A mente pode fingir o universo?

A realidade objetiva e as próprias leis da física surgem de nossas observações, de acordo com o novo conceito, que inverte o que consideramos fundamental.

Sophie hebden
Premiados no FQXi: Marcus Muller ¹
18 de Janeiro de 2019


Criação do cosmos.
Crédito: Yuri Akurs, iStock

Marcus Müller poderia ser acusado por engano de ser o maior individualista do mundo. A visão radicalmente nova da física quântica sobre a realidade, que ele oferece, parece levar ao fato de que o mundo que percebemos surge de nossas observações. Ele admite que essa é uma ideia muito difícil de entender. "Ainda ninguém inventou uma história de ficção científica que de alguma forma a ilustrasse", diz Müller, "segue-se de nossa teoria que apenas as observações são fundamentalmente reais".


Marcus Muller

Muller , que trabalha no Instituto de Ótica Quântica e Informação Quântica em Viena, na Áustria, e seu colega filósofo Michael Kaffaro, da Universidade de Western Ontario, Canadá, põem em dúvida uma de nossas suposições básicas: a realidade é objetiva e independente de nós. Muller e Kuffaro não afirmam que o mundo é ilusório ou irrealista, mas afirmam que algo mais fundamental está por trás dele e que sua abordagem pode explicar a origem da realidade e como surgem as leis físicas fundamentais.

A teoria quântica já fez os físicos levarem a sério o papel de observador. Por exemplo, antes de medirmos um sistema quântico, ele pode ter propriedades conflitantes, por exemplo, estar em dois estados de energia diferentes. Quando fazemos a observação, forçamos o sistema a tomar um certo estado, ligando o ato de observação à própria realidade. Muller e Caffaro afirmam que simplesmente seguem esse caminho, levando-o ao seu fim lógico. Seu objetivo é desenvolver uma base para descrever a realidade sem assumir a existência de objetos comuns com propriedades determinadas pelas leis da física ² . Mas como resolver a tarefa ambiciosa de construir o Universo sem quaisquer blocos de construção ou instruções para sua montagem?

“O que significa, do ponto de vista matemático, que não existem leis da natureza? É como perguntar, mas e se você tiver apenas matemática? Isso poderia lhe dar algo que permita prever o que você verá, ou seja, algumas probabilidades de observação sem assumir mais nada? ", Diz Müller." Esse foi o meu ponto de partida. "

Um método matemático que pode ajudar a fazer isso já está disponível. O conceito de “probabilidade algorítmica” já é usado por quem trabalha com inteligência artificial e aprendizado de máquina. Ele descreve a probabilidade de ocorrência de observação em todo o espectro de possibilidades e os programadores a utilizam para criar robôs que podem "aprender" observando o ambiente e tomar decisões com base em resultados passados ³ .

Despejo no cérebro

Usando essa abordagem, Muller obteve uma descrição coerente da realidade a partir de descrições de conjuntos de observações feitas uma após a outra. Começa com uma observação que é codificada de alguma maneira. Esse método em si não importa, então digamos que usamos cadeias binárias com zeros e uns. A observação pode ser um despejo de dados em algum momento, descrevendo seu estado com uma longa sequência de bits. Mueller pega uma ferramenta matemática do campo da inteligência artificial e pergunta: qual a probabilidade de um programa aleatório de computador produzir esses bits por puro acaso? Isso é chamado de probabilidade algorítmica dessa observação.

Mueller postula que o que está acontecendo depende da probabilidade algorítmica devido ao que foi observado no passado e argumenta que esse processo pode moldar a própria realidade. Novas observações que não se encaixam em observações do passado, talvez mundos com cinco ou seis dimensões sejam descartadas, porque sua probabilidade é muito menor do que o mundo observado com três dimensões espaciais. Observações consistentes com o que vimos no passado e que correspondem à descrição do mundo no sentido usual, com leis comuns, são mais prováveis. Portanto, a partir de nossas observações, obtemos um "mundo emergente" ⁴ .

"Acontece que a probabilidade algorítmica é um conceito muito útil", diz Muller. As leis e leis físicas surgem da mesma maneira que as respostas corretas que os robôs dão como resultado do treinamento. "As leis tendem a se estabilizar, e você observa esses padrões ao seu redor e do mundo com essas leis", explica Müller. "Isso tem o mesmo fundamento matemático".

Renato Renner , físico teórico do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, Suíça, observa que na física há uma longa história de tentativas de formular teorias em primeira pessoa ⁵ . Mas, diferentemente da maioria das tentativas, Müller foi capaz de desenvolver "uma teoria bem definida, na qual resultados não triviais podem ser obtidos", diz Renner. "É simplesmente ótimo!" “Falando de maneira simples, Muller forneceu uma versão quantitativa do barbeador da Occam : atribui altas probabilidades a futuros eventos possíveis que têm a explicação mais simples.”

Cérebro de Boltzmann

Juntamente com uma explicação de por que as leis da natureza existem, a abordagem de Mueller também pode resolver alguns quebra-cabeças notórios na cosmologia e na teoria quântica. Um dos mais estranhos é conhecido como " problema cerebral de Boltzmann ". Esse conceito remonta ao final do século XIX, quando o físico Ludwig Boltzmann publicou uma teoria afirmando que a entropia ou desordem de um sistema fechado sempre aumenta. Pense no café quente na gaveta: a confusão neste sistema aumentará com o tempo, pois a energia térmica do café se dissipará no ar circundante. Mas sempre há a possibilidade de que parte do sistema flutue de desordem para ordem.

Boltzmann acreditava que a extraordinária complexidade da vida na Terra, incluindo nosso cérebro, é o resultado dessas flutuações aleatórias e que elas podem ocorrer em qualquer lugar do universo. Ele previu o surgimento de entidades autoconscientes, mais tarde chamadas de cérebros Boltzmann, aparecendo e desaparecendo espontaneamente. O mais estranho é que, nos últimos anos, os cosmólogos calcularam que muitos modelos do universo sugerem que o número de cérebros de Boltzmann deve exceder significativamente o número de cérebros humanos normais. Como você pode ter certeza de que não é um cérebro de Boltzmann e que sua próxima aparição não acontecerá nas profundezas do espaço?

A teoria de Mueller dá uma resposta encorajadora: continuar existindo normalmente na Terra é muito mais simples do que aparecer repentinamente no espaço. E se algo no sentido teórico da informação é mais simples, a probabilidade algorítmica diz que é mais provável.

As idéias ainda não foram totalmente elaboradas - Muller ainda não as publicou em uma revista revisada por pares. Mas o conceito despertou grande interesse e os convites para a conferência aumentaram. Rob Speckens , físico teórico do Perimeter Institute no Canadá, acredita que a teoria da informação algorítmica encontrará muitas aplicações na física no futuro e aplaude Mueller por ser uma das poucas pessoas a aceitar o desafio. "Este é um material muito original e instigante", disse ele.

Mas existem arestas na teoria, diz Rudiger Schack , matemático da Royal Holloway, Universidade de Londres, Reino Unido, que está trabalhando em uma interpretação alternativa da teoria quântica, que também dá ao observador um papel central chamado QBism (no wiki ). Embora Schack admire o rigor matemático do projeto, ele está preocupado com a falta de uma definição clara de agentes - as pessoas que fazem observações nas construções teóricas de Mueller. "Os agentes da teoria de Müller são entidades estranhamente diminuídas definidas por um processo aleatório", diz Schack. "A característica definidora dos agentes é que eles fazem escolhas e agem". Na teoria de Muller, pelo contrário, o conceito de ação, bem como o mundo em que os agentes atuam, são conseqüências secundárias da teoria. "Não combina comigo", resume Shack.

Müller concorda que o conceito de "ação do agente" não faz parte da descrição fundamental em sua teoria, mas ele não vê isso como uma falha. “A escolha da ação é um conceito secundário que não deve ser uma parte fundamental de nenhuma teoria física”, diz Muller, “assim como emoções ou livre arbítrio. Essa visão é consistente com o pensamento tradicional, por exemplo, em cosmologia. ”

Renner, que viu a versão preliminar do trabalho de Müller, afirma que este é um dos artigos mais interessantes que ele leu nos últimos dois anos ( arXiv: 1712.01826 ⁶ , uma versão curta do arXiv: 1712.01816 ), o que faz você pensar. "Em vista dos problemas conceituais que enfrentamos em nossas teorias físicas atuais, especialmente na teoria quântica", diz Renner, "essas abordagens radicalmente diferentes são, na minha opinião, extremamente necessárias".

Notas do autor da tradução

1. FQXi - Instituto Virtual de Pesquisa Básica. Apoia a pesquisa em física e cosmologia fundamentais através da concessão de subsídios. Mais de US $ 100.000 foram alocados para apoiar este projeto.

2. O autor do artigo, seguindo os desenvolvedores da teoria, usa o termo realidade objetiva, mas trata-se mais da realidade percebida pelos órgãos sensoriais, descrita pelas leis da física. Inicialmente, a teoria introduz definições de dois tipos de existência de objetos: existência P e existência M. Com base na existência P, é definido um mundo P, que pode ser interpretado como a existência da realidade objetiva no sentido metafísico desse conceito. A existência M pode geralmente ser entendida como a existência de um ambiente de computação universal, que, quando aplicado a um observador humano, pode ser interpretado como um ambiente de rede neural computacional do cérebro. Embora os autores da teoria não desenhem esses paralelos de forma explícita e, em geral, tentem não abusar de amplas generalizações no trabalho, o que é típico para trabalhos sobre tópicos semelhantes.

3. Talvez a abordagem descrita no artigo interesse os especialistas que trabalham com questões de IA; por esse motivo, os hubs incluem hubs de Inteligência Artificial e Algoritmos. Existem muitas publicações sobre o assunto de complexidade e probabilidade algorítmica no Habré, das quais as publicações do usuário auxiliar são dedicadas ao uso desses conceitos no campo da IA, veja 1 , 2 , 3 . Talvez tudo isso tenha pouca relevância à luz dos recentes avanços com o uso de RNAs no desenvolvimento da IA, no entanto.

4. Emergente no sentido do surgimento de uma nova qualidade integral, anteriormente ausente de partes.

5. O espírito mais próximo deste trabalho são as publicações de A. Kaminsky sobre física subjetiva . Em geral, este tópico inclui trabalhos e discussões relacionadas ao papel do observador e, em particular, sua consciência na física, começando com discussões sobre o problema das medições no CM no momento de sua criação e terminando com as profecias do tio Roger :) atualmente. Segundo o autor da tradução, o problema do observador é essencialmente de natureza interdisciplinar e não pode ser totalmente resolvido apenas dentro da estrutura da física.

6. O artigo acabou sendo um tanto aquoso, como às vezes acontece com os artigos científicos populares :), então, para os interessados, adicionei uma tradução do resumo do trabalho em si: