INTRODUĮÃO

Introduįão
EM BUSCA DO RESGATE DA DIGNIDADE DE DEUS

"Deus não joga dados", disse Einstein, dando a entender que na sua opinião a Natureza não poderia operar através de leis estatísticas, tal como proposto na Teoria Quântica. Anos mais tarde, quando Einstein já estava morto há vários anos, o físico Stephen Hawking (aquele da cadeira de rodas), através de uma discussão imaginária com o autor da relatividade, replicava: "Deus não sķ joga dados, mas Ęle ainda os esconde".

A recorręncia a Deus em um assunto científico não se refere ā eterna controvérsia sobre a existęncia, ou não, de Deus. Em uma discussão entre cientistas, ou em um texto de divulgaįão cientifica, a palavra "Deus" é empregada em substituiįão ās leis pelas quais a Natureza produz os fenômenos. Einstein poderia ter dito que "A Natureza não joga dados", ou que "A Natureza não opera por leis estatísticas", mas essas duas formas expressariam apenas uma opinião, enquanto que dizer "Deus não joga dados" traduz uma convicįão inabalável.

A Mecânica Quântica foi desenvolvida sobre o princípio fundamental de que a Natureza opera por leis estatísticas, e essa foi a principal razão da resistęncia de Einstein contra a famosa teoria. Provavelmente muitos leitores não entendem a ferrenha resistęncia do criador da Relatividade contra a Física Quântica. Afinal, pensariam esses leitores, em um jogo de dados a sequęncia dos números que se obtém com o rolar do dado se dá através de leis estatísticas. Ou seja, trata-se de um fenômeno estatístico. E há muitos fenômenos na Natureza que ocorrem seguindo leis estatísticas. Então por que a Física Quântica não pode também funcionar por leis estatísticas?

Para explicar a aversão de Einstein contra a Física Quântica vamos recorrer ao jogo de dados. Suponhamos que faįamos 100 lanįamentos do dado, e obtemos a seguinte sequęncia: 2, 4, 5, 2, 1, 6, 6, 3, 1, 4, 3, 3, 5, ... etc. Iremos observar que cada um dos números 1, 2, 3, 4, 5, e 6, será obtido aproximadamente 100÷6 vezes. Assim, a quantidade 100÷6 é decorrente de uma lei estatística.

Mas suponhamos que digamos ao leitor o seguinte: "Obtenha uma sequęncia de 100 resultados, mas sem usar o dado. Queremos saber quantas vezes vai aparecer o número 6, mas vocę não pode usar o dado".
Certamente vocę irá responder: "Mas isso não faz sentido. As leis estatísticas precisam de um mecanismo. No caso em questão, o mecanismo é o rolar do dado, que produz os resultados estatísticos. Se eu não posso usar o dado, de onde vou extrair os resultados?"

Bem, vocę já comeįou a entender a estupefaįão de Einstein. As leis estatísticas precisam ser decorręncia de mecanismos. Podemos usar outros mecanismos para obte-las. Por exemplo, dividamos um disco em 6 partes, nas quais escrevemos os números 1, 2, 3, 4, 5, e 6. Faįamos o disco girar, e observemos quantas vezes cada número irá parar em um ponto previamente estabelecido. Depois de girar o disco cem vezes, o resultado será o mesmo do jogo de dados: cada número submete-se ā tendęncia de ser obtido 100÷6 vezes. Podemos também usar uma gaiola esférica, do tipo usado na extraįão de números da loteria. Dentro dela colocaremos seis bolinhas numeradas de 1 a 6. Ao realizar uma sequęncia de 100 extraįões, sempre retornando a bolinha extraída na extraįão anterior para dentro da gaiola, o resultado que obteremos será o mesmo do jogo de dados: cada número submete-se ā tendęncia de ser obtido 100÷6 vezes. Ou seja, não importa o mecanismo usado, o resultado sempre segue a "lei estatística", e portanto, por ser lei, o resultado sempre será o mesmo.

Mas na Física Quântica não há mecanismos. Nesta teoria os fenômenos acontecem como se vocę pudesse extrair a sequęncia 2, 4, 5, 2, 1, 6, 6, 3, 1, 4, 3, 3, 5... sem usar qualquer mecanismo para obte-la. Vocę não usa o jogo de dados, não usa o disco, não usa a gaiola, mas apesar disso vocę consegue obter a sequęncia estatística. Faz sentido? Na Física Quântica a sequęncia estatística aparece por si, sem que haja uma causa que a produza. Será que a Natureza pode produzir uma sequęncia estatística sem usar um mecanismo para obte-la? Se pode, isso é uma violaįão do princípio da causalidade, segundo o qual qualquer fenômeno precisa ter uma causa que o produza. Era essa falta de causalidade da Física Quântica que Einstein não podia aceitar. Na opinião dele a Natureza não pode funcionar através da violaįão do princípio da causalidade.

Vamos a seguir ilustrar o que acabamos de dizer. O físico Niels Bohr propôs o famoso modelo de átomo de hidrogęnio, no qual o elétron salta entre níveis diferentes de energia. Ao executar um salto entre dois níveis, o átomo emite um fķton de luz. Bohr chegou a esse modelo porque ele explica a escala de Balmer.

Imagine que vocę irá observar um menino galgando os degraus da escada da Figura A , da seguinte maneira:

1. Ele sķ pode pular os degraus de um em um (não pode saltar de dois em dois).
2. Ao chegar a um degrau, ele irá agitar a bandeira que se encontra lá. Quanto mais alto for o nível do degrau, maior a energia com que ele agitará a bandeira.

A Figura B mostra a sequęncia da energia de agitaįão das bandeiras, que vocę irá observar ao ficar olhando o menino. Pergunta-se: Qual é a causa que produz a sequęncia observada por vocę, mostrada na Figura B?

Existem duas causas:

1. Causa tipo 1: A intensidade da energia com que a bandeira tremula é consequęncia do nível em que o menino se encontra.

2. Causa tipo 2: A sequęncia é devida ao movimento do menino, conforme indicado na Figura A (da esquerda para a direita).

Quando explicou a escala de Balmer com seu modelo de átomo, Bohr obteve sucesso apenas com relaįão ā determinaįão da causa tipo 1 acima (os cálculos de Bohr mostraram que os saltos do elétron entre os níveis de energia da eletrosfera reproduziam a escala de Balmer, e que a intensidade da energia do fķton emitido depende do nível em que o elétron se encontrava, tal como no caso da energia com que o garôto agita as bandeiras na Figura A).
Mas pelo modelo dele não podemos explicar a sequęncia dos pulos do elétron (causa tipo 2). E isso porque as experięncias mostraram que o movimento do elétron é diferente do movimento do garoto da Figura A. Enquanto o garoto não pode saltar por sobre um degrau, o elétron faz isso:.o elétron faz saltos entre níveis não consecutivos. A Figura C mostra o caminho que o elétron deve percorrer. Saltando entre níveis não consecutivos, ele pode por exemplo pular nas seguinte sequęncia (veja Figura C ):

nivel 3 ->nivel 5 ->nível 2 ->nível 4 ->nível 6 ->nível 1 ->

Pelo modelo de Bohr não se pode explicar por que o elétron salta entre níveis não consecutivos de energia. Isto é, o modelo dele não é capaz de determinar a causa do tipo 2, responsável pela sequęncia dos saltos.

Para resolver o problema, Bohr criou regras de seleįão, as quais estabelecem como o elétron pode pular, e como não pode. Entretanto, ao passo que o árbitro de uma partida de futebol pode obrigar um jogador a seguir as regras do jogo, sob a ameaįa de puni-lo com um cartão vermelho, por outro lado não podemos ameaįar um elétron, estabelecendo regras para ele. O que as regras de seleįão de Bohr fazem é apenas constatar o que um elétron faz, e o que não faz. Mas as elas não dizem o motivo pelo qual o elétron o faz, ou deixa de fazer.

Mas apesar de que pelo modelo de Bohr não podemos determinar qual é a causa tipo 2, entretanto isso não significa que o modelo dele é incompatível com essa causa tipo 2. Com efeito, a causa tipo 2 é decorrente do movimento do elétron, responsável pela sequęncia de emissão de fķtons de várias energias. E como no modelo dele o elétron se movimenta, então a causa pode existir, embora seja desconhecida.
Em resumo, o modelo de Bohr, apesar de sua deficięncia, é compatível com ambos tipos de causa.

Já o modelo de átomo da Mecânica Quântica é incompatível com a causa tipo 2. Isso porque neste modelo o elétron não salta na eletrosfera. O elétron simplesmente desaparece de um nível, e aparece instantaneamente em outro nível, sem percorrer o espaįo entre os níveis. Então aquele movimento do garoto na Figura A, responsável pela sequęncia com que vemos as bandeiras tremularem, não existe no átomo da Mecânica Quântica. Sendo assim, é impossível encontrar uma causa que justifique a sequęncia de emissão de fķtons, tal como ela é determinada experimentalmente. Por esse motivo os físicos quânticos foram forįados a propor que o processo de emissão de fķtons pelo átomo seja puramente estatístico. Eles afirmam que não existe uma causa responsável pela sequęncia de emissão. Ou seja, segundo os físicos quânticos a Natureza opera por leis estatísticas. Obviamente são leis estatísticas bem distintas das que operam normalmente na Natureza. Por exemplo, se jogamos um dado, não existe uma sequęncia determinada. Uma primeira sequęncia de 6 lanįamentos pode ser 4, 4, 3, 6, 2, 5, e numa segunda sequęncia podemos obter 6, 1, 2, 3, 1, 4, e uma terceira poderá ser 2, 1, 2, 5, 3, 3. Mas a sequęncia de emissão no átomo é sempre a mesma. Se nķs quisermos obter sempre a mesma sequęncia como resultado de vários lanįamentos de um dado, teremos que viciá-lo, ou seja, teremos que implantar nele uma "causa" que force a repetiįão da mesma sequęncia. Por exemplo, colocando uma pequena bolinha de chumbo dentro do dado, poderemos obter sempre a mesma sequęncia 6, 6, 6, 6, 6, 6. Podemos também construir um dispositivo dentro de um dado, de maneira que ele irá sempre repetir a mesma sequęncia de resultados, como 1, 3, 5, 2, 4, 6, 1, 3, 5, 2, 4, 6..., ou qualquer sequęncia que queiramos. Então para que o átomo tenha sempre a mesma sequęncia de emissão é preciso que haja uma "causa" responsável pela repetiįão, pois evidentemente leis estatísticas não podem proporcionar a mesma sequęncia. A Mecânica Quântica afirma que tal causa não existe.

Além destas consideraįões contra a hipķtese de leis estatísticas regendo o mundo microscķpico, há também um fenômeno nuclear que viola as leis estatísticas. Vamos explicá-lo através de um exemplo similar ao da extraįão de bolas na loteria. Imagine que vocę construa uma gaiola de loteria, cujo orifício por onde as bolas passarão tenha 3 centímetros de diâmetro. Dentro vocę colocará bolas brancas e pretas, mas elas não terão o mesmo diâmetro. As bolas brancas terão 1cm de diâmetro, e as bolas pretas terão 3cm de diâmetro. Portanto, as bolas brancas de 1cm de diâmetro podem passar facilmente pelo buraco de 3cm de diâmetro da gaiola, enquanto que as bolas pretas com 3cm irão passar "apertado" pelo buraco de extraįão. Pergunta-se: na sua opinião, quando vocę girar a gaiola, quais as bolas que vão sair em maior quantidade? As brancas, ou as pretas?
Caso vocę responda "as bolas brancas", então acertou com respeito ao processo de extraįão que vocę construiu. Afinal de contas, como estatisticamente as chances das bolas brancas são bem maiores, elas deverão sair em uma quantidade muito maior. Podemos até observar isso na prática, quando comeįamos a peneirar areia: os grãos menores são os que passam primeiro, seguidos dos grãos médios. Mas na Física Nuclear as coisas acontecem de maneira diferente: as bolas brancas nunca saem da gaiola. As únicas bolas que saem pelo buraco da gaiola são as bolas pretas!!! Então não resta dúvida de que na Física Nuclear alguma "causa" impede que as leis da probabilidade se cumpram. Abordaremos esse assunto com detalhes no item 5.8, onde será explicado como a Natureza faz para que apenas as bolas pretas passem pelo buraco da gaiola.

O princípio da causalidade remonta ao nascimento do método científico, quando Aristķtles estabeleceu pela primeira vez as leis da Natureza. Aristķteles é o pai do método científico. Foi ele que deu início a uma sistematizaįão da correlaįão entre a causa e o fenômeno físico, através de leis que ele propôs sugestionado pela observaįão e da lķgica especulativa. Por exemplo, para o movimento, ele propôs que todos os corpos que se movem tendem a perder seu movimento, porque pela observaįão cotidiana observamos que todos os corpos em movimento tendem ao repouso. Desde Newton sabemos que essa lei não é verdadeira. Mas esse erro de Aristķteles não é relavante. O importante foi que ele criou o método de investigaįão pela observaįão, e sistematizou suas conclusões.

O método de Aristķteles atravessou incķlume os séculos, e depois de 2 mil anos veio a sofrer sua primeira lapidaįão pelas mãos de outro filķsofo, Francis Bacon. Ao final desse livro mostraremos que o método de Aristķteles se sustentava sobre duas lķgicas de natureza distintas. Uma era a Lķgica Metafísica, e a outra era a Lķgica do Senso Comum. O filķsofo Francis Bacon e o cientista Galileu Galilei atacaram a segunda lķgica aristotélica, e derrubaram-na. A outra, a metafísica, veio a ser derrubada tręs séculos mais tarde, primeiro parcialmente por Einstein, e mais tarde definitivamente pelos físicos que desenvolveram a Física Quântica, com a conivęncia dos filķsofos positivistas que sustentaram a necessidade dessa derrocada da Lķgica.

Outra inovaįão introduzida por Galileu no método científico foi o uso da matemática para a quantificaįão das leis, através de equaįões, e o uso da matemática como instrumento de confrontaįão entre a lei e a observaįão experimental. No início do Século 20, quando se iniciaram as experięncais com o átomo, os cientistas não conseguiram deixar de sacrificar o princípio da causalidade ao tentarem compatibilizar o método galileano com os resultados experimentais. Mas o avanįo da cięncia exigiu mais do que apenas o sacrifício da causalidade aristotélica. Também a Lķgica Aristotélica foi sacrificada. Entretanto o avanįo da cięncia exigiu ainda algo mais além do que a simples rejeiįão da lķgica. Para explicar os fenômenos, o desenvolvimento da cięncia passou a exigir teorias absurdas, que o leitor terá a oportunidade de conhecer em detalhes ao longo deste livro.

Esse é, em resumo, o caminho que o método científico percorreu ao longo de 2 mil anos, e este percurso nos revelou ser paradoxal nos últimos 300 anos. Com efeito, ā medida que o conhecimento evoluísse, através de novas descobertas científicas e do desenvolvimento de novas teorias, era de se esperar que os cientistas fossem metodicamente constatando a Lķgica da Natureza. Essa era justamente a convicįão de Galileu. Mas o que se constatou nos últimos 300 anos foi justamente o contrário: quanto mais aprofundavam seu conhecimento sobre a Natureza, mais os cientistas se davam conta de que a ela não tem lķgica.

Muitos respeitados físicos tem recentemente escrito livros de popularizaįão da cięncia, nos quais explicam ao leigo as conquistas da Física Moderna. O físico Paul Davies escreveu "A Mente de Deus", e Roger Penrose fez um relato minucioso em "A Nova Mente do Rei". Como já explicamos no início desta introduįão, nestes livros a "mente" de Deus se refere ā lķgica da estrutura do Universo, já que seria esta lķgica divina a responsável por ser o Universo em que vivemos tal como ele é.

Em todos esses livros de divulgaįão da Física Moderna todos os autores tem sido unânimes em um ponto: a Natureza não é lķgica. Isso equivale a dizer que os cientistas concluíram que Deus é Louco. Obviamente tais autores nunca o confessam em palavras explícitas. A loucura de Deus é exposta de maneira velada, sutil. O motivo pode ser para evitar um choque para os leitores, ou talvez porque seria grotesco revelar-lhes que uma das conclusões da Cięncia do Século 20 é que Deus é um Louco que criou um Universo Absurdo no qual a Natureza opera por leis insanas. Essa imagem de um Deus humilhado pela cięncia seria prejudicial ao prestígio dela.

No Século 20 portanto o método científico se confrontou com a lķgica divina. Diante de tal confrontaįão, uma pessoa sensata preferiria, antes, desconfiar da infalibilidade do método científico, do que aceitar a insanidade da mente de Deus. Entretanto o método científico adquiriu uma reputaįão acima de qualquer supeita, no conceito das pessoas. Além disso, para um cientista não faz sentido especular sobre a Lķgica de Deus, por se tratar de um assunto que não diz respeito ā cięncia. E o fato é que a cięncia chegou ā conclusão de que a Natureza é ilķgica. As implicaįōes desse fato não interessam ao cientista.

Entretanto, é paradoxal aceitar que a Natureza seja ilķgica, como concluiu a cięncia do Século 20. Mais do que paradoxal, é até inaceitável. Essa é a conclusão de muitos filķsofos da atualidade, que estão convictos de que as teorias da Física Moderna não correspondem ā realidade, apesar de darem uma boa descriįão dela. Foi a partir desse ponto de vista que o autor, que compartilha da convicįão desses filķsofos, empreendeu uma investigaįão científica que se estendeu por mais de dez anos, cujo objetivo era verificar se essa convicįão poderia ter fundamento. Este livro contém o resumo das descobertas e conclusões a que chegou. Elas resgatam a dignidade de Deus...

Bastidores da Cięncia