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segunda-feira, 23 de março de 2009

Diferenças Emaranhadas

aspectos de um modelo de consciência quântica

Autor: Nelson Job


Sou o Único e sou o Dual
Sou o ventre e sou a semente
Sou a bainha e sou o punhal
Sou a dor e sou o doente
Sou o horizonte e sou o olhar
Sou a lança e sou o lançador
Sou o fiel e sou o altar
Sou o fogo e sou o calor
Sou miserável e abastado
Sou o símbolo e sou o indício
Sou sombra e sou iluminado
Sou um fim e sou um início
Stefan George




A consciência quântica é uma especulação científico-filosófica das mais comentadas, porém pouco estudada, seja em sua base inevitável, a física quântica, ou em um modelo consistente, livre de especulações “esquisotéricas”. Tampouco as implicações filosóficas, de âmbito geral ou apenas da filosofia da ciência são raramente levadas em conta por autores de divulgação científica, menos ainda através de textos destinados sobretudo aos leitores leigos das ditas “humanidades”. Procurando esboçar um suprimento dessas carências, mostraremos os conceitos básicos da física quântica, um modelo de consciência quântica – o de Penrose e Hameroff – seguido de comentários de outrem e nosso.

A Década do Cérebro

Em 1979, Douglas R. Hofstadter (2000) lançou um livro intitulado “Gödel Escher Bach” em que ele defendia a Inteligência Artificial (I.A.) e que a máquina poderia substituir o cérebro humano, mais cedo ou mais tarde. Esta obra popularizou a discussão sobre I.A. e gerou uma grande discussão que se estende até hoje, sendo que seu “pico” teria sido na década de 90, considerada pelo então presidente norte-americano Bush “pai” como “a década do cérebro”. Inúmeras teorias sobre “o que é a consciência?” e como ela seria ou não passível de se realizar em uma máquina foram discutidas através de várias áreas do saber, a partir de diversos autores. Vejamos alguns dos mais proeminentes e suas idéias básicas.

O filósofo John R. Searle (1997) acredita que a consciência emerge das funções biológicas do cérebro; o filósofo Daniel C. Dennet (1988) afirma, a partir de teorias cognitivas, que a consciência não existe e a mente humana evoluiu de mentes mais simples; o biólogo Gerald M. Edelman (1992), com seu “darwinismo neural”, diz que feixes de neurônios são selecionados paralelamente no que ele chama de “reentrada”; o matemático e filósofo da ciência David Chalmers (1996) acredita que a chave para desvendar a experiência da consciência é uma teoria mais ampla da informação enquanto ubíqua, resultando em um dualismo naturalista e em uma expansão ontológica; os biólogos Francis Crick e Christof Koch (2004) apostam em descargas neuronais sincronizadas em torno de 40 hertz, que seriam o correlato cerebral da consciência; o neurocientista Antonio Damásio (2004), a partir de uma crítica a Descartes e uma ênfase nas relações da filosofia espinozista e neurociência, estabelece uma relação entre emoção, sentimento e consciência; o neuropsicanalista Mark Solms (2004) articula neurociência e psicanálise, identificando conceitos psicanalíticos no cérebro.

Em 1989, o físico Roger Penrose lançou o livro “A Mente Nova do Rei” (1989), em que ele defendia que o computador não poderia adquirir consciência, ou seja, não poderia ser exatamente igual ao cérebro humano. Utilizando uma física parcialmente especulativa, que deveria contemplar, segundo ele, uma revisão da física quântica e da teoria da relatividade, o seu livro se tornou popular e recebeu inúmeras críticas, o que fez Penrose retornar ao tema com, ao menos no desejo do autor, mais consistência, em 1994 com a obra “Shadows of Mind” (1994), em que ele já especifica um funcionamento quântico no cérebro, já baseado em artigos do anestesista Stuart Hameroff. Esse livro obteve menor aceitação, mas manteve a intensidade da discussão. Em 1996, Penrose e Hameroff (1996a) lançam o seu modelo de consciência intitulado “Orchestrated reduction of quantum coherence in brain microtubules: a model of consciousness”, no congresso em Tucson, nos E.U.A.. Mas antes de desenvolvermos o modelo de Penrose e Hameroff, faz-se necessário discorremos sobre a física quântica, seminal para a compreensão do modelo em questão.


Dualidade Partícula/onda e Emaranhamento Quântico

O termo “quântico” vem da palavra latina quantum, que significa “unidade mínima”, dado por Max Planck em 1900. O plural de quantum é quanta, que é como Planck achava que deveria se chamar a decomposição da energia. Ao longo do desenvolvimento da teoria, seu sentido etimológico foi se perdendo. Porém, quantum e átomo são sinônimos, e a física quântica se tornou a responsável pela popularidade quase hegemônica do atomismo, porém, o universo quântico não é discreto, pois até o seu “vazio” possui “preenchimentos”.

A dualidade onda/partícula é um dos conceitos mais importantes (e mais combatidos, como veremos com Bunge): imaginemos, ainda no nível macro, uma máquina de jogar bolas de basebol com um primeiro anteparo com dois orifícios maiores que a bola e um segundo anteparo sem buraco algum. Com a máquina jogando bolas aleatoriamente pelo espaço do primeiro anteparo, obviamente, apenas passarão para o segundo anteparo as bolas que foram jogadas na direção dos orifícios. No segundo anteparo, haverá marcas de bola no espaço onde, no primeiro anteparo, estão os orifícios. Onde não havia orifícios, as bolas batem no primeiro anteparo e voltam, não deixando marca alguma no segundo anteparo. Manteremos agora os anteparos, mas imaginemos uma onda de água. Quando a onda bate no primeiro anteparo com os orifícios, em cada orifício ela originará uma outra onda menor, sendo que no segundo anteparo, as marcas serão: no lugar dos orifícios teremos marcas de ondas e no espaço entre um orifício e outro teremos uma marca duplamente mais intensa, que corresponderia ao momento em que as ondas se encontraram. Transpondo estes exemplos para o mundo das partículas elementares ou micro, trocaremos a máquina de bolas de basebol por uma máquina de emissão de elétrons. Manteremos os anteparos, porém, obviamente, menores. A grande surpresa é que se emite partícula, ou seja, em nosso exemplo, um elétron, e no segundo anteparo observamos marcas de onda. O elétron, emitido como partícula, chega ao segundo anteparo como onda: a matéria no nível das partículas elementares, micro, se comporta como se fossem partícula e onda simultaneamente, resultando em uma sobreposição de estados partículas. A grande singularidade apresentada pelo fenômeno quântico é que, em várias emissões de elétrons, por exemplo, seguidas, o resultado do experimento sugere que o elétron passou ao mesmo tempo em ambos os orifícios. Este resultado é impossível de acontecer de acordo com a física clássica.



      


Emissão de partícula/onda




Todo este percurso, na história da física quântica, durou alguns anos. Ainda no século XIX, o físico e médico Thomas Young mostrou experimentalmente que a luz tinha o formato de onda. Vejamos a seguir a cronologia das descobertas da física quântica:

1900 - Max Planck descobriu a quantização da matéria;
1905 - Einstein introduz o conceito de quantum de luz;
1913 - Niels Bohr forjou o modelo do átomo de hidrogênio;
1924 – De Broglie introduziu o conceito de ondas de matéria;
1925 – Wolfgang Pauli lança o seu princípio de exclusão;
1926 – Max Bonr coloca as ondas quânticas como ondas de probabilidade matemática. Também é o ano da interpretação de Copenhague, onde se convenciona os termos científicos oficias da física quântica, incluindo a equação de Schrödinger;
1927 – princípio da incerteza de Heisenberg e o de complementariedade de Bohr;
1935 – gato de Schrödinger e experimento EPR;
1952 – interpretação de onda-piloto de David Bohm;
1957 – interpretação dos muitos mundos de Everet III e DeWitt;
1970 - descoerência de Dieter Zeh e
1996 – experimentos de Haroche. (FREIRE e FREITAS – 2006)

A interpretação dos muitos mundos de DeWitt e a interpretação de onda-piloto de David Bohm são idéias que são utilizadas na cosmologia. A descoerência ainda está em questão, mas é melhor aceita, como veremos.

A física quântica é uma das ciências de maior sucesso, com várias aplicações que fazem parte de nosso cotidiano como os usos do transistor na informática, do laser na ressonância magnética nuclear, a energia nuclear, materiais supercondutores,

David Bohm (PINGUELLI ROSA– 2006) elimina o colapso de onda, afirmando que a partícula é acompanhada por uma onda como as de Maxwell, mantendo assim, a não-localidade.

Uma questão recorrente em física quântica: o que é o colapso de função de onda? Sabe-se que a partícula tem vários estados possíveis, mas com um medidor se observa apenas uma. Para onde vão as outras? Hugh Everet III propôs em 1957 que as partículas existiriam ao mesmo tempo, porém em pontos distintos no espaço. DeWitt ampliou a idéia, propondo que existiriam universos paralelos, por isso não se “colapsa” a função de onda, as partículas foram distribuídas pelos universos.

Uma outra possibilidade é a citada decorência de Dieter Zeh, baseada em trocas ínfimas, mas constantes de fótons de um sistema físico. Assim, o dito sistema coerente, em função de onda, se dissiparia, tornando a física clássica uma parte da física quântica (PINGUELLI ROSA – 2006). Wojciech Zurek tem tido avanços nessa linha, que se mostra promissora.

Mario Bunge (2000) critica as noções da dualidade partícula e onda da física quântica porque, segundo ele, são conceitos da física clássica que, enquanto metáfora (que pode induzir ao erro), são usados na quântica. Para o físico e filósofo da ciência, a física quântica deve ser entendida dentro de suas próprias características e a filosofia positivista - que ele afirma permear as idéias de Bohr, Heisenberg e a maioria dos principais teóricos quânticos – é insuficiente. Bunge propõe o conceito de quantom, que, em condições naturais ou com um observador, se comporta, dependendo das circunstâncias, como partícula ou campo. Assim, o quantom elimina também o princípio de complementariedade.

Um erro recorrente que Bunge verifica na divulgação da física quântica é a afirmação que é impossível medir a velocidade e a posição de um elétron ao mesmo tempo. O que deveríamos fazer, segundo o autor, é renunciar à noção de “atributos autônomos do objeto”. Vamos manter a nomenclatura de partícula-onda em função do modelo de Penrose e Hameroff que a mantêm.

Vamos ao segundo conceito importante, o de emaranhamento quântico: em 1935, Einstein (que era um crítico da física quântica apesar de que, com o seu movimento browniano, embora lhe tenha dado contribuições importantes) escreveu junto com Podolsky e Rosen um artigo intitulado: “Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?”, em que criticava algumas características da mecânica quântica, afirmando que, se ela estivesse certa, ocorreria uma simultaneidade entre duas partículas, o que contradizia a teoria da Relatividade, em que afirmava não haver nenhuma velocidade superior à da luz; ou seja, uma simultaneidade entre partículas, à luz da relatividade, seria impossível. Einstein (GALVÃO – 2007) chamava o emaranhamento de “ação fantasmagórica a distância”. Niels Bohr respondeu o artigo dizendo que realmente o fenômeno ocorria, o que em 1965 foi sistematizado matematicamente por John Bell, que afirmava que a rotação de spins de partículas emaranhadas só se determinava depois da medida e no início da década de 80 foi realizado em laboratório por Alain Aspect, entre outros. Curiosamente, este fenômeno foi batizado de fenômeno EPR, com as iniciais de seus críticos. Teoricamente, poderia haver um emaranhamento em qualquer distância. Em laboratório, observou-se até então emaranhamento de 15 quilômetros (PENROSE – 2005).

O que é este fenômeno? Imaginemos um elétron na Terra e outro na Lua. Observando neles o emaranhamento: o que quer que aconteça com um, acontece simultaneamente com o outro. O emaranhamento quântico vem sendo pesquisado hoje na área da criptografia de computadores (NIELSEN – 2005 e COLLINS - 2006). A grande contribuição de um possível computador quântico é a possibilidade de fazer cálculos de fatoração de números primos muito mais rápidos (GALVÃO-2007).

Esta é uma interpretação do fenômeno quântico. Existem alguns poucos que não concordam com a física quântica e acham que a física clássica vai explicar todos os fenômenos ditos quânticos, mas, em geral, ela é bem aceita, com a ressalva de que a interpretação é apenas uma interpretação, que tenta explicar os fenômenos observáveis em laboratório. Existe uma frase célebre de Richard Feynman de 1965: “... acho que posso dizer sem medo de errar que ninguém entende a mecânica quântica” (GREENE – 2001). Tal frase evidencia, no mínimo, a dificuldade de dar uma interpretação para tão instigantes fenômenos.

Voltemos ao modelo de consciência de Penrose e Hameroff.

O Modelo

Penrose e Hameroff se utilizam de algumas propriedades biológicas do cérebro para desenvolver o seu modelo. Dentro dos neurônios existem os microtúbulos, que são uma espécie de cilindros formados por tubulinas. Penrose (1994) verifica que os microtúbulos têm propriedades dos números de Fibonacci (uma cadeia sucessiva de números cuja soma do dois anteriores é o próximo número: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34...) nas relações de cílios e tubulinas etc. Hameroff (2002) afirma que a rede de microtúbulos é fractal à rede neuronal.


Neurônios e seus microtúbulos



Um microtúbulo e suas tubulina

Estas tubulinas são bem pequenas, com cerca de 08 nanômetros e têm funcionamento semelhante aos autômatos celulares o que significa representar valores de 0 e 1. Para Penrose e Hameroff, nestas tubulinas existe funcionamento quântico.

Os fenômeno quântico chamado coerência ocorre quando muitas partículas podem cooperarem um único estado, fenômeno do qual emerge a supercondutividade. O físico Herbert Frohlic (PENROSE - 1994 e PENROSE e HAMEROFF - 1995) traz a descrição de efeitos vibracionais nas células ativas que poderiam ressoar com micro-ondas de radiação eletromagnética, o que possibilitaria a coerência quântica nos microtúbulos do neurônio, legitimando assim o modelo de Penrose e Hameroff.
Em um período de tempo relativamente grande – algo em torno de 0,4 segundo - as tubulinas entram em superposição quântica e, em seqüência, uma tubulina resulta do processo de sobreposição de colapso de onda (que resultaria em uma partícula, neste caso, em uma tubulina). O colapso de onda, para Penrose, não tem uma explicação convincente pela física atual. Ele acredita que a resposta está na física vindoura da gravitação quântica. Ele a chama de redução objetiva (objective reduction – OR – que ainda faz um trocadilho em inglês: onda que colapsa em uma partícula ou (or) outra). Em seqüência, entra novamente em sobreposição e continua o processo. Este processo acontece com cada tubulina do microtúbulo, e se repete em vários microtúbulos em vários neurônios.

A gravitação quântica é um dos elementos de uma nova física que Penrose conclama. A sua proposta de unificação da teoria da Relatividade com a mecânica quântica é chamada de Twistors (PENROSE – 2005), uma tentativa de desenvolver uma teoria não-local do espaço-tempo. A unificação que possui mais seguidores entre os físicos é a teoria das Supercordas. Penrose admite algumas articulações possíveis entre os Twistors e as Supercordas.

Penrose e Hameroff acreditam que essa seqüência de colapsos de onda resultando em tubulinas são o que geram o fluxo de consciência . Ou seja, uma inversão da interpretação corriqueira da física quântica: não é o medidor/observador que efetiva o colapso de onda, e sim, o colapso de onda que “cria” o observador. São os colapsos de onda que geram a consciência.

Um problema recorrente em teoria da mente e nos estudos de consciência é o “problema da ligação” (binding problem). Onde no cérebro está localizada a função de ligar todas as funções: visão, audição, sinestesia etc, ou seja: como eu tenho a sensação de unidade de todas as funções do cérebro? Para Penrose e Hameroff, essa ligação é feita pelo emaranhamento quântico, em espaços de poucos centímetros entre partes do cérebro.

Penrose (1994) coloca que as relações entre mundo mental, mundo das idéias e mundo físico concebidos a partir de Popper, têm propriedades misteriosas, pois estes mundos parecem um emergir do outro, se conectando como um triângulo impossível a que o pintor Escher tanto se refere:


O triângulo impossível de Escher



Os três mundos de Penrose (1994)


Nos parece que Penrose está tangenciando o problema de inseparabilidade de natureza e cultura, de um ponto de vista totalmente físico. O que mostra mais uma vez como estes conceitos possuem ressonâncias. É importante evidenciar que o “platonismo”, em Penrose, sai do intangível, ganhando um estatuto físico.

Abner Shimony, professor de filosofia e física da Universidade de Boston, responde a uma seqüência de palestras de Penrose – em que este explica seus livros sobre consciência - registrada no texto “Sobre mentalidade, mecânica quântica e a atualização de potencialidades” (PENROSE – 1997a). Shimony cita o seu “whiteheadismo modernizado”. afirmando que esta teoria fornece o que falta à teoria da mente de Penrose: “a idéia de mentalidade como algo ontologicamente fundamental no Universo”. Penrose (1997a) responde: “Embora eu não tenha explicitadamente afirmado nem em Emperor nem em Shadows a necessidade de que a mentalidade seja ‘ontologicamente fundamental no Universo’, acho que algo dessa natureza é de fato necessário”.

Penrose e Hameroff (1996) começaram a trabalhar com a sugestão de Shimony e Hameroff (2002) afirma, mais tarde, que o colapso de onda, as mônadas de Leibniz e as ocasiões atuais de Whitehead são equivalentes e sugere, obviamente, que a OR de Penrose também seria. Ele acrescenta também o conceito budista de “momentos de experiência”. Hameroff sabe que as ocasiões atuais de Whitehead, tanto quanto as mônadas, estariam presentes no universo inteiro. Para dar consistência às suas equivalências, ele recorre à escala de Planck, presentes tanto na teoria das Supercordas como na teoria dos Twistors de Penrose e também na teoria dos loops quânticos para sugerir que as ocasiões atuais sejam incorporadas em uma escala de Planck, com isso, colocando todos estes conceitos como equivalentes e ubíquos no universo.

Uma questão que fica aparentemente sem resposta no modelo de Penrose e Hameroff é: como as seqüências de colapsos de onda ou OR manteriam uma seqüência coerente no fluxo da consciência? Por que o colapso não é ora de um jeito, ora de outro? Quem vai dar a resposta é Henry Stapp (1994), que, também articulando física quântica e a filosofia de Whitehead, vai afirmar que os processos mente-cérebro quânticos se sequenciam não-randomicamente, assim como a ocasião atual de Whitehead é uma seqüência no devir: o nexus. A proposta de Stapp vai dar fomento à proposta de Hameroff de equivalência de OR com as ocasiões atuais.

O modelo de Penrose e Hameroff recebeu várias críticas de vários campos de estudo da consciência: Dennet (1988) critica a utilização do teorema de Gödel feita por Penrose e diz que sua crítica às tentativas de IA baseadas em algoritmos é infundada. Searle (1998) insiste que a consciência é uma propriedade biológica do cérebro, o que tornaria desnecessária a utilização da física quântica. Chalmers (1996) afirma que o modelo de Penrose, como tanto outros, apenas é uma tentativa de explicar o problema fácil (easy problem): “o que é a consciência?”, mas o problema difícil (hard problem), continua sem resposta: “o que é a experiência da consciência ?”. Tegmark criticou a ausência do conceito de decoerência quântica na obra de Penrose. Pinguelli Rosa e Faber (2004) respondem afirmando que a descoerência é compatível com a proposta de Penrose.

Penrose e Hameroff (1996a) afirmam que a anestesia elimina o OR e os estados alterados de consciência como meditação, uso de drogas (e acrescentaríamos: esquizofrenia) aumentam-no (cerca de 7 OR por segundo). Sabe-se que o primeiro anti-psicótico, o Amplictil, Torazina (Cloridrato de clorpromazina) é um anestésico, e, em contrapartida, existem estudos (JAVITT e COYLE – 2004) afirmando que o uso de cetamina, também um anestésico, induz sintomas semelhantes da esquizofrenia. A cetamina, segundo os autores, raramente induz alucinações esquizóides em voluntários normais, mas exacerba esses distúrbios nos portadores de esquizofrenia.

Javitt e Coyle (2004) afirmam que pesquisas com gêmeos concluem que os genes não são determinantes para a ocorrência de esquizofrenia e citam uma pesquisa que diz: “nenhuma área do cérebro é ‘responsável’ pela esquizofrenia. Tal como um comportamento normal requer que todo o cérebro atue como orquestra afinada, assim também a quebra de funções na esquizofrenia deve ser vista como uma ruptura nas interações muitas vezes sutis entre as diferentes regiões cerebrais”.

Outro estudo sobre a cetamina (VASCONCELOS, ANDRADE et al. - 2001), afirma que a droga é usada em festas e em laboratório, neste último caso, usada para induzir estados de esquizofrenia em roedores. Segundo os autores: “Doses baixas de cetamina, utilizadas pelos viciados, produzem melhora no humor e sintomas psiquiátricos como perda da realidade, despersonalização, alucinações visuais, sonhos prazerosos ou não, perda de atenção, de habilidade de aprendizado e de memória. Doses mais altas causam vômitos, fala arrastada, amnésia, redução da função motora, delírio com ou sem agitação psicomotora, movimentos tônicos-clônicos, taquicardia ou bradicardia, hipotensão e depressão respiratória. Usuários de altas doses reportam experiências como saída do próprio corpo ou proximidade à morte, como também distúrbios visuais ou flashbacks que podem durar dias ou semanas após a exposição. Os possíveis efeitos sobre a cognição ou psiquiátricos, produzidos pelo uso da droga em longo prazo, não foram suficientemente estudados em usuários. Tolerância e dependência foram reportadas, mas estudos adicionais são necessários para se determinarem os sintomas da retirada e um tratamento eficaz para ela.”

A cetamina parece que, em baixas quantidades, diminuir o OR e, em muita quantidade, aumenta. Estas pesquisas mostram que a anestesia, que diminui o OR, é também anti-psicótico, que teoricamente teria o mesmo resultado. Esta constatação nos faz reafirmar que a esquizofrenia, tal como os estados alterados de consciência, como a meditação, envolvem aumento de OR. Também mostram que o funcionamento, “normal” ou “esquizofrênico” do cérebro envolvem várias partes orquestradas, conceito usado tanto pelo físico quanto pelos psiquiatras.

As idéias de Penrose e Hameroff são baseadas em uma física especulativa e até o momento, esta física não tem comprovação. Nas palavras de Penrose (1997b): “Obviamente, há muita especulação nestas sugestões, mas parece-me que alguma coisa deste tipo se faz necessária.” A despeito das críticas que tanto Penrose como Hameroff receberam, acreditamos que, para além das questões relativas aos microtúbulos e tubulinas, a relação colapso de onda (ou OR) e consciência e, consequentemente, a relação entre seqüência de colapsos de onda e fluxo de consciência ou duração bergsoniana, são possibilidades relevantes para o nosso estudo, e as equivalências sugeridas por Hameroff (2002) nos remetem a atravessamentos que julgamos serem passíveis de frutíferas investigações.

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