqueza de cores miraculosas que os poetas tentam descrever se o substrato for tão complexo e bem organizado quanto um corpo humano.

As condições e propriedades físico-químicas do substrato não apenas criam a consciência, como também influenciam profundamente suas sensações. Será que, inversamente, a consciência influencia as condições físico-químicas Em outras palavras, o corpo humano se desvia das leis da física, conforme deduzidas do estudo da natureza inanimada A resposta tradicional a essa pergunta é "Não": o corpo influencia a mente, mas a mente não influencia o corpo. Contudo, pelo menos duas razões podem ser apresentadas para sustentar a tese oposta, que será denominada segunda tese.

A primeira razão, e a meu ver menos convincente, baseia-se na teoria quântica das medições, descrita anteriormente nas seções 2 e 3. Para apresentar esse argumento, é necessário detalhar um pouco mais a descrição da observação de um "amigo" do que no exemplo discutido anteriormente. Suponhamos novamente que o objeto tenha apenas dois estados, _Ψ₁ e Ψ₂ . _Se o estado for, originalmente, Ψ₁ , o estado do objeto mais _o observador será, após a interação, Ψ₁ x Χ₁ _; se o estado do objeto for _Ψ₂ , o estado do objeto mais _o observador será Ψ₂ _x Χ₂ após a interação. As funções de onda Χ₁ e Χ₂ _{fornecem o estado do observador; no primeiro caso , ele está em um estado que responde à pergunta "Você viu um clarão" com "} Sim"; no segundo estado, com "Não". Até aqui, nada de absurdo.

Consideremos agora um estado inicial do objeto que é uma combinação linear
α Ψ ₁ + β Ψ ₂ dos dois estados Ψ ₁ e Ψ ₂ . Segue-se então da natureza linear das equações de movimento da mecânica quântica que o estado do objeto mais o observador é, após a interação, α (Ψ ₁ x Χ ₁ ) + β (Ψ ₂ x Χ ₂ ) . Se eu perguntar agora ao observador se ele viu um clarão, ele dirá, com probabilidade |α| ^2, que sim, e nesse caso o objeto também me dará as respostas como se estivesse no estado Ψ ₁ . Se o observador responder "Não" — a probabilidade para isso é |β| ² — as respostas do objeto a partir de então corresponderão a uma função de onda Ψ ₂ . A probabilidade de o observador dizer "Sim" é zero, mas o objeto dá a resposta que Ψ₂ daria porque a função de onda αΨ₁ + βΨ₂ do sistema conjunto não tem componente (Ψ₂ x Χ₁ ) . _{Da mesma} forma , se o _{observador negar ter} visto um clarão, o comportamento do objeto não pode corresponder a Χ₁ porque a função de onda conjunta não tem componente ( _Ψ₁ x _Χ₂ ) _. Tudo isso é bastante satisfatório: a teoria da medição, direta ou indireta, é logicamente consistente desde que eu mantenha minha posição privilegiada como observador final.

Contudo, se depois de ter concluído todo o experimento eu perguntar ao meu amigo: "O que você achou do clarão antes de eu perguntar", ele responderá: "Eu já disse, eu vi [não vi] um clarão", conforme o caso. Em outras palavras, a questão de ter ou não visto o clarão já estava decidida em sua mente antes mesmo de eu perguntar. Se aceitarmos isso, somos levados à conclusão de que a função de onda adequada imediatamente após a interação entre o amigo e o objeto já era _{Ψ₁ x Χ₁} ou _Ψ₁ x Χ₂ , e não a combinação linear α(Ψ₁ _x Χ₁ ₎ + β( _Ψ₂ x _Χ₂ ) . Isso é uma contradição, porque o estado descrito pela função de onda α (Ψ ₁ x Χ ₁ ) + β (Ψ ₂ x Χ ₂ ) descreve um estado que possui propriedades que nem Ψ ₁ x Χ ₁ nem Ψ ₂ x Χ ₂ possuem. Se substituirmos "amigo" por algum aparato físico simples, como um átomo que pode ou não ser excitado pelo flash de luz, essa diferença tem efeitos observáveis e não há dúvida de que
α (Ψ ₁ x Χ ₁ ) + β (Ψ ₂ x Χ ₂ ) descreve corretamente as propriedades do sistema conjunto; a suposição de que a função de onda seja Ψ ₁ x Χ ₁ ou Ψ ₂ x Χ ₂ não a sustenta . Se o átomo for substituído por um ser consciente, a função de onda
α (Ψ ₁ x Χ ₁ ) + β (Ψ ₂ x Χ ₂ ) (que também decorre da linearidade das equações) parece absurda porque implica que meu amigo estava em estado de animação suspensa antes de responder à minha pergunta.

Conclui-se, portanto, que o ser com consciência deve ter um papel diferente na mecânica quântica do que o dispositivo de medição inanimado: o átomo considerado anteriormente. Em particular, as equações de movimento da mecânica quântica não podem ser lineares se o argumento precedente for aceito. Esse argumento implica que "meu amigo" tem os mesmos tipos de impressões e sensações que eu — em particular, que, após interagir com o objeto, ele não está naquele estado de animação suspensa que corresponde à função de onda α (Ψ ₁ x Χ ₁ ) + β (Ψ ₂ x Χ ₂ ) . Não é necessário ver uma contradição aqui do ponto de vista da mecânica quântica ortodoxa, e não há nenhuma se acreditarmos que a alternativa é sem sentido, quer a consciência do meu amigo contenha a impressão de ter visto um clarão ou de não ter visto um clarão. No entanto, negar a existência da consciência de um amigo a esse ponto é certamente uma atitude antinatural, próxima do solipsismo, e poucas pessoas, em seus corações, concordarão com isso.

O argumento anterior sobre a diferença entre os papéis de instrumentos de observação inanimados e observadores com consciência — e, portanto, sobre uma violação das leis físicas onde a consciência desempenha um papel — é inteiramente convincente, desde que se aceitem os princípios da mecânica quântica ortodoxa em todas as suas consequências.

("Observações sobre a questão mente-corpo", pp. 173-181)

A interpretação da informação pela mecânica quântica ajuda a resolver esse paradoxo da seguinte forma:

• Se o físico amigo dentro do laboratório observar atentamente o clarão e registrar o resultado em um caderno, podemos concluir com segurança que a superposição de estados "colapsou" (foi projetada) no estado com clarão ou no estado sem clarão.

• Novas informações foram criadas no universo. A entropia foi dissipada, portanto a mudança é irreversível .

• Podemos assumir que uma observação foi feita, registrada como uma medição e, para satisfazer Wigner, von Neumann, Wheeler, Bell e outros, que a medição entrou na mente do "observador consciente", embora nossa interpretação da informação não exija essa etapa. O colapso da função de onda ocorre com a criação de novas informações, sem a necessidade de observações ou medições.

• Como Wigner não conhece o resultado exato, ele só conhece as possibilidades e pode estimar probabilidades comuns, por exemplo, que há 75% de chance de haver um clarão e 25% de probabilidade de não haver nenhum.

• Mas eis a resolução do paradoxo de Wigner. Essas probabilidades não se referem mais a estados quânticos sobrepostos interferindo uns com os outros. Não são mais probabilidades quânticas. O clarão ou ocorreu e foi registrado, ou não! As chances não são mais ontológicas. São epistêmicas, mera ignorância humana.

• Portanto, Wigner está errado ao concluir que, sem consciência, a superposição quântica permaneceria.

• Ao calcularmos as probabilidades de ocorrência ou ausência de flash, utilizamos a superposição quântica como nossa melhor estimativa. Era importante incluir os possíveis efeitos de interferência enquanto a função de onda ainda era coerente. Mas, uma vez obtida a informação sobre a ocorrência ou ausência de flash, a função de onda sofre decoerência e precisamos recorrer às probabilidades "clássicas".

Normal | Professor | Pesquisador