Juntamente com Max Born e Werner Heisenberg , Pascual Jordan contribuiu para a formulação matemática da mecânica matricial, a primeira forma de mecânica quântica.

Em Göttingen, Jordan foi assistente do matemático Richard Courant e, posteriormente, de Born.

Segundo Max Jammer ( A Filosofia da Mecânica Quântica , p. 161), Jordan declarou, com ênfase, que as observações não apenas perturbam o que deve ser medido, como o produzem! Em uma medição de posição, por exemplo, como a realizada com o microscópio de raios gama, "o elétron é forçado a tomar uma decisão. Nós o obrigamos a assumir uma posição definida; antes, em geral, ele não estava nem aqui nem ali; ainda não havia tomado sua decisão por uma posição definida... Se, por meio de outro experimento, a velocidade do elétron estiver sendo medida, isso significa: o elétron é compelido a decidir por si mesmo por algum valor exatamente definido da velocidade; e observamos qual valor ele escolheu. Em tal decisão, a decisão tomada no experimento anterior a respeito da posição é completamente obliterada." Segundo Jordan, toda observação não é apenas uma perturbação, é uma invasão incisiva no campo de observação: "nós mesmos produzimos os resultados da medição" [Wir selber rufen die Tatbestände hervor] ( Erkenntinis , 4 , 215-252, 1934).

Jordan foi além, argumentando que havia momentos em que um sistema quântico efetivamente se observava, colapsando em um estado específico em vez de permanecer em uma superposição de estados. Isso não requer nenhum "observador consciente", como haviam argumentado John von Neumann e Eugene Wigner , mas requer a decoerência (e o colapso ) da função de onda que impede a interferência de outras possibilidades.

Jordan relacionou a decoerência com o aumento termodinâmico da entropia (que também está relacionada ao aumento da informação na medição que será reconhecida pelo observador consciente). Ele observou que toda observação microfísica deixa algum tipo de registro macrofísico (contendo informação). De fato, se não o fizesse, não haveria nada para ser observado pelo observador consciente.

Em formulações mais ortodoxas da mecânica quântica, costuma-se dizer que o processo de observação (ou medição ) faz com que o fóton decida entre duas possibilidades — ou faz com que qualquer outro observável assuma um de seus diferentes autovalores. Mas penso que o que aqui chamamos de "observação" não deve ser interpretado como um processo mental, mas sim como um processo puramente físico; podemos chamá-lo melhor, seguindo Margenau (3), de preparação de um estado , escolhido dentre aqueles que correspondem a um determinado operador ou observável. O ponto essencial, a meu ver, é que esse processo deve ser macrofísico . A macrofísica, por definição, lida com objetos ou processos que permitem a aplicação do conceito tradicional de realidade. É essencial que possamos pensar em um objeto macrofísico como existente independentemente de qualquer processo de observação. Certamente, só conhecemos o planeta Plutão porque possuímos observatórios astronômicos; mas acreditamos que Plutão já existia na época do Homo neanderthalensis. Na literatura alemã, chamamos isso de " Objektivierung ", ou seja, pensar nos objetos como existentes independentemente dos processos de observação. Ou, dito de outra forma: pertence à definição de macrofísica o fato de que aqui nunca nos deparamos com as características microfísicas da complementaridade.

Agora, em cada caso de observação e medição microfísica, temos de fato uma situação em que o objeto microfísico de observação deixa um rastro de dimensões macrofísicas. Normalmente, isso é possibilitado por um processo de avalanche desencadeado pelo próprio objeto microfísico de observação. Induzir esse rastro (gerando um registro macrofísico da decisão microfísica) é — creio eu — em alguns casos idêntico à própria decisão...

Consideremos primeiro o que pode parecer uma dificuldade. Um grão de prata em uma placa fotográfica — ou qualquer outro objeto adequado para permitir que uma trilha macrofísica seja produzida por uma decisão microfísica — nada mais é do que um acúmulo de indivíduos microfísicos. Se tentarmos dar uma descrição completa do grão de prata, teremos que mencionar seus átomos e suas funções de onda — e nos deparamos novamente com as dificuldades que tentamos evitar enfatizando o caráter macrofísico do grão de prata.

Isso nos leva a reconhecer que é possível e necessário formular um axioma físico ainda não formulado. Acima, consideramos que ele faz parte da definição de macrofísica, não apresentando complicações quanto à complementaridade, mas permitindo uma completa "objetivação" dos fenômenos no espaço e no tempo. Mas geralmente se define macrofísica apenas afirmando que ela lida com um grande número de indivíduos microfísicos — e essa é outra definição, diferente da anterior. Precisamos, portanto, de um axioma especial para expressar o fato empírico de que essas duas definições definem a mesma coisa: que, na realidade, cada grande acúmulo de indivíduos microfísicos sempre apresenta um estado bem definido no espaço e no tempo, de modo que uma pedra nunca, diferentemente de um elétron, possui coordenadas indeterminadas. Muitas vezes, acredita-se vagamente que isso já esteja garantido pela relação de Heisenberg Δp Δq > h; mas, na verdade, essa relação apenas fornece uma possibilidade, e não uma necessidade, para a validade do nosso axioma. Vamos supor que, em nosso experimento envolvendo o fóton, a placa fotográfica seja removida, mas que tenhamos um arranjo pelo qual uma pedra macrofísica cairá de acordo com a decisão do fóton. Então, se assumirmos estritamente a visão de von Neumann, a pedra passa a possuir uma função de onda que a torna indecisa quanto a cair ou não, e um observador tem a oportunidade de forçar a pedra a tomar uma decisão pelo processo mental de esquecer que a interferência entre as duas funções de onda da pedra em queda seria possível. O famoso gato de Schrödinger é outra ilustração desse ponto.

HD Zeh afirma que essas coisas "nunca são observadas na natureza".

Creio que podemos resumir a situação dizendo que, de fato, uma nova característica — a ser formulada por um novo axioma — reside no fato de que tais coisas não acontecem; todas as formulações da mecânica quântica apresentadas até agora não são suficientes para excluí-las. Somos incapazes de construir um relógio com um ponteiro que nem sempre aponte para um número específico no mostrador. Este é um fato bem conhecido, mas que a teoria atual não explica suficientemente.

Parece possível atribuir um significado ainda mais preciso ao nosso novo axioma. Vejamos um caso especial. A emissão de uma partícula alfa por um núcleo (este núcleo pode ser considerado infinitamente pesado e localizado em um ponto definido) é regulada por uma onda esférica. Ora, é sem dúvida possível que, por meio de algum arranjo adequado, possamos causar interferência entre emissões alfa em direções muito diferentes, como no caso da emissão de fótons por um átomo. Mas se deixarmos essa emissão ocorrer em uma câmara de Wilson, sempre obteremos a imagem de uma trajetória de Wilson mostrando que a partícula tomou uma direção bem definida. Por quê?

Dificilmente alguém duvidará de que o movimento térmico das moléculas do gás desempenha um papel decisivo neste caso. Não discutirei aqui a aplicação das ideias de von Neumann e von Weizsäcker a este caso. Minha opinião é a seguinte: devemos buscar a causa do fenômeno não em qualquer "percepção", nem em qualquer processo mental, nem no fato de que gotas de água se formam — pois certamente, na ausência de água (embora qualquer observação direta fosse difícil), a partícula teria uma direção de emissão definida e teríamos rastros de ionização no gás. O ponto decisivo parece ser que, em consequência da temperatura do gás, todas as possibilidades de interferência entre as funções de onda de diferentes átomos são destruídas. Pois, se preenchêssemos a câmara não com gás comum, mas com hélio líquido à temperatura T = 0, não vejo por que a interferência da emissão alfa em grandes ângulos não permaneceria possível.

Retornando ao nosso fóton, podemos dizer que o próprio Nicoll seria capaz de tornar as duas ondas φ e ψ incoerentes, desde que o Nicoll possuísse um grau suficiente de movimento browniano. De modo geral, podemos considerar o movimento browniano como o fator adequado para criar incoerência e eliminar qualquer possibilidade de interferência.

Um evento irreversível ( colapso da função de onda ) seguido pela dissipação de entropia são os dois passos essenciais em qualquer medição.

Se essa ideia estiver correta, então vemos que a termodinâmica está envolvida na observação da mecânica quântica; e isso está em harmonia com um fato que demonstra a conexão entre irreversibilidade e observação: extraímos de uma observação consequências sobre as probabilidades de experimentos a serem realizados posteriormente; não podemos inverter essa relação.

Mas, embora a termodinâmica seja essencial para o conceito de observação e medição, esse próprio conceito me parece indispensável na termodinâmica e na noção de entropia. A relação entre termodinâmica e mecânica quântica — especialmente entre estatística termodinâmica e mecânica quântica — tem sido objeto de muita discussão. Mencionemos aqui apenas os estágios iniciais e finais do assunto.

1) Pauli (5) enfatizou que mesmo na teoria quântica permanece a necessidade de uma "hipótese de desordem elementar", que deve ser reconhecida como um axioma adicional além da mecânica quântica "pura" formulada pela equação de Schrödinger. Nosso axioma macrofísico mencionado acima está intimamente ligado a este axioma de desordem elementar, que rege cada sistema termodinâmico; aliás, podemos também dizer cada sistema macrofísico.

2) Nos últimos anos, Born (1) e Green, em uma série de artigos, desenvolveram uma fascinante descrição da estatística termodinâmica baseada na mecânica quântica. Os resultados de seu trabalho que estão intimamente relacionados à nossa questão aqui podem ser formulados em duas teses:

A) A mecânica quântica, em sua totalidade, implica a irreversibilidade como consequência necessária.

B) Mas a mecânica quântica "pura" ou "restrita", que aplica apenas a equação de Schrödinger sem os conceitos de preparação de estados, observação, medição ou "decisão", não faria isso.

O ponto A) foi enfatizado pelo próprio Born.

O ponto B) requer alguns comentários para mostrar que está realmente de acordo com a afirmação de Born e não em contradição com ela. A exposição de Born permite-nos ver com grande clareza onde o conceito de "decisão" entra em ação: utiliza-se a noção de probabilidades de transição – elas são dadas pela sua fórmula [23], (1) que é derivada de [21]. Este é exatamente o ponto que nos interessa aqui: o objetivo de toda a nossa discussão foi mostrar a inadequação da afirmação de que as intensidades das ondas de fótons φ e ψ são probabilidades (de transição ou de decisão – esta é apenas uma diferença de terminologia), e procurar o processo físico que torna essas ondas incoerentes.

("Sobre o processo de medição na mecânica quântica", Filosofia da Ciência , 16 , 1949, pp. 269-278 ( PDF )

Nos primórdios de uma abordagem racional aos fenômenos naturais, deparamo-nos com uma ideia bastante moderna: a teoria atômica, desenvolvida na Antiguidade, que formou a base de uma visão de mundo filosófica , como a chamaríamos hoje. Seu criador foi Demócrito, um pensador solitário, incompreendido por quase nenhum de seus contemporâneos, considerado um louco por seus vizinhos e concidadãos. Demócrito teve seus precursores filosóficos, e houve alguns sucessores que tentaram desenvolver suas ideias. Mas, essencialmente, a filosofia atômica da Antiguidade era inteiramente sua.

Passamos a aceitar sua doutrina com tanta naturalidade que mal percebemos sua grande audácia intelectual. Demócrito ensinava que toda a matéria — ainda usamos o termo hoje, mas o próprio conceito de matéria foi definido pela primeira vez através das ideias de Demócrito — consiste em inúmeras partículas minúsculas, que ele considerava imutáveis, portanto indestrutíveis e intransferíveis. Ao se moverem pelo espaço vazio, colidindo e exercendo uma ação mecânica umas sobre as outras, essas partículas dão origem ao que deveria ser considerado o mundo real e objetivo; nossos sentidos rudimentares nos fornecem apenas uma imagem turva, imprecisa e complexamente velada desse mundo objetivo de átomos indestrutíveis.

Quando Demócrito, em sua solidão, desenvolveu essas ideias, a antiga visão mitológica do mundo ainda era aceita por seus contemporâneos, que simplesmente balançavam a cabeça em sinal de desaprovação. Eles ainda acreditavam em demônios, ninfas, semideuses e outros seres mitológicos, aos quais atribuíam a intervenção arbitrária de todos os fenômenos naturais mais evidentes. Em sua filosofia atômica, Demócrito expôs pela primeira vez a grande ideia de uma natureza governada por leis. Essencialmente, ele foi o fundador e primeiro defensor do pensamento científico.

Assim como outras conquistas intelectuais da Antiguidade, a filosofia atômica foi quase completamente esquecida por muitos séculos. Mas, na época do Renascimento, quando o espírito ocidental buscou nova inspiração na herança cultural da Antiguidade, a antiga filosofia atômica foi redescoberta. Ela se tornou uma fonte fecunda de ideias científicas.

Nos séculos que se seguiram, quase todos os nossos físicos obtiveram orientações significativas da teoria atômica. A história da química seria dificilmente concebível sem a noção de átomos. Pois, quando homens como Boyle e Dalton se esforçaram para emergir da confusão das doutrinas alquímicas, nas quais os fatos da experiência eram envoltos e quase totalmente ocultos pelo pensamento mitológico, simbólico e alegórico, o conceito de átomo foi o fio condutor que os guiou para fora do labirinto, rumo a ideias claras sobre a natureza dos processos químicos. No campo da física, a teoria atômica provou ser particularmente frutífera quando os fenômenos térmicos estavam sendo investigados durante a era da máquina a vapor. Com a ajuda de brilhantes análises matemáticas, Maxwell na Inglaterra, Boltzmann na Alemanha e Gibbs na América demonstraram que o calor é um movimento oculto e estatisticamente irregular dos átomos infinitesimais que constituem a matéria.

Mas, apesar do notável sucesso da teoria atômica na física e na química, alguns físicos e químicos de destaque no início do século XX a criticaram duramente. Eles apontaram que, após quase dois mil anos de especulação, não havia nenhuma prova realmente convincente da existência de átomos. Admitiram que a hipótese atômica havia fornecido inúmeras ideias frutíferas, mas insistiram que ela nunca havia sido comprovada de forma conclusiva. Ninguém conseguiu refutar a alegação de que toda a teoria atômica provavelmente não passava de uma especulação ociosa e uma antiga falácia, e, consequentemente, os resultados obtidos com base nela poderiam muito bem ser ilusórios.

Essa era a situação no início do nosso século: apesar de tudo o que a teoria atômica havia conquistado desde o Renascimento, ninguém podia afirmar com certeza que algo como átomos existisse. Não é de se admirar que esses críticos mais francos tenham gerado pânico entre seus colegas; os próprios fundamentos da física e da química, que por séculos haviam sido considerados sólidos, pareciam ter sido abalados.

E, no entanto, essa crítica provou ser benéfica. Grandes mentes trouxeram novo entusiasmo para o que se tornara o problema crucial da física: provar a realidade dos átomos; conceber experimentos que demonstrassem irrefutavelmente que os átomos de fato existem.

Como sabemos, esse problema foi resolvido. Não podemos relatar em detalhes como os físicos do nosso século conseguiram penetrar no reino dos átomos, como abriram caminho até essa camada profunda e oculta da realidade material. Uma das provas cruciais, em todo caso, foi obtida por Einstein, que descobriu que certos dados experimentais até então negligenciados ("movimento browniano") davam suporte inquestionável à teoria desenvolvida por Maxwell, Boltzmann e Gibbs de que o calor era simplesmente o movimento de incontáveis átomos infinitesimais.

Outra conquista importante foi a descoberta do elétron, que se deu em várias etapas, sendo a mais importante a investigação dos raios catódicos.

Mas a investigação sobre a realidade do átomo, realizada no início do nosso século, fez muito mais do que provar que Demócrito estava certo. Ela também nos proporcionou um conhecimento profundo dos átomos. À medida que os físicos de hoje exploravam essa camada oculta, um mundo completamente novo se abriu diante deles — e a ciência colheu os frutos mais valiosos de toda a sua história. Não só a existência dos átomos, posta em dúvida por autoridades renomadas há apenas cinquenta anos, foi comprovada com segurança, como também todo o universo dos átomos foi explorado e elucidado a fundo; seus segredos foram revelados, seus enigmas, solucionados.

Muitos cientistas brilhantes compartilham a glória dessas descobertas. E, de fato, parece que a física atraiu uma parcela considerável das mentes mais brilhantes de nossa época. Os nomes são tão numerosos que não podemos começar a mencioná-los todos. Basta dizer que Lord Rutherford alcançou resultados que marcaram época ao investigar a estrutura do átomo. Pois o que hoje chamamos de átomo possui uma estrutura; não é, de forma alguma, um componente fundamental e simples da matéria. Habitualmente, chamamos a menor unidade de um elemento químico de átomo. Mas descobriu-se que esses átomos são compostos. Denominamos seus componentes fundamentais de "partículas elementares" — e são essas unidades fundamentais da matéria que correspondem à concepção de "átomos" de Demócrito.

A matéria de todos os elementos químicos consiste em três tipos de partículas elementares: elétrons, prótons e nêutrons. A estrutura de um átomo — considerando o conceito no sentido moderno — pode ser descrita da seguinte forma: no centro encontra-se o núcleo atômico, muito menor, composto por prótons e nêutrons. Quase toda a massa do átomo está contida nesse núcleo. Mas o volume do átomo é constituído quase inteiramente por seus elétrons, embora estes representem menos de um milésimo de sua massa. Quando os átomos se combinam para formar moléculas por meio de processos químicos, os núcleos dos átomos envolvidos permanecem totalmente inalterados; certas mudanças ocorrem apenas nas relações entre os elétrons. Esse fato está de acordo com a lei fundamental da química de que, em todas as reações químicas, as quantidades dos elementos envolvidos permanecem inalteradas — pois a natureza química de um átomo é condicionada pela estrutura de seu núcleo (ou, mais precisamente, pelo número de prótons no núcleo).

Até aqui tudo parece perfeitamente simples, embora esses resultados aparentemente simples tenham exigido cálculos e experimentos extremamente engenhosos e meticulosos. Mas o que é realmente impressionante na pesquisa atômica moderna é o seguinte: ela revelou leis naturais de uma ordem completamente diferente daquelas investigadas anteriormente no mundo dos corpos maiores e mais rudimentares. O primeiro indício das condições totalmente novas que permaneceram desconhecidas por tanto tempo no substrato inacessível do mundo atômico foi detectado por Max Planck no início do nosso século. Comparada com as conclusões que foram posteriormente derivadas dela, a descoberta de Planck foi apenas um primeiro passo. Mas foi o passo decisivo. Com ela, a física trilhou caminhos totalmente novos e insuspeitos.

A chamada teoria quântica de Planck formulou a lei natural que rege as reações peculiarmente descontínuas de átomos, elétrons, prótons e assim por diante. Ela foi adotada pelos principais físicos de nosso tempo, que a ampliaram e, por meio dela, alcançaram triunfos notáveis. O desenvolvimento da teoria quântica, indissoluvelmente ligado às descobertas atômicas que possibilitou, nos impressiona como o evento mais marcante da história da física desde 1900. A teoria da relatividade de Einstein, embora não diretamente relacionada à teoria quântica, também contribuiu consideravelmente para os físicos que buscavam solucionar os enigmas suscitados pelos saltos quânticos, pelas reações contínuas dos átomos. Pois o exemplo de Einstein os encorajou a uma ousadia de pensamento sem precedentes. Além disso, o próprio Einstein fez contribuições revolucionárias para a teoria quântica. E as grandes descobertas de outros pesquisadores nessa área — aqui podemos mencionar apenas Niels Bohr e Werner Heisenberg — trouxeram resultados surpreendentes.

O mundo atômico reservava muitas surpresas. E a mais estranha de todas foi a descoberta de que o princípio da causalidade , princípio básico de toda a ciência até então, não se aplicava mais a esse domínio, sendo substituído por leis estatísticas gerais. Os físicos quânticos só chegaram a essas conclusões abrangentes depois que os problemas relacionados aos quanta atômicos foram resolvidos de forma tão clara e conclusiva que não deixaram margem para dúvidas. O pensamento científico havia entrado em uma nova era. Desde Demócrito, não se via uma revolução tão grande nas ideias científicas.

Se hoje nos lembramos de Demócrito, é porque estamos em melhor posição do que nunca para apreciar a estatura imponente desse pensador solitário. Não há caso semelhante em toda a história da ciência: um visionário muito à frente de seu tempo apresenta uma teoria que só pode ser comprovada mais de dois mil anos depois; mas então ela é confirmada. E, nesse ínterim, essa teoria influenciou, inspirou e moldou todo o pensamento científico.

Mas a nossa época atual, que confirmou a teoria atômica, marca também o fim da era científica dominada pelas ideias de Demócrito. Por um lado, estabelecemos a realidade dos átomos, provando de uma vez por todas que Demócrito estava certo; por outro lado, a investigação dos quanta atômicos demonstrou que as leis que governam o mundo atômico são de natureza completamente diferente daquela que Demócrito e seus sucessores supunham. A superação do princípio da causalidade caracteriza este século como um ponto de virada incomparável no desenvolvimento do pensamento humano.

Em 1927, os físicos quânticos, superando dificuldades gigantescas, haviam resolvido todos os problemas básicos relacionados aos invólucros eletrônicos dos átomos. Desde então, vastos esforços têm sido dedicados aos núcleos atômicos.

Em pouco tempo, um novo ramo da física surgiu a partir de pequenos começos. Em termos de fundamentos, a física nuclear não registrou avanços tão revolucionários quanto a investigação anterior dos invólucros eletrônicos dos átomos. Mas todos sabemos que as aplicações técnicas da física nuclear não foram menos revolucionárias do que as descobertas teóricas da física quântica. Ambos os aspectos da atividade científica, a penetração teórica que leva a insights mais profundos e o domínio prático da natureza por meio da exploração técnica desses insights, foram prodigiosamente realizados nesses desenvolvimentos modernos. Nesta retrospectiva do passado remoto e recente, buscamos obter uma compreensão mais profunda de nossa própria época. Hoje, o mundo está tomado pela ansiedade diante das terríveis possibilidades de uma guerra atômica. Mas, ao mesmo tempo, a transformação ocorrida em nossa visão científica do mundo nos oferece material para reflexão em linhas completamente diferentes. Na era inaugurada por Demócrito, nosso pensamento científico foi forçado a assumir uma posição filosófica definida. Mas, nos últimos anos, a perigosa unilateralidade de uma visão mecanicista da natureza, como a proposta por Demócrito, tornou-se evidente. A grande virada no conhecimento científico que estamos vivenciando hoje abre novas perspectivas para nossa reflexão sobre os problemas da natureza e do homem, do mundo e de Deus.

O telescópio e o microscópio foram inventados na Holanda, quase simultaneamente, na virada do século XVII. O telescópio nos revelou as distâncias cósmicas; todo o desenvolvimento moderno da astronomia, que nos levou tão além do sistema planetário, seria inconcebível sem ele. O microscópio, por sua vez, permitiu-nos desvendar os segredos dos pequenos corpos naturais. Além das menores e mais delicadas estruturas visíveis a olho nu, existem outras ainda menores que emergiram gradualmente de seu ocultamento desde a invenção do microscópio. Anton van Leeuwenhoek, nascido em Delft em 1652, explorou durante cinquenta anos esse mundo miraculoso dos corpos microscópicos, revelando novas surpresas a cada passo. E ele reconheceu que a natureza em nenhum outro lugar revela formas tão diversificadas, engenhosas e regulares como no mundo da vida orgânica — tanto nos organismos maiores, cuja estrutura detalhada ele começou a investigar, quanto nos minúsculos organismos que descobriu ao microscópio e cujos movimentos "encantadores" lhe proporcionavam tanto prazer.

Desde então, microscópios muito melhores e mais precisos foram desenvolvidos, e cada avanço óptico permitiu aos biólogos descobrir estruturas menores nos organismos. Nesse aspecto, a natureza orgânica difere notavelmente do mundo inorgânico: a matéria morta de um cristal bem desenvolvido revela um alto grau de uniformidade, perturbado apenas por pequenas irregularidades acidentais. Mas, quando examinamos de perto os organismos vivos, cada fragmento, por menor que seja, revela novos e engenhosos detalhes estruturais.

Nos últimos anos, o microscópio eletrônico desenvolveu um poder de ampliação muito maior do que o de qualquer microscópio óptico; e, mais uma vez, quase como na época de Leeuwenhoek, um novo domínio de estruturas orgânicas ainda menores se abriu para nós. Mas sabemos que mesmo as menores partículas orgânicas agora perceptíveis envolvem outros enigmas estruturais; a vida orgânica é engenhosamente articulada até o nível das moléculas e dos átomos.

A incrível complexidade de uma célula viva é revelada não apenas pelo exame microscópico; ela se manifesta, talvez ainda mais surpreendentemente, nos fatos da hereditariedade. Em todos os casos, um número enorme de características hereditárias deve estar contido em uma única e minúscula célula germinativa. Sabemos hoje que o núcleo da célula germinativa é o portador da hereditariedade; a genética moderna nos levou a desvendar a surpreendente complexidade e a regularidade do processo hereditário.

O estudo da hereditariedade foi combinado com o estudo das mutações para formar uma única ciência de impressionante importância. Essa nova ciência da genética é inteiramente uma conquista do nosso século XX. Pois foi em 1900 que as leis da hereditariedade, anteriormente investigadas por Mendel, mas ignoradas por seus contemporâneos, foram redescobertas. A nova ciência da genética iniciou sua trajetória fabulosa justamente quando Max Planck fazia sua grande descoberta, que desempenhou um papel tão vital no desenvolvimento da física atômica.

As leis de Mendel foram apenas o começo, a porta de entrada para esta nova ciência que, em grande parte, revelou as complexidades do processo hereditário e as leis que regem seu funcionamento. Dois homens escolhidos aleatoriamente, que por acaso não são gêmeos idênticos, diferem em centenas de características herdadas; mas, é claro, muito maior é o número de características herdadas que são comuns a esses dois homens, mas que os distinguem dos vários representantes do reino animal. O mecanismo da hereditariedade, que reside no núcleo de uma célula germinativa, deve ser fantasticamente complexo para incorporar todas essas características hereditárias, apesar de sua pequenez. Investigar e decifrar esse mecanismo vastamente intrincado, invisível a olho nu, representou um grande desafio para a inquieta mente humana.

Os geneticistas concentraram seus principais esforços na observação de um único objeto, uma pequena espécie de mosca conhecida como Drosophila, e os impressionantes resultados obtidos se deveram em grande parte a esse método astuto. É claro que muitos outros objetos, tanto animais quanto vegetais, foram examinados; essa era a única maneira de garantir que as leis da hereditariedade fossem abrangentes, que fossem válidas para toda a vida orgânica. Mas, como, apesar da universalidade dessas leis, cada espécie animal e vegetal apresenta suas próprias peculiaridades altamente complexas, uma compreensão completa da hereditariedade e de suas eventuais alterações, ou mutações, só poderia ser alcançada se vários cientistas competentes se concentrassem em uma única espécie que fosse particularmente adequada para investigação.

Um experimento em genética só pode ser conclusivo se um grande número de indivíduos for criado e examinado; somente então os resultados estatísticos podem fornecer respostas confiáveis para as muitas questões complexas envolvidas. Geneticistas de todo o mundo criaram centenas de milhões de drosófilas e examinaram cada indivíduo separadamente. O resultado é que hoje temos uma imagem detalhada do mecanismo que rege a hereditariedade. O núcleo da célula contém os chamados cromossomos, filamentos em forma de espiral compostos por inúmeros genes, que se alinham em cadeias. Cada gene individual é o portador de uma única característica hereditária: cada gene é um catalisador que possibilita a produção de certas enzimas no processo vital da célula; e essas enzimas, por sua vez, são catalisadores que determinam e regulam processos muito complexos que ocorrem quando um novo organismo se desenvolve a partir da célula germinativa fertilizada. Antes que a célula germinativa se divida em duas, como acontece no processo de crescimento, o número de cromossomos dobra; assim, cada uma das duas novas células recebe seu conjunto completo de genes que orientam seus processos vitais.

Essa duplicação dos cromossomos faz com que as novas células sejam cópias exatas da célula parental, garantindo assim a transmissão fiel das características hereditárias. Mas um gene pode ocasionalmente sofrer uma pequena alteração repentina, que chamamos de mutação. A forma alterada, mutada, é então duplicada; a alteração ocorrida no gene é herdada — surge uma nova característica hereditária.

Essas mutações, naturalmente, atraíram muita atenção entre os geneticistas; se não houvesse mutações, a ciência da genética não seria possível, pois é somente a existência de indivíduos hereditariamente diferentes que nos permite realizar cruzamentos e, assim, investigar as leis da hereditariedade. Todas as diferenças hereditárias resultam, em última análise, de mutações nas células germinativas. E todo o desenvolvimento da vida orgânica ao longo de milhões de anos só foi possível graças a mutações que aumentam a complexidade da célula germinativa, dando origem a formas e espécies mais complexas e superiores.

Mutações ocorrem em todas as espécies animais e vegetais. Mas, em geral, são muito raras e exigem extrema atenção para serem observadas. Foi um grande avanço para a genética quando Muller, ganhador do Prêmio Nobel, descobriu que a frequência de mutações em Drosophila podia ser aumentada consideravelmente por meios artificiais. Quando as moscas são submetidas a raios X, as mutações se tornam mais frequentes. Isso se aplica, é claro, não apenas às moscas, mas também a todas as outras espécies cujas células germinativas são atingidas pela radiação, e é por isso que é perigoso para os seres humanos trabalharem com raios X por períodos prolongados, a menos que medidas de proteção rigorosas sejam tomadas.

Naturalmente, a possibilidade de induzir mutações por radiação foi muito bem-vinda pelos geneticistas, em parte porque lhes fornecia material mais abundante para experimentos e em parte porque lhes permitia estudar o próprio processo de mutação mais de perto e obter novas informações sobre a natureza dos genes. Nesse sentido, importantes descobertas foram feitas por Timofeeff-Rossovsky, o geneticista russo que viveu muitos anos na Alemanha. Ele descobriu que uma mutação pode ser induzida em um gene se um único elétron for removido dele.

Isso deixa claro que o gene individual é uma estrutura extremamente fina. Na verdade, devemos concebê-lo como uma única molécula — uma molécula muito grande, é claro, contendo muitos milhares, talvez centenas de milhares de átomos, mas em todo caso uma única molécula — com uma arquitetura muito definida, um edifício de átomos maravilhosamente desenvolvido, no qual nenhum detalhe pode ser alterado sem causar uma mutação e uma mudança na característica hereditária correspondente.

Mais claramente do que o exame microscópico, essas considerações mostram que a vida orgânica é tão finamente estruturada quanto a possibilidade física permite. E aqui temos uma percepção fundamental. Para entender isso, precisamos nos voltar por um momento para a outra grande conquista científica do nosso século: a exploração dos átomos e suas reações. As duas novas ciências, como já mencionei, foram inauguradas simultaneamente: tanto a genética moderna quanto a física atômica moderna datam do início do nosso século.

É verdade que a noção de átomo como tal é muito mais antiga; foi elaborada na Antiguidade por Demócrito. Mas, embora a doutrina de Demócrito tenha guiado todo o desenvolvimento da ciência ocidental a partir do Renascimento, ainda havia divergências entre os físicos em 1900 sobre se deveríamos levar o conceito de átomo a sério. Foi somente em nosso século que a realidade dos átomos foi comprovada de forma convincente, que essas estruturas infinitesimais básicas da matéria foram investigadas experimentalmente.

Mas esse avanço provocou uma mudança profunda — e totalmente inesperada — em nossa visão da natureza. Até o século XX, os cientistas tinham uma concepção muito definida de lei natural, uma concepção formulada inicialmente na filosofia atômica de Demócrito. O exemplo a seguir pode servir para ilustrá-la.

Os movimentos dos planetas e suas luas são tais que podemos prevê-los: eclipses solares, eclipses lunares e todo o movimento dos outros planetas e luas podem ser calculados antecipadamente pelo astrônomo. Aqui, portanto, não há possibilidade de eventos surpreendentes e imprevistos; tudo opera com a precisão de um relógio. O curso das coisas é predeterminado e imutável. Qualquer pessoa familiarizada com as leis naturais envolvidas pode calcular antecipadamente o que acontecerá.

A visão de Demócrito sobre a natureza nos levou a supor que todos os processos naturais eram regidos por tal necessidade que toda a natureza operava como uma máquina. Pois Demócrito ensinava que a natureza, vista em sua realidade objetiva, sem a interferência de nossos órgãos sensoriais inadequados, consiste em uma multiplicidade de átomos movendo-se no espaço vazio. Ele concebia esses átomos como corpos minúsculos que, assim como os enormes corpos celestes, estão sujeitos às leis da mecânica. Assim, de acordo com as leis da natureza, cada átomo deve realizar um movimento predeterminado e, como o sistema planetário, o sistema total desses átomos está sujeito a uma necessidade imperativa. A natureza como um todo e em cada detalhe infinitesimal move-se como um relógio, como uma máquina.

Não podemos negar que essas ideias de Demócrito representaram uma grande e frutífera conquista. Numa época em que a antiga visão mitológica da natureza ainda estava muito presente, Demócrito elaborou sua imagem de uma natureza regida por leis, uma imagem tão profunda que os cientistas de dois milênios o seguiram na convicção de que todos os processos naturais são predeterminados e que não há exceções ou lacunas nesse determinismo.

Mas agora que finalmente aprendemos a observar o reino dos átomos e a reconhecê-los como realidades, não podemos mais deixar que nossa imaginação decida como esses átomos são constituídos e segundo quais leis eles reagem. Confrontamos a realidade e devemos aceitar o que ela nos mostra.

O resultado é uma surpresa quase avassaladora: as leis naturais que governam o reino dos átomos não preveem um determinismo inquebrável; elas são tão completamente diferentes de tudo o que a imaginação humana poderia ter esperado, que justificam a afirmação de Heisenberg, o eminente físico, de que a física dos átomos e dos quanta refutou definitivamente o princípio da causalidade.

Contudo, essas leis são perfeitamente claras e exatas; porém, são leis estatísticas, que determinam apenas a reação média de grandes quantidades de átomos, enquanto, dentro desse quadro, cada átomo individual permanece inalienavelmente livre e imprevisível. Se, por exemplo, tivermos diante de nós um miligrama de átomos de rádio — um miligrama compreende inúmeros átomos — a lei natural determina quantos deles se desintegrarão no próximo segundo; pois essa é uma questão estatística, uma questão que se aplica ao processo de massa. Mas se considerarmos um único átomo de rádio, a lei deixa em aberto quando esse único átomo se desintegrará — talvez hoje, talvez daqui a milhares de anos. E não é a ignorância humana que torna essa previsão impossível. É objetivamente incerto quando a desintegração ocorrerá; a lei natural, como tal, estabelece apenas decretos estatísticos para os átomos.

À primeira vista, essa descoberta no campo da física não tem nada a ver com biologia. Mas, considerada em conjunto com ela, as descobertas da genética abrem perspectivas totalmente inesperadas. Quando ocorre uma mutação no gene de uma célula germinativa, trata-se de um evento de consequências de longo alcance: com base nessa mutação, o organismo que se desenvolve a partir da célula germinativa pode desviar-se materialmente da forma que assumiria de outra forma; para o organismo, essa mutação tem importância crucial e pode mudar completamente sua vida. Mas as pesquisas em genética nos ensinaram que o gene no qual a mutação ocorreu é apenas uma única molécula. Se considerarmos isso à luz do que acabamos de dizer sobre o mundo dos átomos, fica claro que nossa mutação está fora do curso mecânico dos eventos naturais; considerada como uma ocorrência individual no âmbito da física atômica, ela não é predeterminada .

Assim, a grande descoberta da física atômica, a descoberta de processos naturais que não estão sujeitos à necessidade mecânica, estende-se à biologia; a nova visão da natureza à qual chegamos por meio da física moderna conduz nosso pensamento por caminhos inteiramente novos.

O materialismo científico, que se tornou uma das forças intelectuais mais poderosas do mundo moderno, iniciou sua marcha triunfal na segunda metade do século passado. Ernst Haeckel, como um dos principais cientistas a professar a filosofia materialista, foi seu propagandista de maior sucesso.

Mas as doutrinas do materialismo científico são historicamente muito mais antigas. Elas começam com a filosofia atômica de Demócrito; e foram plenamente desenvolvidas no mundo ocidental há duzentos anos, quando o médico e filósofo La Mettrie publicou seu livro sensacional, L'homme machine — "O Homem é uma Máquina".

Com lógica implacável, La Mettrie extraiu as consequências da visão de natureza concebida por Demócrito, que parecia encontrar crescente confirmação à medida que a investigação científica avançava. A essência dessa visão é que todos os eventos na natureza são prescritos e predeterminados por lei, e que esse determinismo é completo e inquebrável. De fato, observamos tal predeterminação nos movimentos do sistema planetário; e o cálculo dos movimentos planetários, particularmente por Newton, contribuiu muito para encorajar e impulsionar o pensamento científico. Todos os triunfos da física e da química até o final do século passado fortaleceram a convicção, nascida nos tempos de Demócrito, de que a lei natural é sinônimo de determinismo inquebrável.

La Mettrie aceitou essa visão da lei natural. Levando-a às suas últimas consequências lógicas, inevitavelmente passou a considerar o homem como uma máquina ou uma engrenagem em uma máquina. Convencido de que o homem não estava isento da validade das leis naturais, concluiu que toda ação humana é absolutamente determinada pelos eventos que a precederam e que não há interrupção nessa cadeia de determinação. Cada átomo está sujeito à lei, seja ele um componente de uma pedra inanimada ou de um cérebro humano; cada átomo do corpo humano deve, portanto, mover-se de acordo com uma necessidade mecânica inabalável; seu comportamento, como o movimento dos planetas, é como um relógio e predeterminado. Como um homem agirá, o que dirá, qual expressão facial assumirá, tudo isso é determinado pela mecânica dos átomos que compõem seu corpo.

A doutrina de La Mettrie contém o cerne da visão materialista da natureza. Se quisermos saber o que é o materialismo científico, basta lermos este livro, publicado em 1748, pois nele os princípios fundamentais do materialismo são expostos com a máxima clareza. É certo que essas doutrinas não obtiveram ampla aceitação até muito mais tarde, na época de Haeckel; mas neste livro elas são plenamente formuladas. Toda a natureza é predeterminada, uma gigantesca engrenagem; o homem é parte dessa engrenagem, ele também é um mecanismo, uma máquina — essa é a essência da filosofia materialista.

Quando Demócrito desenvolveu sua filosofia atômica, ele negou os deuses pagãos: o mundo que ele descreveu, um mundo no qual os átomos se movem segundo suas próprias leis mecânicas, não deixava espaço para a intervenção de deuses e demônios. Quando La Mettrie, seguindo os passos de Demócrito, definiu a visão materialista da natureza, ele negou o Deus criador da religião cristã; negou também a alma humana e a liberdade da vontade humana. Uma natureza que opera segundo leis mecânicas não sofre intervenção do poder criador; o homem concebido como uma máquina não possui livre-arbítrio.

É perfeitamente compreensível que uma onda de irreligião tenha varrido o mundo depois que as descobertas de Darwin demonstraram que o desenvolvimento da vida orgânica é um processo regido pelas leis da natureza. Mesmo sem o materialismo fervoroso de Haeckel, muitos homens teriam chegado à mesma conclusão.

Foi somente em nosso século que essa visão democritiana da natureza foi substituída por algo muito diferente. A visão de mundo de Demócrito era produto de uma imaginação audaciosa e de um pensamento filosófico penetrante; ela guiou e frutificou a ciência natural por dois mil anos, porque continha verdades profundas. Contudo, em pontos cruciais, mostrou-se não apenas inadequada, mas também enganosa. A nova visão da natureza que surgiu em nosso século não é produto de invenção humana, mas sim encontrada na realidade. O antigo conceito de lei natural era muito restrito e especializado. É verdade que existe tal legalidade na natureza, e ela é muito importante. Mas nem tudo é governado por leis desse tipo, por leis naturais que determinam o curso dos eventos em cada detalhe. Somente a observação, somente grandes corpos e quantidades de matéria, constituídos por um número imenso de átomos, revelam um determinismo aparentemente perfeito e inabalável, porque as leis estatísticas fixam completamente o evento médio. Mas quando observamos com mais atenção os átomos individuais que compõem os grandes corpos e quantidades de matéria, encontramos, por todos os lados, decisões individuais livres que não são determinadas pela lei natural.

Essa visão modificada da natureza amplia o escopo da biologia. Fatores essenciais no processo biológico, como a ocorrência de mutações, revelam-se atos de decisão fora de qualquer mecanismo predeterminado. A vida orgânica participa, portanto, da mesma liberdade e espontaneidade que os físicos encontraram na essência da existência material.

Isso invalida o fundamento científico da tese de La Mettrie de que o homem é uma máquina. A própria base da doutrina materialista revela-se uma falácia resultante de uma concepção restrita e obsoleta de lei natural.

Foi somente cento e cinquenta anos depois que as ideias de La Mettrie foram amplamente divulgadas por Haeckel e influenciaram criticamente as crenças de um grande número de pessoas. E levará muito tempo até que as novas descobertas de hoje se tornem conhecimento comum, até que possam exercer seu pleno efeito sobre as ideias e atitudes dos homens. Hoje, faríamos bem em ser cautelosos ao julgar as implicações filosóficas do novo conhecimento, para evitar antecipar o futuro. Mas, mesmo assim, não podemos deixar de sentir que nossa época alcançou descobertas monumentais que marcam o fim de um desenvolvimento intelectual que vinha ocorrendo há dois mil anos e que guiarão nosso pensamento para novos rumos. Do ponto de vista intelectual, a refutação científica do materialismo é certamente uma conquista tão extraordinária quanto a invenção da bomba atômica.

Podemos então afirmar que a tentativa de provar que o homem é uma máquina, de negar-lhe o livre-arbítrio, foi refutada pelos próprios fatos científicos. Mas isso ainda não resolve o problema que a teoria da evolução de Darwin levanta para o homem religioso. É um problema que não deve ser evitado, mas sim considerado com toda a seriedade.

Agora sabemos que o comportamento de um organismo individual — seja animal ou humano — não é determinado exclusivamente pela necessidade mecânica; não podemos mais, como La Mettrie, proibir a alma ou a vontade de intervir nos movimentos fixos e predeterminados dos átomos do corpo. Mas e a longa história da vida orgânica na Terra, o curso do desenvolvimento que, em milhões de anos, trouxe à luz a nossa atual riqueza de formas a partir dos humildes organismos unicelulares Se nos restringirmos à verdade científica, devemos encarar essa vasta história do desenvolvimento orgânico como mecanicamente condicionada e determinada, como um processo autossuficiente, fechado à intervenção de qualquer criador Ou podemos, mais uma vez, encontrar lacunas na cadeia de determinação e demonstrar que eventos fora do âmbito da necessidade mecânica são imprescindíveis para o desenvolvimento em si?

Esta é uma questão estritamente científica que deve ser resolvida independentemente de pressupostos filosóficos. Mas nossa resposta terá implicações tanto filosóficas quanto científicas. É claro que não podemos esperar que o cientista prove que a filogenia, a história do desenvolvimento orgânico, é independente de um criador ou que a mão divina definitivamente interveio nela. As duas possibilidades científicas são estas: ou, como se acreditava anteriormente, o curso da filogenia é uma questão de necessidade mecânica; ou então a história do desenvolvimento orgânico é condicionada por eventos que comprovadamente estão fora do alcance da determinação mecânica.

Caso a investigação nos leve à segunda dessas conclusões, um homem religioso poderia, sem entrar em conflito com a ciência, considerar esses "eventos fora do âmbito da determinação mecânica" como uma intervenção criativa.

A natureza estatística das leis que agora nos foram reveladas torna difícil dar respaldo científico a essa segunda resposta. Mesmo que devamos conceder ao organismo individual certa liberdade para tomar decisões imprevisíveis, essas decisões permanecem dentro da estrutura da lei estatística; assim que consideramos numerosos organismos, como uma grande manada de animais, o comportamento médio será prescrito pelas leis estatísticas; a liberdade individual de decisão será subjugada pela massa estatística. Será que, então, os destinos dos maiores grupos existentes de animais ou plantas semelhantes, ou seja, a espécie como um todo, devem ser governados quase que inteiramente por uma necessidade predeterminada?

Se isso não for verdade, é porque os eventos mais insignificantes na atividade reprodutiva de plantas e animais podem se multiplicar como bolas de neve e produzir efeitos tremendos. Uma determinada mutação, que dá a um organismo uma vantagem considerável sobre o resto de sua espécie, precisa ocorrer apenas uma vez, e é possível que esse único organismo se multiplique estupendamente, dando origem a uma nova espécie superior que se afirmará no palco da história filogenética e afetará seu curso por milhões de anos.

Mas será que esses casos realmente existem Os cientistas que estudam a Drosophila sabem que, nessa espécie, certas mutações ocorrem repetidamente. Entre um milhão de moscas que se reproduzem, encontramos uma frequência muito definida e estatisticamente calculável de descendentes mutantes; essa frequência, é claro, é predeterminada. Como já dissemos, ela pode ser influenciada experimentalmente por raios X, e esse efeito também é determinado por lei.

Essas mutações frequentes, cuja frequência as torna sujeitas às leis estatísticas, desempenham um papel importante no desenvolvimento filogenético; os esforços modernos para fornecer uma base sólida para a teoria da seleção natural de Darwin e para defini-la mais precisamente baseiam-se em todo o conhecimento da genética moderna.

Mas agora devemos perguntar: existem também casos de mutações extremamente raras, que ocorreram apenas algumas vezes ao longo dos milhões de anos de vida de uma espécie, com todos os inúmeros indivíduos que isso representa, ou que talvez tenham ocorrido apenas uma vez?

Esta é apenas a primeira metade da pergunta; a outra metade virá a seguir. Mas primeiro, convém observar que esta primeira metade da pergunta se dirige não tanto ao biólogo, mas ao físico, ao estudioso de moléculas e quanta. E o físico pode dar uma resposta muito simples: É certo que as várias mutações ocorrerão com todos os graus de frequência imagináveis; também devem existir mutações muito raras, incluindo aquelas que ocorrem apenas uma vez em toda a história de uma espécie.

E agora surge a segunda parte da questão: podemos afirmar e provar — ou ao menos presumir — que mutações tão raras desempenharam um papel decisivo na história filogenética da vida É certamente uma possibilidade teórica; mas em uma questão tão importante, não devemos julgar precipitadamente — provas concretas são necessárias.

Ainda não podemos provar essa hipótese. Podemos apenas afirmar que, por ora, nada a refuta, enquanto diversos fatos a corroboram. Considere, por exemplo, a estranha experiência dos fruticultores americanos que tentavam combater certas pragas de insetos com veneno. De repente, uma nova cepa de insetos imune ao veneno surgiu e se espalhou por uma vasta região. Se analisarmos as observações registradas na época, encontraremos razões substanciais para supor que essa nova cepa de insetos se desenvolveu a partir da prole de um único indivíduo — que a mutação que produziu a nova cepa ocorreu apenas uma vez em várias décadas, entre milhões ou bilhões de indivíduos.

A este exemplo poderíamos acrescentar vários outros, igualmente favoráveis à nossa hipótese — mas a decisão científica sobre esta importante questão fica para o futuro. Há apenas um ponto em que podemos ter quase certeza da veracidade da nossa hipótese.

Na primeira seção deste capítulo, acompanhamos a história da vida orgânica até um passado remoto. Vimos a Terra como era há 500 milhões de anos. A vida orgânica, então, limitava-se às águas; as plantas ainda não haviam se desenvolvido além do estágio de algas marinhas; o mundo animal era representado pelos trilobitas arcaicos, enquanto os vertebrados eram totalmente inexistentes. Quando olhamos ainda mais para trás no passado e tentamos investigar épocas anteriores ao Cambriano, os vestígios fósseis tornam-se cada vez menos frequentes. Mesmo assim, deve ter havido um longo período de desenvolvimento orgânico antes do Cambriano; as criaturas que viviam naquela época eram muito primitivas e simples em comparação com as espécies posteriores, mas eram complexas o suficiente para pressupor uma longa história precedente que abrange milhões de anos. A investigação desses desenvolvimentos iniciais exerce um fascínio irresistível. Pois quanto mais fundo penetramos no passado nebuloso, mais nos aproximamos daquele evento misterioso que constituiu o ponto de partida de todo o desenvolvimento orgânico em nossa Terra: a origem da própria vida.

A análise dessas questões ocupará parte da nossa última seção; e, nesse contexto, retornaremos à questão que acabamos de discutir. Mas ainda devemos considerá-la como uma hipótese — fortemente apoiada, mas não definitivamente comprovada — de que a filogenia, a história do desenvolvimento da vida orgânica em nosso planeta, foi afetada e guiada em pontos decisivos por eventos que estão fora do alcance da determinação mecânica. Se futuras pesquisas científicas comprovarem definitivamente essa hipótese, poderemos afirmar que criação e evolução não são mais conceitos conflitantes e antitéticos — que um religioso pode aceitar plenamente a teoria darwiniana e ainda assim reconhecer a atuação do Criador no maravilhoso desenvolvimento que ocorreu ao longo de milhões de anos da história da Terra.