Universul ca un ceas
Există unele experimente care pur și simplu te fac să… te oprești. Care te fac să reconsideri tot ce ai știut vreodată. Genul de experiment după care simți nevoia să ieși afară, în aerul rece, cu berea ta preferată sau cu brânza ta preferată - sau poate cu ambele - și pur și simplu să stai privind în gol o vreme.
Pentru mine, unul dintre aceste experimente a fost efectuat de Benjamin Libet în anii '80. Le-a pus oamenilor electrozi și le-a cerut doar să-și miște încheietura mâinii în mod aleatoriu, ori de câte ori aveau chef. Total aleatoriu, total alegerea lor. Măsura ceva numit „potențial de pregătire“, adică o acumulare de semnale electrice în creier chiar înainte de a începe mișcarea. E ca și cum creierul se pregătește de acțiune înainte de a trimite semnalul prin nervi pentru ca mișcarea să aibă loc.
Asta era cunoscut de vreo câteva decenii și totul era în regulă și un pic plictisitor, dar Libet a adăugat un element nou. I-a pus pe participanți să privească un ceas și să noteze momentul în care au simțit pentru prima dată senzația conștientă de a se mișca. Cu alte cuvinte, i-a rugat să urmărească momentul în care au decis să-și miște încheietura. Apoi a comparat acest moment cu momentul în care apare acumularea potențialului de pregătire… și era mai târziu.
Nu glumesc. Conform tuturor acestor măsurători, participanții au decis să-și miște încheietura (în sensul că erau conștienți de alegerea lor aleatorie) la o cincime de secundă DUPĂ ce creierul începuse deja procesul declanșării mișcării.
Ieși un pic afară dacă ai nevoie. Sunt aici când te întorci.
Nu există un răspuns definitiv la acest experiment. Ar putea fi că liberul-arbitru este o iluzie și că doar CREDEM că facem alegeri, când de fapt creierul nostru urmează un scenariu preprogramat stabilit de legile fizicii. Sau poate că potențialul de pregătire este exact asta – o PREGĂTIRE care pune creierul în stare de activare pentru mișcare, dar care nu duce neapărat mereu la mișcare. Sau… sau poate e ceva mai complex.
Nu există un răspuns definitiv la întreaga întrebare a liberului-arbitru. Am tot dezbătut-o de… să vedem… da, practic de-a lungul întregii istorii. Și probabil mai mult.
Sunt multe lucruri. Cosmolog. Comunicator de știință. Soț devotat și părinte. Amator entuziast de brânzeturi. Dar sunt și multe lucruri pe care NU sunt. Nu sunt neurolog. Nu sunt psiholog. Nu sunt filosof (deși, mică paranteză, PhD înseamnă literalmente „doctor în filosofie“, toți oamenii de știință sunt automat filosofi, doar că pe o RAMURĂ specializată a filosofiei, așa că, pentru claritate, sunt un specialist ÎN ACEA ramură, nu un expert în celelalte). Asta înseamnă că, spre deosebire de, habar n-am, explozii de supernove sau masa neutrino, nu pot să-ți dau un răspuns la această întrebare. Și bănuiesc că eu, ca fizician, nu pot NICIODATĂ să-ți dau un răspuns final la această întrebare. Și ar trebui să fii foarte, foarte precaut când cineva pretinde că ARE un răspuns, mai ales dacă își începe explicația cu „sunt fizician“.
Dar ceea ce PUTEAM face este să explorăm ce are fizica de spus pe acest subiect. Ceea ce, chiar dacă nu duce la un răspuns complet, tot înseamnă FOARTE MULT.
Iar primul lucru pe care fizica îl spune este că universul este – hm – cauzal determinist. Determinismul cauzal e un termen dificil, dar înseamnă că fizica funcționează. Fiecare efect are o cauză. A duce la B, care duce la C, care duce la o stea care explodează sau la molecule care se pliază într-o proteină. Și avem legi ale fizicii care ne ghidează. De când Galileo a început programul de aplicare a matematicii în fizică (și da, chiar trebuie să fac un episod despre Galileo, cred că spun asta de câțiva ani), am devenit tot mai sofisticați în capacitatea noastră de a: 1) descrie procesele naturale cu teorii ingenioase și 2) folosi acele teorii pentru a prezice ce se va întâmpla în viitor.
Cea mai clară formulare a acestui concept vine de la Pierre-Simon Laplace, „Newton al Franței“, suficient de inteligent cât să supraviețuiască atât Revoluției Franceze, cât și ascensiunii ȘI căderii lui Napoleon, și între timp să contribuie la aproape fiecare domeniu al științei, pentru că asta făcea Laplace.
Laplace ne-a cerut să ne imaginăm o ființă super-inteligentă, pe care o numim astăzi „Demonul lui Laplace” pentru că sună incredibil, care să poată face un instantaneu al poziției și impulsului fiecărei particule din univers. Și de acolo, demonul ar putea aplica legile lui Newton pentru a prezice fiecare acțiune care se va petrece în viitor.
Iată un fragment tradus din „Eseu filozofic asupra probabilităților“ (1815):
„Putem privi starea prezentă a universului ca efect al trecutului său și cauză a viitorului său. O inteligență care, într-un anumit moment, ar cunoaște toate forțele care pun natura în mișcare și toate pozițiile tuturor elementelor din natură, dacă ar fi suficient de vastă pentru a supune aceste date analizei, ar cuprinde într-o singură formulă mișcările celor mai mari corpuri din univers și ale celui mai mic atom; pentru o astfel de inteligență nimic nu ar fi incert și viitorul, la fel ca trecutul, s-ar afla înaintea ochilor săi“.
Deci da, unde e liberul-arbitru? Nu există. Sau nici măcar loc pentru divinitate nu mai există. Când Laplace și-a prezentat cândva lucrarea, „Mécanique Céleste“, lui Napoleon, împăratul l-a întrebat de ce „nu a menționat niciodată Creatorul“ (adică pe Dumnezeu). Răspunsul lui Laplace: „Nu am avut nevoie de acea ipoteză“.
Universul haotic
Întreaga fizică se sprijină pe determinismul cauzal. Este modul în care facem fizică. ESTE fizica. Așa facem predicții pentru experimente și stabilim cum arăta universul în trecut. Dacă nu am avea determinism cauzal, atunci… viața ar fi mult mai dificilă.
Da, demonul lui Laplace nu EXISTĂ de fapt, și nu avem TOATE legile fizicii… încă. Și chiar dacă nu le-am avea niciodată, chiar dacă am opri toată cercetarea în fizică și am spune gata, am terminat, renunțăm, ceea ce contează este că ideea lui Laplace funcționează ÎN PRINCIPIU. Atâta timp cât îți poți imagina o astfel de super-inteligență, atunci determinismul cauzal este adevărat și liberul-arbitru nu există.
Dar stai puțin, Laplace nu a trăit acum mai bine de două sute de ani? Nu a avansat fizica de atunci? De ce ne pasă ce are de spus un francez mort de mult pe acest subiect?
Întrebări corecte. Fizica a avansat enorm. Și există trei ramuri ale fizicii care… ei bine, nu prea readuc liberul-arbitru, dar cu siguranță creează fisuri în întregul concept de determinism cauzal.
Prima dintre aceste ramuri este teoria haosului. Dacă îți dau un pendul, îți pot prezice perfect mișcarea pentru toată eternitatea. Îmi spui unghiul inițial, lungimea firului, intensitatea gravitației Pământului și gata. Pot scrie o singură ecuație care îți va spune exact unde va fi acel pendul la orice moment în viitor, oricât de îndepărtat. Determinism cauzal la superlativ.
Dar dacă îți dau un PENDUL DUBLUL? Mai întâi, ai putea crede că nu sunt cel mai inspirat dăruitor de cadouri și că dacă ajung să ofer pendule duble ar trebui să-ți ofer în schimb un plic plin cu bani, ceea ce e corect. Dar, în fine, un pendul dublu este un pendul atașat de capătul altui pendul.
Iar aici devine nebunie curată. Determinism cauzal? Verificat. Toate forțele naturii și toate interacțiunile posibile? Cunoscute. Matematica? Simplă și directă. Capacitatea de a prezice viitorul? Dispărută complet.
Un pendul dublu este HAOTIC. Acestea sunt sisteme fizice care ajung în locuri aleatorii și imprevizibile, chiar dacă știm starea inițială cât putem de bine. Pentru că dacă există cea mai mică incertitudine, chiar și una MICROSCOPICĂ, capacitatea mea de a prezice comportamentul pendulului departe în viitor se prăbușește total.
Ca să pot prezice viitorul nu am nevoie doar de legile fizicii, ci și de starea inițială. Trebuie să știu EXACT la ce unghi a început pendulul. La un pendul obișnuit, dacă greșesc un pic în măsurarea poziției sale, nu e mare lucru. Acea incertitudine, acel mic „zgomot“, nu se amplifică, nu face nimic – nu îmi afectează abilitatea de a face predicții viitoare.
Dar un pendul dublu? Un sistem haotic? Dacă poziția lui REALĂ la început diferă chiar și cu o cantitate SUPER MINUSCULĂ, ca un femtometru, de ceea ce CRED eu că este poziția inițială, atunci haosul intră în scenă cu forță. Incertitudinile într-un sistem haotic se AMPLIFICĂ de la un moment la altul. Iar ceea ce observ este că la început pendulul dublu este aproximativ acolo unde prezic că ar trebui să fie, dar nu trece mult până când iese complet din ritm, și înainte să îmi dau seama nu mai am nicio idee ce se întâmplă sau cum să-l urmăresc.
Determinismul cauzal încă există. Nu e nicio magie, niciun deget divin care se întinde din ceruri ca să împingă pendulul când nu mă uit. Totul este doar legile lui Newton și gravitația și F=ma și toate lucrurile obișnuite. Este cauzal, este determinist… și imprevizibil.
Sistemele haotice sunt peste tot. Este unul dintre motivele pentru care vremea e atât de greu de prezis. Nu doar pentru că e complexă (cu multe forțe, interacțiuni și particule implicate), ci pentru că este haotică: chiar și o eroare foarte foarte foarte mică de măsurare sau evaluare scapă de sub control până la punctul în care predicția pe termen lung devine imposibilă.
Teoria haosului nu înclină argumentul liberului-arbitru într-o direcție sau alta, dar îl nuanțează. Teoria haosului ne spune că în anumite cazuri nu putem face niciodată predicții complet precise. Chiar și super-inteligența lui Laplace ar da greș, pentru că este imposibil să cunoaștem starea inițială a fiecărei particule din univers cu o precizie infinită.
Așadar, teoria haosului nu DISTRUGE determinismul, ci îl face doar mai amuzant. S-ar putea ca liberul-arbitru să existe în continuare sau s-ar putea ca liberul-arbitru să nu existe, dar să nu putem niciodată prezice acțiunile.
Și, uite, știu că leg întrebarea liberului-arbitru de întrebarea determinismului, ceea ce nu este neapărat corect. Pentru că dacă spui că determinismul nu există și că pot exista efecte fără cauze, atunci poți spune și că nu suntem responsabili pentru acțiunile noastre, deoarece nu avem voință asupra lor. Alegerile și acțiunile noastre pur și simplu… se întâmplă, fără intervenția vreunui element de control propriu. Așa că, într-un fel, ai putea AVEA nevoie de determinism pentru ca liberul-arbitru să funcționeze, pentru că asta e singura modalitate prin care putem fi responsabili pentru alegerile pe care le facem.
Dar există, desigur, alte argumente filosofice în jurul acestui subiect (au avut destulă practică în ultimele câteva mii de ani). Și, desigur, nu sunt filosof. Așa că voi continua să mă concentrez pe determinism, pentru că acolo are fizica cel mai mult de spus.
Iar mecanica cuantică are FOARTE multe de spus despre determinism.
Un univers superdeterminist
Să zicem că pui la punct un experiment pentru a măsura o proprietate cuantică a particulelor subatomice. Cum ar fi, nu știu, spinul. Toate particulele fundamentale au spin, și chiar dacă ele nu sunt de fapt bile minuscule care se rotesc, noi tot pretindem că sunt, pentru că lumea cuantică este ciudată și nu avem prea multă experiență cu ea, așa că apelăm la cea mai apropiată analogie pe care o putem găsi, iar aceasta se păstrează în minte, deși nu prea are sens, dar pe de altă parte nimic din mecanica cuantică nu are sens cu adevărat.
Acum - expirație lentă.
Iată problema. Faci un experiment cuantic și nu poți afla rezultatul în avans. Totul e aleatoriu, totul e probabilistic, totul e funcție de undă și regulă Born și așa mai departe.
Ah, și principiul incertitudinii al lui Heisenberg? Știi, acela care spune că nu putem cunoaște niciodată exact atât poziția, cât și impulsul unei particule subatomice? Ei bine, acolo se duc speranțele de a ocoli teoria haosului găsind coduri secrete care să îți ofere măsurători perfect precise. Principiul Heisenberg garantează că nu vei reuși niciodată, ceea ce e „drăguț”.
Putem găsi originea liberului-arbitru în incertitudinea cuantică? Eh, într-un fel da, într-un fel nu, depinde cum privești lucrurile.
Pe de o parte, mecanica cuantică este tot o teorie fizică, ceea ce înseamnă că se bazează în continuare pe determinism cauzal. Trebuie doar să fim atenți la CE anume determinăm. În mecanica cuantică, efectele încă au cauze, evenimentul A încă duce la evenimentul B. Nimic nu se întâmplă FĂRĂ VREUN MOTIV. Există în continuare legi ale fizicii care guvernează evoluția sistemelor și ne permit să prezicem ce se va întâmpla în viitor.
Dar ceea ce mecanica cuantică dă peste cap este abilitatea noastră de a prezice PRECIS ce se va întâmpla. Putem doar să atribuim probabilități diferitelor rezultate. Măsori spinul cuantic al unei particule subatomice și ai o șansă de 50/50 să obții fie spin-up, fie spin-down. Nu va fi spin-lateral sau spin-dublu. Și nu va fi 1% spin-up și 99% spin-down. Putem face o predicție: vei obține fie spin-up, fie spin-down și ai șanse egale pentru fiecare dintre ele.
Nu putem spune pe care îl vei obține cu certitudine, dar putem atribui probabilități și putem calcula. Putem prezice viitorul într-un anumit sens, și știm că efectele au cauze, iar curgerea timpului are sens și toate celelalte, trebuie doar să adăugăm un pic de neclaritate cuantică atunci când vorbim despre sisteme cuantice.
Apoi există principiul corespondenței. Mecanica cuantică nu există în vid. Este parte din universul mai larg… adică universul. Folosim regulile cuantice pentru a înțelege sistemele cuantice, care sunt aproape întotdeauna sisteme subatomice. Nu folosim regulile cuantice pentru a descrie literalmente tot ce se întâmplă în univers. Dacă îți arunc un electron, e mecanică cuantică. Dacă îți arunc o minge de baseball, e fizică normală.
Trebuie să existe o corespondență între aceste două domenii. Iar această corespondență este guvernată de… principiul corespondenței. El spune, în esență, că da, poți folosi mecanica cuantică pentru sisteme cuantice, dar când aduni multe particule într-un obiect macroscopic, trebuie să revii la fizica obișnuită, ne-cuantică.
Și asta nu este doar o idee frumoasă. Este integrată în teoria cuantică. Când am început să întâlnim sisteme cuantice, nu aveam idee ce să folosim ca ghid în a decide ce legi și reguli se aplică și care nu. Principiul corespondenței ne ajută: dacă vrei să creezi o teorie cuantică, asigură-te că reproduce fizica normală atunci când treci la sisteme normale.
Dar când și cum are loc această tranziție de la fizica cuantică la cea obișnuită este un lucru încă necunoscut. Așadar, dacă mecanismele interne ale creierului nostru, mai ales generarea deciziilor, se află ferm în domeniul cuantic, atunci poate exista un anumit aspect al liberului-arbitru care nu poate fi prezis niciodată. Dar, din moment ce credem cu tărie că principiul corespondenței este adevărat (și nu avem niciun motiv să ne îndoim de el), iar creierul este evident un obiect macroscopic, s-ar putea ca mecanica cuantică să nu aibă absolut nimic de spus despre liberul-arbitru, iar toată povestea asta să fie doar o „acadea roșie” cuantică.
Trebuie să menționez totuși că există o posibilitate de a elimina toate probabilitățile cuantice. Aceasta printr-un concept numit superdeterminism. De obicei gândim experimentele cuantice din două perspective: există partea cuantică, implicând particule subatomice, care fac ce au chef să facă. Și apoi există noi, observatorii/ experimentatorii/ cei care fac măsurătorile, care nu suntem obiecte cuantice și care avem ceva numit liber-arbitru.
Versiunea extrem de scurtă a superdeterminismului este că toți suntem sisteme cuantice, toți suntem cuplați cuantic și interconectați unii cu alții. Iar în loc de evenimente aleatorii, întreaga stare cuantică a universului evoluează dintr-un set foarte specific de condiții inițiale pentru a conduce la un rezultat precis, predeterminat, într-un experiment. Cu alte cuvinte, poți scăpa de aleatorietatea experimentelor cuantice dacă găsești o modalitate ca universul să nu aibă altă opțiune decât să ajungă la acel rezultat.
Superdeterminismul nu este foarte bine privit, pentru că deschide o mulțime de întrebări neplăcute și fără răspuns, precum cum a fost posibil ca starea inițială a întregului univers să fie atât de perfect ajustată încât să producă acest rezultat și chiar existența noastră, în loc de un haos incoerent? De asemenea, cam distruge întreaga știință: nu mai „învățăm“ nimic despre univers prin experimente, pentru că rezultatele sunt toate predeterminate.
Dar distruge și liberul-arbitru la nivel cuantic, ceea ce e convenabil dacă asta cauți.
Un univers emergent
Dar nu urmărim un răspuns absolut într-un sens sau altul, nu-i așa? Suntem aici să explorăm idei – și asta e, de fapt, cea mai mare parte a distracției. Iar un alt aspect al fizicii care intervine în discuția despre liberul-arbitru este conceptul de emergență.
Avem toate aceste teorii ale fizicii extrem de interesante și de elegante. Avem electromagnetismul. Avem teoria cuantică a câmpurilor. Avem ecuația Navier–Stokes. Și toate sunt foarte bune, foarte puternice și ne spun cum vor evolua anumite sisteme precise în timp. Ne spun istoria universului sau prognoza meteo pentru weekend ori ce fel de particule subatomice bizare vor apărea când ciocnim lucruri foarte tare.
Dar există mai mult în viață – și în viața din univers – decât aceste legi. Iar faptul că poți scrie o lege care descrie un fenomen într-un anumit domeniu nu înseamnă că poți prezice automat comportamentul altor sisteme mai mari, mai complexe.
Dar uneori poți. De exemplu, temperatura. O singură particulă nu are temperatură. Are o poziție și o viteză. Dar dacă aduni un număr enorm de particule, dintr-o dată apare o proprietate nouă a întregului sistem: temperatura unei cutii de particule. Temperatura EMERGE din mișcările individuale ale particulelor, deși fiecare particulă în parte nu are nicio idee despre ce vorbești atunci când aduci vorba de „temperatură”.
Chiar avem o modalitate de a conecta proprietățile microscopice ale particulelor cu comportamentul macroscopic emergent, și asta se face prin mecanica statistică, care este uimitoare și, din păcate, nu este subiectul episodului de azi.
Dar mecanica statistică este o excepție, nu regula. Să iau un exemplu opus: emoțiile. Știm cu toții că emoțiile au o componentă fiziologică. Există schimbări chimice, hormonale și fizice care au loc în corpul și creierul tău atunci când simți, să zicem, tristețe sau bucurie.
Tehnic vorbind, dacă reducem totul la esență, nu sunt decât o grămadă de particule subatomice mișcându-se. Iar noi avem o teorie puternică ce descrie cum se comportă particulele subatomice, și aceasta este teoria cuantică a câmpurilor. Așadar, ÎN PRINCIPIU, într-un univers determinist ar trebui să fie posibil să pornești de la teoria câmpurilor cuantice și, dacă lucrezi suficient, să descrii tot ce se întâmplă în creierul și corpul tău atunci când devii trist.
Doar că nu o facem. Și, mai rău, nici NU PUTEM. Emoțiile sunt o proprietate EMERGENTĂ a sistemului corp/ creier uman.
Nu există nicio teorie a fizicii care să poată descrie apariția emoțiilor pornind de la principii fundamentale.
Chiar dacă am cunoaște toată fizica din întregul cosmos și noi înșine am deveni demonii lui Laplace, TOT nu am putea folosi acea fizică fundamentală pentru a face astfel de predicții, pentru că emergența rupe legătura dintre comportamentele microscopice fundamentale și manifestările macroscopice.
Și tocmai în limbajul emergenței s-ar putea găsi o modalitate de a salva liberul-arbitru într-un univers determinist. Cei mai mulți filosofi se aliniază la o formă sau alta de compatibilism, care afirmă că liberul-arbitru, așa cum îl înțelegem noi (libertatea de a face alegeri care nu sunt cauzate sau forțate), este compatibil cu determinismul cauzal.
Adică, să zicem că îți ofer o alegere. Vrei o felie de mimolette franțuzească sau, nu știu, o minunată scamorza italiană? Ambele alegeri sunt compatibile cu toate legile fizicii și cu determinismul. Odată ce ai făcut alegerea, universul se pune în mișcare și restul decurge.
Singurul lucru care ne interesează este alegerea în sine, așa că poate – un mare poate – există o lege a fizicii încă nedescoperită care PERMITE liberul-arbitru, chiar într-un univers determinist. Iar singurul motiv pentru care pare un mister este acela că încă nu am avansat suficient în fizica noastră ca să realizăm această conexiune.
Una dintre cărțile mele preferate din toate timpurile este „Gödel, Escher, Bach” de Douglas Hofstadter. În carte, el arată exemple din muzică, artă și matematică pentru a demonstra cum elemente simple și lipsite de sens, repetate într-un anumit fel, pot da naștere unor sisteme extrem de complexe și pline de sens. El propune această idee ca o modalitate de a înțelege conștiința: că există reguli pe care universul le respectă și care pot da naștere unor lucruri precum liberul-arbitru. Că poți să ai „prăjitura metafizică” și să o și mănânci.
Trebuie doar să ne păstrăm mintea deschisă la alegerile pe care universul ni le oferă.
Apropo, asta a mai fost încă o glumă despre liberul-arbitru.
Traducere după Does free will exist? (CC BY 4.0) de Paul Sutter
