Pedro Moraes

Na discussão sobre livre arbítrio, encontramos comumente a noção de que determinismo caracterizado pelas leis da física seria de alguma forma incompatível com a possibilidade de agentes corporificados modificarem seu comportamento. Entretanto, quando questionados mais precisamente pelas maneiras as quais o determinismo constrange as decisões de agentes, os proponentes dessas posições recorrem a noções vagas que não engajam diretamente com a física que é responsável por elas. Por outro lado, os defensores do livre arbítrio muitas vezes apelam para mudanças na física estabelecida, ou para interpretações especulativas de certas partes das teorias estabelecidas a fim de vindicar noções de livre arbítrio que talvez nunca tenham sido cientificamente plausíveis. Através do engajamento com algumas questões levantadas por Peter Tse e Adina Roskies acerca desse assunto, buscaremos investigar essa questão do ponto de vista das decisões de agentes inteligentes.

Antes de tudo, para dar conta desta questão com a profundidade e escopo necessários, devemos ter clareza sobre o que queremos dizer com determinismo das leis da físicas. A mecânica newtoniana é uma teoria causal e determinista, e uma teoria é causal quando o estado é completamente determinado a partir do conhecimento de qualquer instante. O estado é a especificação das posições e o momento das partículas, se estas são conhecidas em um dado instante. Se sabemos as leis de força das partículas, então a física é especificada completamente. Causalidade, é inferência no tempo: dado o estado em um instante, o estado  em outro instante é determinado. Uma teoria é determinista quando o conhecimento do estado também determina com precisão todos os fenômenos físicos possíveis.

Em uma teoria de campo, como o eletromagnetismo, a especificação do estado requer não um número finito de coisas, mas um número infinito. Em princípio, devemos pelo menos especificar o que o campo eletromagnético está fazendo, como o campo elétrico é apontado e como o campo magnético é apontado em cada ponto do espaço em um instante do tempo. Se sabemos o campo magnético em um determinado momento, então podemos prever em qualquer momento posterior qual será a distribuição do campo elétrico e magnético. Dado o estado em um instante, o estado em qualquer outro instante pode ser recuperado —  isso é o que torna eletromagnetismo uma teoria causal. O que torna a teoria determinista é que o conhecimento do estado, dos campos elétrico e magnético determina completamente as respostas a todas as perguntas que podem ser feitas sobre o campo eletromagnético. Estes são os modelos do discreto e do contínuo.

O que foi introduzido pela teoria da relatividade é que as interações entre partículas são propagadas através do espaço tendo o campo como intermediário. O ponto de vista newtoniano é de interações instantâneas à distância; o ponto de vista do campo é de interações locais propagadas de um ponto do espaço para os pontos contíguos. Dentro do conceito de campo não há propagação instantânea. A propagação ocorre, através do espaço e do tempo, por meio de um mecanismo que é intrinsecamente limitado em velocidade, a luz se move em apenas uma velocidade.

A partir dessa descoberta passamos a ter um ponto de vista dualista na qual existem partículas e campos lado a lado, e um não é explicado em termos do outro. Esta dualidade fundamental resume a física clássica: o ponto de vista newtoniano, discreto, da partícula, foi modificado porque reconhecemos que a interação entre partículas não é instantânea, mas propagadas através do campo, contínuo, que fornece a agência dinâmica pela qual as partículas interagem. Através dos desenvolvimentos da mecânica quântica que estes dois conceitos clássicos distintos se encontram, e se tornam algo que não tem contrapartida clássica no campo quantizado. Não podemos pensar em teorias físicas sem reconhecer que a física é uma ciência experimental, que se preocupa apenas com afirmações que podem ser verificadas por experimentos.

O objetivo das teorias é integrar os resultados que podem ser testados por meio de algum experimento, num modelo preditivo/descritivo. Portanto, o que é fundamental para qualquer teoria é a teoria de medição dentro dela. A teoria clássica da medição diz que não há limites para a precisão com a qual podemos atribuir valores numéricos a todas as quantidades necessárias para especificar um estado e, como são teorias determinísticas, isso é verdade para todas as propriedades físicas. Já que propriedades físicas podem ter valores numéricos atribuídos de forma consistente, não fazemos distinção entre as propriedades físicas e os valores numéricos em qualquer instante em particular. Na física clássica, somos sempre capazes de atribuir às propriedades físicas, consideradas abstratas, uma representação concreta por meio de valores numéricos que uma medição não perturbadora encontraria para eles em um determinado instante.

O modelo permite atribuição contínua de valores numéricos a essas propriedades físicas e isto estabelece os fundamentos da física clássica: a idealização das medidas não perturbadoras, as correspondentes fundações da representação matemática, a consequente identificação das propriedades físicas com números.

Entretanto, a medição de sistemas microscópicos muda essa perspectiva, porque entidades microscópicas têm muitas de suas propriedades descritas em unidades indivisíveis. Não há metade de um elétron, o elétron tem uma massa definida, uma carga definida. Se as interações que interessam são eletrostáticas por natureza, elas não podem ser reduzidas arbitrariamente porque não existe metade de uma unidade de carga. Isto indica a diferença entre medição microscópica e macroscópica. Devemos levar em conta o fato de que a força da interação não pode ser arbitrariamente diminuída, porque os objetos físicos que interagem (átomos, elétrons) em geral têm propriedades físicas relevantes que possuem unidades definidas — essas unidades são chamadas de quanta, a origem do termo quântico.

Isso não faz da mecânica quântica uma teoria não causal. Dado o estado em um momento, o estado em qualquer outro momento é determinado de forma única, mas o que a torna diferente é que não é uma teoria determinista. É uma teoria causal, estatisticamente determinista. O conhecimento do estado em um momento fixa o estado em outro momento, mas as informações que podem ser obtidas a partir deste estado são limitadas. Nos termos clássicos, conhecendo o estado, somos capazes de descrever todo o comportamento do sistema. Sabendo onde as partículas estavam e como elas se moviam, podemos prever qualquer outra propriedade física com precisão arbitrária. O conhecimento do estado permite prever o resultado médio da medição de qualquer propriedade física, mas nunca o resultado de qualquer evento específico. Em outras palavras, a partir do estado prevemos qual será o resultado de repetidas tentativas de medição de uma propriedade física específica. Teremos previsões estatísticas perfeitamente determinadas, mas não mais previsões individuais.

Mesmo na física clássica, podem haver circunstâncias em que o ato de medição produz distúrbios que não pudemos minimizar, pelo tipo de medição que realizamos. Isso não nos atrapalha, pois podemos calcular com precisão arbitrária qual foi o efeito dessa interação e compensá-la. Nas medições microscópicas não podemos fazer o mesmo, pois pela natureza estatística do que observamos não podemos prever em detalhes o que cada evento individual acarretará, mas apenas fazer previsões dentro de uma média estatisticamente definida.

O ato de medição envolve uma forte interação — na escala microscópica a medição é necessariamente forte porque não podemos cortar as forças das cargas pela metade, nem podemos mudar as propriedades dessas partículas fundamentais. E, assim, a medição inevitavelmente produz uma grande perturbação que não podemos corrigir em cada instância individual. Podemos apenas prever ou controlar o que acontece na média, nunca em qualquer instância individual. Assim, os dois princípios básicos da teoria da medição macroscópica são violados. Ou as interações não podem ser feitas arbitrariamente fracas por causa do quanta de cada partícula, ou não podemos fazê-lo porque não há uma teoria detalhada e determinista de cada evento individual, mas apenas a capacidade de antecipar ou controlar a média estatística.

As conexões causais entre os estados em diferentes momentos ainda estão presentes. Mas o que muda é que o conhecimento do estado não implica um conhecimento detalhado de cada propriedade física, mas apenas qual pode ser o comportamento em média das propriedades físicas.

A ciência da complexidade sugere que muitos sistemas só podem ser entendidos como sistemas, em vez de grandes aglomerações de partes. Corpos gravitacionais, grandes coleções de gases ou líquidos e talvez multidões humanas, mercados financeiros, autômatos celulares e redes neurais, todos podem ser considerados complexos em relação a cada um de seus comportamentos como sistemas inteiros. Uma característica geral de sistemas complexos é que eles são mais do que meramente a soma de suas partes. Ou seja, eles exibem um comportamento que emerge das relações entre seus componentes, sendo a emergência talvez um dos atributos mais importantes na definição de um determinado sistema como complexo e não apenas complicado. Essa característica definidora também o diferencia de seus predecessores, especialmente os sistemas descritos pela física newtoniana, que poderiam ser interpretados como sendo nada mais do que a soma das interações de suas partes. Outra característica específica desses sistemas é sua relação com o tempo; na física newtoniana, os sistemas descritos são todos, ou pelo menos comumente reversíveis temporalmente. O que isso significa na prática é que se você pudesse executar esses sistemas ao contrário com exatamente as mesmas equações matemáticas que sustentam as relações de suas entidades físicas, você chegaria exatamente ao mesmo ponto de partida. Os sistemas complexos são, por definição, completamente irreversíveis; não seria possível, por exemplo, executar evolução ao contrário.

Historicamente, o desenvolvimento que deflagra o assalto das leis da física contra o livre arbítrio é o refinamento da mecânica clássica por Pierre-Simon Laplace. Laplace descreve um ser com grandes capacidades intelectuais que de posse do conhecimento das posições e velocidades de todas as partículas do universo, do entendimento de todas as forças que estas estavam sujeitas e de poder computacional suficiente para aplicar as leis de movimento de Newton, seria capaz de prever tudo que poderia acontecer. Este ser ganhou o nome de Demônio de Laplace.

Entre outros fatores, a presunção da irreversibilidade de certos sistemas depende da noção de uma flecha do tempo, estabelecida pela segunda lei da termodinâmica. A segunda lei da termodinâmica afirma que em um sistema fechado a entropia sempre aumenta. Este processo determina os seguintes comportamentos observados na natureza: