Nosso Universo Matemático: o que é a Realidade?

Max Tegmark (trecho do primeiro capítulo do livro “Our Mathematical Universe – my quest for the Ultimate Nature of Reality”, publicado em 2014 e ainda sem tradução para o Português; tradução de Paulo Stekel)

Não é o que parece

Os físicos sabem há um século que o aço sólido é na verdade um espaço vazio, porque os núcleos atômicos que compõem 99,95% da massa são pequenas bolas que preenchem apenas 0,0000000000001% do volume, e que esse quase vácuo se sente sólido porque as forças elétricas que mantêm esses núcleos no lugar são muito fortes. Além disso, medições cuidadosas das partículas subatômicas revelaram que elas parecem capazes de estar em diferentes lugares ao mesmo tempo, um quebra-cabeça bem conhecido no coração da física quântica.

Você está surpreso que a física tenha descoberto que a nossa realidade é muito mais estranha do que imaginávamos? Bem, na verdade não é surpreendente se levarmos a sério a evolução darwiniana! A evolução nos dotou de intuição apenas para os aspectos da física que tinham valor de sobrevivência para nossos ancestrais distantes, como as órbitas parabólicas das rochas voadoras (explicando nossa propensão ao beisebol). Uma mulher das cavernas, pensando muito sobre o que é feito, pode deixar de notar o tigre se escondendo atrás dela e ser limpa do pool genético. A teoria de Darwin faz, assim, a previsão testável de que sempre que usamos a tecnologia para vislumbrar a realidade além da escala humana, nossa intuição evoluída deve desmoronar. Testamos repetidamente essa previsão, e os resultados apoiam esmagadoramente Darwin. Em alta velocidade, Einstein percebeu que o tempo diminui, e os malditos no comitê Nobel da Suécia acharam isso tão estranho que se recusaram a dar-lhe o Prêmio Nobel por sua teoria da relatividade. A baixas temperaturas, o hélio líquido pode fluir para cima. Em altas temperaturas, partículas em colisão mudam de identidade; para mim, um elétron colidindo com um pósitron e se transformando em um bóson-Z parece tão intuitivo quanto dois carros colidindo se transformando em um navio de cruzeiro. Em escalas microscópicas, as partículas esquizofrenicamente aparecem em dois locais ao mesmo tempo, levando aos enigmas quânticos. Em escalas astronomicamente grandes: se você intuitivamente entender todos os aspectos dos buracos negros, acho que é único, e deve imediatamente largar este texto e publicar suas descobertas antes que alguém o engane com um Prêmio Nobel em gravidade quântica. Reduza o zoom para escalas ainda maiores e mais estranhas o aguardam, com uma realidade muito maior do que tudo o que podemos ver com nossos melhores telescópios. A teoria principal do que aconteceu no início é chamada inflação cosmológica, e sugere que o espaço não é apenas realmente grande, mas infinito, contendo infinitamente muitas cópias exatas de você e até mais cópias próximas vivendo todas as variantes possíveis da sua vida em dois tipos diferentes de universos paralelos.

Em outras palavras, as descobertas na física desafiam algumas de nossas ideias mais básicas sobre a realidade, tanto quando nos aproximamos do microcosmo quanto quando nos aproximamos do macrocosmo. Muitas ideias sobre a realidade são desafiadas, mesmo na escala intermediária de nós, humanos, se usarmos a neurociência para investigar como nosso cérebro funciona.

Por último, mas não menos importante, sabemos que as equações matemáticas oferecem uma janela para o funcionamento da natureza, como metaforicamente ilustrado na Figura 1. Mas por que nosso mundo físico revelou uma regularidade matemática tão extrema que o super-herói da astronomia Galileu Galilei proclamou a natureza como “um livro escrito na linguagem da matemática” e o ganhador do Nobel Eugene Wigner enfatizou a “eficácia irracional da matemática nas ciências físicas” como um mistério exigindo uma explicação? Responder a essa pergunta é o meu principal objetivo. Exploraremos as fascinantes relações entre computação, matemática, física e mente e exploraremos uma crença de que meu mundo físico não é apenas descrito pela matemática, mas sim é a matemática, fazendo-nos partes autoconscientes de um objeto matemático gigante. Veremos que isso leva a uma nova e derradeira coleção de universos paralelos tão vastos e exóticos que toda a bizarrice mencionada acima empalidece em comparação, forçando-nos a renunciar a muitas de nossas noções de realidade mais profundamente arraigadas.

Figura 1: Quando olhamos para a realidade através das equações da física, descobrimos que elas descrevem padrões e regularidades. Mas para mim, a matemática é mais do que uma janela para o mundo exterior: nosso mundo físico não é apenas descrito pela matemática, mas é a matemática, uma estrutura matemática, para ser mais preciso.

Qual é a pergunta final?

Desde que nossos ancestrais humanos começaram a andar na Terra, sem dúvida se perguntaram o que é a realidade, ponderando questões existenciais profundas. De onde veio tudo? Como tudo vai acabar? Quão grande é tudo isso? Essas perguntas são tão cativantes que praticamente todas as culturas humanas em todo o mundo as enfrentaram e transmitiram respostas de geração em geração, na forma de elaborados mitos da criação, lendas e doutrinas religiosas. Essas perguntas são tão difíceis que não houve consenso global sobre as respostas. Em vez de todas as culturas convergirem para uma visão de mundo única que poderia ser a verdade suprema, suas respostas diferiram bastante e, pelo menos, algumas dessas diferenças parecem refletir suas diferenças no estilo de vida. Por exemplo, nos mitos da criação do Egito antigo, onde o rio Nilo mantinha a terra fértil, todos têm nosso mundo emergido da água. Por outro lado, na minha terra natal, a Suécia, onde o fogo e o gelo costumavam afetar fortemente a sobrevivência, a mitologia nórdica sustentava que a vida se originava de (surpresa!) pelo fogo e gelo.

Outras grandes questões abordadas pelas culturas antigas são pelo menos mais radicais. O que é real? Existe mais na realidade do que aparenta? Sim! foi a resposta de Platão há mais de dois milênios atrás. Em sua famosa analogia da caverna, ele nos comparou a pessoas que viveram a vida inteira algemadas em uma caverna, de frente para uma parede em branco, observando as sombras projetadas pelas coisas que passavam atrás delas e, eventualmente, acreditando erroneamente que essas sombras eram a plena realidade. Platão argumentou que o que nós humanos chamamos de realidade quotidiana é da mesma forma apenas uma representação limitada e distorcida da realidade verdadeira, e que devemos nos libertar de nossos grilhões mentais para começar a compreendê-la.

Se minha vida como físico me ensinou alguma coisa, é que Platão estava certo: a física moderna deixou bem claro que a natureza última da realidade não é o que parece. Mas se a realidade não é o que pensávamos, então o que é? Qual a relação entre a realidade interna de nossa mente e a realidade externa? Do que tudo é feito afinal? Como tudo isso funciona? Por quê? Existe algum significado para tudo isso e, se sim, qual? Como Douglas Adams colocou em sua paródia de ficção científica O Guia do Mochileiro das Galáxias: “Qual é a resposta para a questão final da vida, do universo e tudo mais?”

Os pensadores, ao longo dos tempos, ofereceram um espectro fascinante de respostas à pergunta “O que é realidade?” - tentando respondê-la ou tentando descartá-la. Aqui estão alguns exemplos (esta lista não faz reivindicações completas e nem todas as alternativas são mutuamente exclusivas).

Algumas respostas para “O que é realidade?”

A pergunta tem uma resposta significativa:

Partículas elementares em movimento
Terra, vento, fogo, ar e quintessência
Átomos em movimento
Partículas elementares em movimento
Cordas em movimento
Campos quânticos no espaço-tempo curvo
Teoria M (substitua sua letra maiúscula favorita ...)
Uma criação divina
Uma construção social
Um construto neurofisiológico
Um sonho
Em formação
Uma simulação (à la Matrix)
Uma estrutura matemática
O Multiverso Nível IV

Falta à pergunta uma resposta significativa:

Existe uma realidade, mas nós, humanos, não

     podemos conhecê-la completamente: não temos

     acesso ao que Immanuel Kant chamou de “das Ding

     an sich” (a coisa em si)
A realidade é fundamentalmente incognoscível
Não apenas não sabemos, mas não poderíamos

     expressar se soubéssemos
A ciência não passa de uma história (resposta pós-

     moderna de Jacques Derrida e outros)
A realidade está na nossa cabeça (resposta

     construtivista)
A realidade não existe (solipsismo)

Parte da razão pela qual os pensadores ofereceram um amplo espectro de respostas é claramente que eles escolheram interpretar a pergunta de maneiras diferentes; por isso devo uma explicação de como eu a interpreto e como a abordo. A palavra realidade pode ter muitas conotações diferentes. Eu a uso para significar a natureza última do mundo físico externo do qual fazemos parte, e sou fascinado pela busca de entendê-lo melhor. Então, qual é a minha abordagem?

Certa noite, no ensino médio, comecei a ler o romance policial de Agatha Christie, Morte no Nilo. Embora eu estivesse dolorosamente ciente de que meu despertador tocaria às sete da manhã, não conseguia parar até que o mistério fosse resolvido. Por volta das quatro da manhã sou inexoravelmente atraído por histórias de detetives desde que eu era criança e, quando eu tinha cerca de doze anos, comecei um clube de detetives com meus colegas de classe Andreas Bette, Matthias Bothner e Ola Hansson. Nunca capturamos nenhum criminoso, mas a ideia de resolver mistérios capturou minha imaginação. Para mim, a pergunta “O que é a realidade?” representa a melhor história de detetive, e me considero incrivelmente afortunado por poder gastar tanto do meu tempo perseguindo-a.

Eu sou físico e estou adotando uma abordagem física dos mistérios da realidade. Para mim, isso significa começar com grandes perguntas como “Qual é o tamanho do nosso Universo?” E “Do que tudo é feito?”, e tratá-las exatamente como mistérios de detetive: combinando observações e raciocínios inteligentes e seguindo persistentemente cada pista, aonde quer que ela leve.

A jornada começa

Uma abordagem de física? Não é uma ótima maneira de transformar algo emocionante em algo chato? Quando a pessoa sentada ao meu lado em um avião pergunta o que eu faço, tenho duas opções. Se eu tiver vontade de falar, direi “Astronomia”, que infalivelmente desencadeia uma conversa interessante. Se não o quiser, direi “Física”, quando então costumam dizer algo como “Oh, isso foi minha pior matéria no colegial”e me deixam em paz pelo resto do voo.

De fato, a física também era minha matéria menos favorita no ensino médio. Ainda me lembro da minha primeira aula de física. Com uma voz monótona e sedativa, nosso professor anunciou que íamos aprender sobre densidade. Essa densidade era massa dividida por volume. Portanto, se a massa era blá e o volume era blá, poderíamos calcular que a densidade era blá blá. Depois desse ponto, tudo que me lembro é um grande borrão. E que sempre que seus experimentos fracassavam, ele culpava a umidade e dizia: “Funcionou esta manhã”. E que alguns amigos meus não conseguiam descobrir por que o experimento deles não estava funcionando até que descobrissem que eu havia anexado um ímã sob o osciloscópio...

Quando chegou a hora de me candidatar à faculdade, decidi contra a física e outras áreas técnicas e acabei na Escola de Economia de Estocolmo, com foco em questões ambientais. Eu queria fazer minha pequena parte para tornar nosso planeta um lugar melhor, e senti que o principal problema não era a falta de soluções técnicas, mas o uso inadequado da tecnologia que tínhamos. Imaginei que a melhor maneira de afetar o comportamento das pessoas era através de suas carteiras e fiquei intrigado com a ideia de criar incentivos econômicos que alinhavam o egoísmo individual com o bem comum. Infelizmente, logo fiquei desiludido, concluindo que a economia era em grande parte uma forma de prostituição intelectual em que você era recompensado por dizer quais eram os poderes que se queria ouvir. O que quer que um político quisesse fazer, ele ou ela poderia encontrar um economista como consultor que argumentara por fazer exatamente isso. Franklin D. Roosevelt queria aumentar os gastos do governo, por isso ouviu John Maynard Keynes, enquanto Ronald Reagan queria diminuir os gastos do governo, por isso ouviu Milton Friedman.

Então meu colega Johan Oldhoff me deu o livro que mudou tudo: com certeza você está brincando, Sr. Feynman! Eu nunca conheci Richard Feynman, mas ele foi o motivo de eu ter mudado para a física. Embora o livro não fosse realmente sobre física, tratando mais de tópicos como escolher fechaduras e como escolher mulheres, eu pude ler nas entrelinhas que esse cara simplesmente amava a física. O que realmente me intrigou. Se você vê um cara medíocre andando de braços dados com uma mulher linda, provavelmente se pergunta se está perdendo alguma coisa. Presumivelmente, ela viu alguma qualidade escondida nele. De repente, senti o mesmo sobre a física: o que Feynman viu que sentia falta no ensino médio?

Eu apenas tive que resolver esse mistério, então me sentei no volume 1 das Palestras de Física de Feynman, que encontrei na estante de livros de papai, e comecei a ler: “Se, em algum cataclismo, todo o conhecimento científico fosse destruído, e apenas uma frase fosse passada para a próxima geração de criaturas, que afirmação conteria mais informações com o menor número de palavras?”

Whoa - esse cara não era nada como meu professor de física do ensino médio! Feynman continuou: “Acredito que [...] todas as coisas são feitas de átomos - pequenas partículas que se movem em movimento perpétuo, atraindo-se quando estão um pouco afastadas, mas repelem ao serem espremidas uma na outra”.

Uma lâmpada disparou na minha cabeça. Lia sem parar, encantado. Eu senti como se estivesse tendo uma experiência religiosa. Finalmente entendi! Tive a epifania que explicava o que estava perdendo o tempo todo e o que Feynman havia percebido: a física é a aventura intelectual definitiva, a busca para entender os mistérios mais profundos do nosso universo. A física não pega algo fascinante e o torna chato. Em vez disso, nos ajuda a ver com mais clareza, aumentando a beleza e a maravilha do mundo ao nosso redor. Quando ando de bicicleta para trabalhar no outono, vejo beleza nas árvores tingidas de vermelho, laranja e dourado. Mas ver essas árvores através das lentes da física revela ainda mais beleza. E quanto mais profundo eu olho, mais elegância vislumbro.

Sobre o autor

Max Tegmark é autor ou co-autor de mais de duzentos artigos técnicos, dos quais doze foram citados mais de quinhentas vezes. Ele é Ph.D. da Universidade da Califórnia, Berkeley, e é professor de cosmologia e física no MIT. Visite: http://mathematicaluniverse.org

Quem quiser adquirir o livro de Max Tegmark (disponível apenas em Inglês), acesse: https://www.amazon.com.br/Our-Mathematical-Universe-Ultimate-Reality-ebook/dp/B00DXKJ2DA