Roger Penrose acredita que novos fenômenos físicos, ainda não observados, podem ser responsáveis pela consciência e pelo livre-arbítrio .

Em particular, ele desenvolveu uma teoria da gravidade quântica "correta" ( CQG ), posteriormente chamada de "redução objetiva" ( OR ), que permite que a superposição de estados quânticos colapse em um único estado sem a aleatoriedade ou indeterminação da mecânica quântica padrão.

Penrose acredita que os mistérios da consciência e do livre-arbítrio podem ser explicados pelos mistérios da física quântica .

Em seu livro de 1989 , A Nova Mente do Imperador , Penrose considera a ideia de que a mente inconsciente gera possibilidades alternativas para pensamentos originais.

Qual é, então, a minha visão sobre o papel do inconsciente no pensamento inspirador Admito que as questões não são tão claras quanto eu gostaria. Esta é uma área em que o inconsciente parece, de fato, desempenhar um papel vital, e devo concordar com a visão de que os processos inconscientes são importantes. Devo concordar, também, que não é possível que a mente inconsciente esteja simplesmente gerando ideias aleatoriamente. Deve haver um processo de seleção extremamente eficaz que permita que a mente consciente seja perturbada apenas por ideias que "tenham uma chance". Eu diria que esses critérios de seleção — em grande parte "estéticos", de alguma forma — já foram fortemente influenciados por desejos conscientes (como a sensação de feiura que acompanha pensamentos matemáticos inconsistentes com princípios gerais já estabelecidos).

Em seu livro de 1989, A Nova Mente do Imperador , Penrose sugere um processo em duas etapas , mas se mostra cético quanto ao valor da aleatoriedade na primeira etapa. Seu pensamento segue o de Jacques Hadamard e Henri Poincaré , que ele acabou de discutir nas páginas anteriores.

A respeito disso, cabe levantar a questão do que constitui originalidade genuína . Parece-me que dois fatores estão envolvidos: um processo de "criação" e um processo de "rejeição". Imagino que a criação possa ser em grande parte inconsciente e a rejeição, em grande parte consciente. Sem um processo eficaz de criação, não haveria novas ideias. Mas, por si só, esse procedimento teria pouco valor. É necessário um procedimento eficaz para formar julgamentos, de modo que apenas as ideias com uma chance razoável de sucesso sobrevivam. Em sonhos, por exemplo, ideias incomuns podem surgir facilmente, mas raramente sobrevivem aos julgamentos críticos da consciência desperta. (Pelo meu caso, nunca tive uma ideia científica bem-sucedida em estado de sonho, enquanto outros, como o químico Kekulé em sua descoberta da estrutura do benzeno, podem ter tido mais sorte.) Na minha opinião, é o processo consciente de rejeição (julgamento) que é central para a questão da originalidade, e não o processo inconsciente de criação. Mas tenho consciência de que muitos outros podem ter uma opinião contrária.

( A Nova Mente do Imperador , p. 422)

Penrose está muito preocupado com o determinismo (no qual o futuro é completamente determinado) e com uma forma de determinismo "forte", em que todos os eventos do universo foram predeterminados desde o início do universo.

Ele chama a evolução determinística da equação de movimento de Schrödinger de U e o colapso (ou redução) aleatório da função de onda de R. CQG é sua teoria da "gravidade quântica correta".

Determinismo e determinismo forte

Até agora, falei pouco sobre a questão do "livre-arbítrio", que normalmente é considerada a questão fundamental da parte ativa do problema mente-corpo. Em vez disso, concentrei-me na minha sugestão de que existe um aspecto não algorítmico essencial no papel da ação consciente. Normalmente, a questão do livre-arbítrio é discutida em relação ao determinismo na física. Lembre-se de que, na maioria das nossas teorias SUPERB, existe um determinismo claro, no sentido de que, se o estado do sistema é conhecido em um dado momento, ele é completamente fixado em todos os momentos posteriores (ou mesmo anteriores) pelas equações da teoria. Dessa forma, parece não haver espaço para o "livre-arbítrio", uma vez que o comportamento futuro de um sistema parece ser totalmente determinado pelas leis da física.

O determinismo de U e o indeterminismo e aleatoriedade de R levam Penrose ao argumento padrão contra o livre-arbítrio.

Até mesmo a parte U da mecânica quântica possui esse caráter completamente determinístico. No entanto, o "salto quântico" R não é determinístico e introduz um elemento completamente aleatório na evolução temporal. Inicialmente, várias pessoas se entusiasmaram com a possibilidade de que aqui pudesse haver um papel para o livre-arbítrio, com a ação da consciência talvez tendo algum efeito direto na maneira como um sistema quântico individual poderia realizar esse salto. Mas se R for realmente aleatório, então também não será de grande ajuda se quisermos fazer algo positivo com nosso livre-arbítrio.

Meu ponto de vista, embora não esteja muito bem formulado a esse respeito, seria o de que um novo procedimento (CQG) assume o controle na fronteira quântico-clássica, interpolando entre U e R (cada um dos quais agora é considerado uma aproximação), e que esse novo procedimento conteria um elemento essencialmente não algorítmico. Isso implicaria que o futuro não seria computável a partir do presente, mesmo que pudesse ser determinado por ele. Procurei ser claro ao distinguir a questão da computabilidade da questão do determinismo em minhas discussões no Capítulo 5. Parece-me bastante plausível que a CQG possa ser uma teoria determinística, mas não computável.

Às vezes, as pessoas defendem a ideia de que, mesmo com o determinismo clássico (ou quântico U ), não existe determinismo efetivo , porque as condições iniciais nunca podem ser conhecidas com precisão suficiente para que o futuro possa ser computado. Às vezes, pequenas alterações nas condições iniciais podem levar a grandes diferenças no resultado final. É o que acontece, por exemplo, no fenômeno conhecido como "caos" em um sistema determinístico (clássico) — um exemplo disso é a incerteza na previsão do tempo. No entanto, é muito difícil acreditar que esse tipo de incerteza clássica seja o que nos permite ter (a ilusão de?) livre-arbítrio. O comportamento futuro ainda estaria determinado desde o Big Bang, mesmo que fôssemos incapazes de calculá-lo.

A mesma objeção poderia ser levantada contra minha sugestão de que a falta de computabilidade poderia ser intrínseca às leis dinâmicas — agora consideradas de caráter não algorítmico — em vez de à nossa falta de informação sobre as condições iniciais. Mesmo não computável, o futuro, nessa perspectiva, ainda estaria completamente determinado pelo passado — remontando ao Big Bang. Na verdade, não estou sendo tão dogmático a ponto de insistir que a CQG deva ser determinística, mas não computável. Meu palpite é que a teoria buscada teria uma descrição mais sutil do que essa. Estou apenas pedindo que ela contenha elementos não algorítmicos de algum tipo essencial.

Para encerrar esta seção, gostaria de comentar uma visão ainda mais extrema que alguém poderia ter em relação à questão do determinismo. É o que denominei determinismo forte . Segundo o determinismo forte, não se trata apenas de o futuro ser determinado pelo passado; toda a história do universo está fixada , de acordo com um esquema matemático preciso, para todo o sempre . Tal ponto de vista pode ter algum apelo se alguém estiver inclinado a identificar o mundo platônico com o mundo físico de alguma forma, já que o mundo de Platão está fixado de uma vez por todas, sem " possibilidades alternativas " para o universo! (Às vezes me pergunto se Einstein teria tido tal esquema em mente quando escreveu: "O que realmente me interessa é se Deus poderia ter criado o mundo de uma maneira diferente; isto é, se a necessidade da simplicidade lógica deixa alguma liberdade!" (carta a Ernst Strauss; ver Kuznetsov 1977, p. 285).

Em seu livro de 1997 , Sombras da Mente , Penrose especulou ainda que o livre-arbítrio poderia resultar de uma mente dualista influenciando o processo aleatório R. Essa era a visão "interacionista" do neurocientista John Eccles e do filósofo Karl Popper .

Penrose duvida que responsabilidade e controle sejam possíveis, dado o argumento padrão contra o livre-arbítrio.

§1.11. A questão da "responsabilidade" suscita profundas questões filosóficas sobre as causas últimas do nosso comportamento. Poder-se-ia argumentar que cada uma das nossas ações é, em última análise, determinada pela nossa herança e pelo nosso ambiente — ou então pelos inúmeros fatores aleatórios que afetam continuamente as nossas vidas. Não estariam todas estas influências "fora do nosso controlo" e, portanto, coisas pelas quais não podemos ser responsabilizados em última instância Será a questão da "responsabilidade" meramente uma questão de conveniência terminológica, ou existe, de facto, algo mais — um "eu" que transcende todas essas influências — que exerce controlo sobre as nossas ações A questão jurídica da "responsabilidade" parece implicar que existe, de facto, dentro de cada um de nós, algum tipo de "eu" independente com as suas próprias responsabilidades — e, por implicação, direitos — cujas ações não são atribuíveis à herança, ao ambiente ou ao acaso. Se falarmos como se existisse tal "eu" independente não for uma mera conveniência linguística, então deve faltar algum elemento na nossa compreensão física atual. A descoberta de tal ingrediente certamente alteraria profundamente nossa perspectiva científica.

Este livro não fornecerá uma resposta para essas questões profundas, mas acredito que poderá abrir uma fresta na porta para elas — ainda que apenas uma fresta. Não nos dirá que necessariamente precisa haver um "eu" cujas ações não sejam atribuíveis a causas externas, mas nos dirá para ampliarmos nossa visão sobre a própria natureza do que uma "causa" pode ser. Uma "causa" pode ser algo que não pode ser calculado na prática ou em princípio. Argumentarei que, quando uma "causa" é o efeito de nossas ações conscientes, então ela deve ser algo muito sutil, certamente além do cálculo, além do caos e também além de quaisquer influências puramente aleatórias.

Será que o 'livre-arbítrio' é uma ilusão?

Se tal conceito de 'causa' poderia nos aproximar de uma compreensão da questão profunda (ou da 'ilusão'?) de nosso livre-arbítrio é uma questão para o futuro. (p. 36)

6.8 É a consciência que reduz o vetor de estado Entre aqueles que levam |Ψ> a sério como uma descrição do mundo físico, há quem argumente — como alternativa a confiar em U em todas as escalas e, portanto, acreditar em uma perspectiva de muitos mundos — que algo da natureza de R de fato ocorre assim que a consciência de um observador se envolve. O distinto físico Eugene Wigner esboçou uma teoria dessa natureza (Wigner 1961). A ideia geral seria que a matéria inconsciente — ou talvez apenas a matéria inanimada — evoluiria de acordo com U , mas assim que uma entidade consciente (ou 'vida') se torna fisicamente entrelaçada com o estado, algo novo surge, e um processo físico que resulta em R assume o controle para de fato reduzir o estado.

Sob essa perspectiva, não há necessidade de sugerir que a entidade consciente possa, de alguma forma, "influenciar" a escolha específica que a Natureza faz neste ponto. Tal sugestão nos levaria a águas bastante turvas e, até onde sei, haveria um grave conflito com os fatos observados caso a sugestão simplista de que um ato consciente de vontade pudesse influenciar o resultado de um experimento de mecânica quântica entrasse em sério conflito com a realidade. Portanto, não estamos exigindo, aqui, que o "livre-arbítrio consciente" deva necessariamente desempenhar um papel ativo em relação a R (mas veja §7.1 para algumas perspectivas alternativas).

Sem dúvida, alguns leitores poderiam esperar que, já que estou buscando uma ligação entre o problema da medição quântica e o problema da consciência , eu me sentisse atraído por ideias dessa natureza geral. Devo esclarecer que não é esse o caso. É provável, afinal, que a consciência seja um fenômeno bastante raro em todo o universo. Parece haver uma quantidade considerável dela ocorrendo em muitos lugares na superfície da Terra, mas, até onde as evidências nos apresentaram até o momento, não há consciência altamente desenvolvida — se é que existe alguma — nas profundezas do universo, a muitos séculos-luz de distância de nós. Seria uma imagem muito estranha de um universo físico "real" no qual os objetos físicos evoluem de maneiras totalmente diferentes dependendo se estão ou não ao alcance da visão, do som ou do tato de um de seus habitantes conscientes. (p. 329)

7.1 Ação quântica em larga escala na função cerebral?

Segundo a visão convencional, a atividade cerebral deve ser compreendida em termos essencialmente clássicos da física — ou assim parece. Os sinais nervosos são normalmente considerados fenômenos "ligado ou desligado", assim como as correntes nos circuitos eletrônicos de um computador, que ou ocorrem ou não ocorrem — sem as misteriosas superposições de alternativas características das ações quânticas. Embora se admita que, em níveis fundamentais, os efeitos quânticos devam desempenhar seus papéis, os biólogos parecem, em geral, concordar que não há necessidade de abandonar uma estrutura clássica ao discutir as implicações em larga escala desses ingredientes quânticos primitivos. As forças químicas que controlam as interações de átomos e moléculas são, de fato, de origem quântica, e é em grande parte a ação química que governa o comportamento das substâncias neurotransmissoras que transferem sinais de um neurônio para outro — através de minúsculos espaços chamados fendas sinápticas. Da mesma forma, os potenciais de ação que controlam fisicamente a transmissão do sinal nervoso têm uma origem inegavelmente quântica. No entanto, parece haver uma suposição geral de que modelar o comportamento dos próprios neurônios e suas relações entre si de maneira completamente clássica seja perfeitamente adequado. Consequentemente, acredita-se amplamente que modelar o funcionamento físico do cérebro como um todo, como um sistema clássico, no qual as características mais sutis e misteriosas da física quântica não entrem significativamente na descrição, seja totalmente apropriado.

Isso implicaria que qualquer atividade significativa que pudesse ocorrer no cérebro seria considerada como "ocorrendo" ou "não ocorrendo". As estranhas superposições da teoria quântica, que permitiriam a ocorrência simultânea de fenômenos e a sua não ocorrência — com fatores de ponderação de números complexos — seriam, portanto, consideradas sem qualquer papel significativo. Embora se possa aceitar que, em algum nível submicroscópico de atividade, tais superposições quânticas "realmente" ocorram, considera-se que os efeitos de interferência característicos desses fenômenos quânticos não teriam relevância nas escalas maiores relevantes. Assim, seria considerado adequado tratar tais superposições como se fossem misturas estatísticas, e a modelagem clássica da atividade cerebral seria perfeitamente satisfatória para todos os efeitos práticos . Existem, contudo, algumas opiniões divergentes. Em particular, o renomado neurofisiologista John Eccles defendeu a importância dos efeitos quânticos na ação sináptica (ver, em particular, Beck e Eccles (1992), Eccles (1994)). Ele aponta para a grade vesicular pré-sináptica — uma rede hexagonal paracristalina nas células piramidais do cérebro — como um local quântico apropriado. Além disso, algumas pessoas (inclusive eu; cf. ENM [ A Nova Mente do Imperador ], pp. 400-401, e Penrose 1987) tentaram extrapolar do fato de que células fotossensíveis na retina (que tecnicamente faz parte do cérebro) podem responder a um pequeno número de fótons (Hecht et al. 1941) — sensíveis até mesmo a um único fóton (Baylor et al. 1979), em circunstâncias apropriadas — e especular que possa haver neurônios no cérebro propriamente dito que também sejam essencialmente dispositivos de detecção quântica.

Considerando a possibilidade de que os efeitos quânticos possam de fato desencadear atividades muito maiores no cérebro, algumas pessoas expressaram a esperança de que, nessas circunstâncias, a indeterminação quântica possa ser o que abre caminho para a mente influenciar o cérebro físico. Aqui, um ponto de vista dualista provavelmente seria adotado, seja explícita ou implicitamente. Talvez o "livre-arbítrio" de uma "mente externa" possa influenciar as escolhas quânticas que resultam de tais processos não determinísticos. Nessa perspectiva, presume-se que seja por meio da ação do processo R da teoria quântica que a "substância mental" do dualista influenciaria o comportamento do cérebro.

O status dessas sugestões não me é claro, especialmente porque, na teoria quântica padrão, a indeterminação quântica não ocorre em escalas quânticas, já que é a evolução determinística de U que sempre se mantém nesse nível. É somente no processo de amplificação do nível quântico para o clássico que a indeterminação de R é considerada como ocorrendo. Do ponto de vista padrão da FAPP, essa indeterminação é algo que "acontece" somente quando quantidades suficientes do ambiente se emaranham com o evento quântico. De fato, como vimos na Seção 6.6, na visão padrão, nem mesmo está claro o que "acontecer" realmente significa. Seria difícil, com base em princípios convencionais da física quântica, sustentar que a teoria realmente permite que uma indeterminação ocorra justamente no nível em que uma única partícula quântica, como um fóton, um átomo ou uma pequena molécula, está criticamente envolvida. Quando (por exemplo) a função de onda de um fóton encontra uma célula sensível a fótons, ela desencadeia uma sequência de eventos que permanece determinística (ação de U) enquanto o sistema puder ser considerado como permanecendo 'no nível quântico'. Eventualmente, quantidades significativas do ambiente são perturbadas e, na visão convencional, considera-se que R ocorreu (FAPP). Seria necessário argumentar que a 'substância mental' influencia o sistema de alguma forma apenas neste estágio indeterminado.

De acordo com o ponto de vista sobre redução de estado que venho promovendo neste livro (cf. §6.12), para encontrar o nível em que o processo R realmente se torna operante, devemos observar as escalas bastante grandes que se tornam relevantes quando quantidades consideráveis de material (de micrômetros a milímetros de diâmetro — ou talvez muito mais, se não houver movimento de massa significativo envolvido) ficam emaranhadas no estado quântico. (Doravante, denotarei este procedimento bastante específico, mas hipotético, por OR , que significa redução objetiva*. Em todo caso, se tentarmos aderir ao ponto de vista dualista acima, no qual buscamos um ponto onde uma 'mente' externa possa influenciar o comportamento físico — presumivelmente substituindo a aleatoriedade pura da teoria quântica por algo mais sutil — então devemos, de fato, descobrir como a influência da 'mente' poderia ocorrer em uma escala muito maior do que a de partículas quânticas individuais. Devemos procurar onde quer que ocorra o ponto de transição entre os níveis quântico e clássico. Como vimos no capítulo anterior, não há consenso geral sobre o que, se ou onde tal ponto de transição possa estar.)

Na minha opinião, do ponto de vista científico, não é muito útil "pensar numa 'mente' dualista que seja (logicamente) externa ao corpo, influenciando de alguma forma as escolhas que parecem surgir na ação de R. Se a 'vontade' pudesse de alguma forma influenciar a escolha da alternativa pela Natureza que ocorre com R , então por que um experimentador não seria capaz, pela ação da 'força de vontade', de influenciar o resultado de um experimento quântico Se isso fosse possível, então as violações das probabilidades quânticas certamente seriam frequentes! Pessoalmente, não consigo acreditar que tal imagem possa estar próxima da verdade. Ter uma 'substância mental' externa que não esteja sujeita às leis físicas nos leva para além de qualquer coisa que possa ser razoavelmente chamada de explicação científica, e nos leva ao ponto de vista D (cf. §1.3). (pp. 348-50)

A questão da natureza absoluta da moralidade é relevante para as questões jurídicas do § 1.11. É relevante também para a questão do "livre-arbítrio", como foi levantada no final do § 1.11: poderia haver algo que esteja além da nossa herança, além dos fatores ambientais e além das influências do acaso — um "eu" separado que desempenha um papel profundo no controle das nossas ações Creio que estamos muito longe de uma resposta para essa questão. No que diz respeito aos argumentos deste livro, tudo o que eu poderia afirmar com alguma confiança seria que, seja o que for que esteja de fato envolvido, deve estar, em princípio, além das capacidades dos dispositivos que atualmente chamamos de "computadores". (p. 401)

O Paradoxo de Andrômeda

Em seu livro de 1989, "A Nova Mente do Imperador" , Penrose desenvolveu uma forma do argumento de Rietdijk - Putnam que pretende provar que o universo é predeterminado por razões da relatividade restrita. Esta é uma versão mais sofisticada dos argumentos do "universo em bloco" para o determinismo, como os de Hermann Minkowski e J.J.C. Smart.

O argumento de Penrose é conhecido como o Paradoxo de Andrômeda. Ele demonstra que duas pessoas que se cruzam na rua podem ter momentos presentes muito diferentes. Se uma delas estivesse caminhando em direção à Galáxia de Andrômeda, os eventos nessa galáxia poderiam estar horas ou até mesmo dias à frente dos eventos em Andrômeda para a pessoa que caminha na direção oposta. Se isso ocorresse, teria efeitos dramáticos em nossa compreensão do tempo. Penrose destacou as consequências discutindo uma potencial invasão da Terra por alienígenas que vivem na galáxia de Andrômeda. Na Terra, uma pessoa poderia viver em um universo onde os andromedanos ainda não decidiram invadir, enquanto alguém que passa por ela na rua poderia viver em um universo onde naves espaciais alienígenas já estão a caminho.

Penrose descreve a situação:

"Duas pessoas se cruzam na rua; e, segundo uma delas, uma frota espacial andromediana já partiu em sua jornada, enquanto para a outra, a decisão sobre se a jornada de fato ocorrerá ou não ainda não foi tomada. Como pode ainda haver alguma incerteza quanto ao resultado dessa decisão Se para qualquer uma das pessoas a decisão já foi tomada, então certamente não pode haver qualquer incerteza. O lançamento da frota espacial é inevitável."

A Nova Mente do Imperador , Oxford University Press (1989) pp.201-202. pp.303-304

Os observadores não conseguem ver o que está acontecendo "agora" em Andrômeda. Ela está a anos-luz de distância. O paradoxo é que eles têm ideias diferentes sobre o que está acontecendo "agora" em Andrômeda.

O paradoxo de Penrose é uma versão do argumento de Rietdijk-Putnam que supostamente prova que o universo físico do espaço-tempo de Minsky demonstra que o universo é determinístico .

A Flecha do Tempo

Também em seu livro de 1989 , A Nova Mente do Imperador , Penrose especulou sobre a conexão entre informação, entropia e a flecha do tempo .

Lembre-se de que a bola de fogo primordial era um estado térmico — um gás quente em expansão em equilíbrio térmico. Lembre-se também de que o termo "equilíbrio térmico" se refere a um estado de entropia máxima. (Era assim que nos referíamos ao estado de entropia máxima de um gás em uma caixa.) No entanto, a segunda lei da termodinâmica exige que, em seu estado inicial, a entropia do nosso universo estivesse em algum tipo de mínimo, não em um máximo!

O que deu errado Uma resposta "padrão" seria mais ou menos a seguinte:

É verdade que a bola de fogo estava efetivamente em equilíbrio térmico no início, mas o universo naquela época era muito pequeno. A bola de fogo representava o estado de entropia máxima permitida para um universo daquele tamanho diminuto, mas a entropia permitida seria ínfima em comparação com a permitida para um universo do tamanho que conhecemos hoje. À medida que o universo se expandiu, a entropia máxima permitida aumentou com o tamanho do universo, mas a entropia real no universo ficou muito aquém desse máximo permitido. A segunda lei da termodinâmica surge porque a entropia real está sempre tentando alcançar esse máximo permitido.

( A Nova Mente do Imperador , p. 328-9)

A resposta "padrão" de Penrose é obra de David Layzer , em seu artigo de 1975 na Scientific American , "A Flecha do Tempo". Aqui está a imagem de Layzer: