O Multiverso pode salvar-nos das inteligências de Boltzmann?

Você pode confiar que o mundo se comporte consistentemente durante suas observações? Bem, os cientistas não têm muita escolha. Eles precisam assumir que observações objetivas do universo podem ser confiáveis.

Essa suposição nos permitiu desenvolver poderosas teorias sobre o funcionamento interno do cosmos. Paradoxalmente, porém, também nos mostrou a possibilidade de estarmos enganados apesar de tudo. Essa é uma ideia conhecida como “cérebro de Boltzmann” (Boltzmann Brain) e decorre de algumas das questões mais profundas da física.

“O problema surge quando começamos com a nossa experiência do mundo, usamos essa experiência  para construir nossa melhor teoria de como o mundo realmente funciona, e então percebemos que essa teoria em si prediz que os dados de nossos sentidos não são confiáveis”, escreve Sean Carroll, físico teórico do Caltech, em um artigo publicado em fevereiro de 2018.

Ele escolheu como título de seu trabalho “Por que os cérebros de Boltzmann são ruins” porque tenta provar que as teorias que predizem esse tipo de “consciência” são, como resultado, “cognitivamente instáveis, ou seja, elas não podem ser simultaneamente verdadeiras e justificadamente acreditadas”. Elas nos levam a pensar que o universo poderia ser simplesmente a nossa mente pensando que é parte de um vasto cosmos.

Ludwig Boltzmann, apesar do título de Sean Carroll, tinha um bom cérebro. Ele é talvez mais famoso por desenvolver, em 1872, a teoria cinética dos gases. A teoria de Boltzmann, além de explicar como o calor e a energia são o resultado de interações moleculares, deu uma definição clara a um conceito conhecido como entropia. A entropia é frequentemente descrita como uma medida do distúrbio de um sistema, e a segunda lei da termodinâmica afirma que a entropia de um sistema nunca pode diminuir.

Físico austríaco Ludwig Boltzmann

Na física, a pressão, a temperatura e o volume de um gás são conhecidos como o estado de um gás. No modelo de Boltzmann, qualquer arranjo de átomos ou moléculas que produz este estado é conhecido como um microestado do gás. Como o estado de um gás depende do movimento geral de seus átomos ou moléculas, muitos microestados podem produzir o mesmo estado. Boltzmann mostrou que a entropia pode ser definida como o número de microestados que um estado possui. Quanto mais microestados, maior a entropia. Isso explica por que a entropia de um sistema tende a aumentar. Com o tempo, é mais provável que um gás se encontre em um estado com muitos microestados possíveis do que um com poucos microestados.

Como a entropia aumenta com o tempo, o universo inicial deve ter entropia muito menor. Isso significa que o Big Bang deve ter tido uma entropia extraordinariamente baixa. Mas por que o estado primordial do universo teria uma entropia tão baixa? A teoria de Boltzmann fornece uma resposta possível. Embora os estados de entropia mais altos sejam mais prováveis ​​ao longo do tempo, é possível que um sistema termodinâmico diminua sua entropia. Por exemplo, todas as moléculas de ar em uma sala poderiam simplesmente se acumular em um canto da sala. Não é muito provável, mas, estatisticamente, é possível. A mesma ideia se aplica ao universo como um todo: se o cosmo primordial estava em equilíbrio termodinâmico, há uma pequena chance de que as coisas se juntaram para criar um estado de entropia extremamente baixo. Esse estado então acionou o Big Bang e o universo que vemos ao nosso redor.

No entanto, se a baixa entropia do Big Bang foi devida apenas ao acaso, isso leva a um problema. Macacos infinitos podem digitar aleatoriamente as Obras Completas de Shakespeare, mas eles seriam muito mais propensos a digitar o Endereço Gettysburg, muito mais curto. Da mesma forma, um Big Bang de baixa entropia poderia surgir de um estado primordial, mas se o universo é uma coleção de microestados, é mais provável que ele se encontre em um estado consciente que pensa estar em um universo e não em todo o universo físico em si.

Isto significa que o surgimento de um cérebro de Boltzmann que pense estar observando um universo propício à vida é mais provável do que o surgimento de um universo propício à vida que possa ser realmente percebido por um cérebro de Boltzmann.  E como a vida orgânica e a consciência humana dependem de um universo propício à vida, a probabilidade de existirem mentes humanas no universo é muito menor do que a possibilidade de existirem cérebros de Boltzmann no cosmos. A teoria de Boltzmann leva a um paradoxo, em que a própria suposição científica de que podemos confiar no que observamos leva à conclusão de que não podemos confiar no que observamos.

Embora seja um paradoxo interessante, a maioria dos astrofísicos não acredita que os cérebros de Boltzmann sejam uma possibilidade real. (Carroll, por exemplo, impiedosamente os considera “autodestrutivos e indignos de consideração séria”, por causa de sua instabilidade cognitiva). Em vez disso, eles buscam processos físicos que resolvam o paradoxo. Os processos físicos que dão origem à possibilidade cerebral de Boltzmann são as flutuações da energia do vácuo intrínsecas à teoria quântica – pequenas flutuações de energia podem surgir do vácuo. Geralmente, eles não são perceptíveis, mas sob certas condições, essas flutuações de vácuo podem levar a coisas como a radiação de Hawking e a inflação cósmica no início do universo. Estas flutuações estavam em equilíbrio térmico no universo primordial, então elas seguem as mesmas estatísticas aleatórias de Boltzmann que o cosmo primordial.

Mas acontece que, como o universo está se expandindo, essas flutuações aparentes podem não estar vindo do vácuo. Em vez disso, à medida que o universo se expande, a borda do universo observável faz com que as flutuações térmicas apareçam da mesma forma que o horizonte de eventos de um buraco negro dá origem à radiação de Hawking. Isso dá a aparência de flutuações de vácuo, do nosso ponto de vista. O verdadeiro vácuo do espaço e do tempo não é flutuante, por isso não pode criar um cérebro de Boltzmann.

Segundo a termodinâmica, é mais provável surgirem inteligências sem corpo do que consciências resultantes da evolução da vida orgânica. E isso é um problema.

A ideia, do físico da Caltech, Kimberly Boddy, e seus colegas, é um tanto especulativa, e tem uma pegadinha interessante. O argumento de que o verdadeiro vácuo do universo é estacionário depende de uma versão da teoria quântica conhecida como a formulação de muitos mundos. Nessa visão, a função de onda de um sistema quântico não “colapsa” quando observada. Pelo contrário, diferentes resultados do sistema quântico entram em decoerência e simplesmente evoluem ao longo de diferentes caminhos. Onde antes o universo era uma superposição de diferentes resultados possíveis, a decoerência quântica cria dois resultados definidos. É claro que, se nossas mentes são simplesmente estados físicos dentro do cosmos, nossas mentes também são divididas em dois resultados, cada um observando um resultado particular.

Ao resolver o paradoxo dos cérebros de Boltzmann, talvez tenhamos que encarar a realidade de que cada um de nós não é tão único quanto parece. O modelo de muitos mundos também poderia ser chamado de modelo de muitas mentes. Em um universo de muitos mundos haveria mentes muito parecidas com as nossas, cada uma com experiências ligeiramente diferentes, e cada uma tendo tanto direito de ser chamadas de “nós” quanto nós.

Tradução do texto Can Many-Worlds Theory Rescue Us From Boltzmann Brains?, disponível na Nautilus magazine, ampliada com algumas colocações de Sean Carroll publicadas em seu blog pessoal e em seu livro From Here to Eternity.