Cérebro de Boltzmann: vivemos em uma simulação? - Médico - 2023

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Com tempo suficiente, tudo o que não é impossível acontecerá.

Que esta frase sirva de ponto de partida para uma das especulações da física mais especulativas (vale a pena redundância), mas também a mais espetacular do mundo. E é que Em tempo infinito, tudo o que pode acontecer acontecerá. Tudo. Absolutamente tudo.

E por "tudo" também se inclui que, no meio do espaço, se forma um cérebro no qual há ilusões de memórias e sensações. Por "tudo", está incluído que você é um cérebro flutuando no espaço que se originou há alguns segundos (ou anos) atrás e que tudo que você pensa que vê, lembra, experimenta e sente é uma simulação.

Não. Não enlouquecemos. E não. Você não está em uma página de ficção científica. Você está em uma página de ciências. E o que acabamos de dizer não é apenas fisicamente possível, mas com os modelos atuais do Universo, é impossível negar que isso pode acontecer. É mais. Se o tempo fosse infinito, seria impossível que esses cérebros cósmicos não se formassem.

Prepare-se para sua cabeça explodir, porque hoje vamos falar sobre o Cérebros de Boltzmann, entidades hipotéticas que poderiam ser geradas por flutuações cosmológicas em um Universo caótico e que eles abririam a porta (melhor, forçar) que toda a sua vida era uma simulação dentro de um cérebro que flutua pelo espaço. E mais uma vez: não enlouquecemos. A ciência é uma loucura. E você vai descobrir aqui e agora.

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O lado negro da entropia: o caos do Universo

Antes de começarmos a trabalhar e falar sobre simulações e cérebros flutuando no espaço, temos que nos colocar em contexto e entender o princípio físico do qual deriva essa especulação selvagem. E esse princípio tem nome e sobrenome. Bem, basta nomear: entropia.

O princípio da entropia ou segunda lei da termodinâmica nos diz que a quantidade de entropia no Universo tende a aumentar com o tempo. Mas o que é entropia? É comum ouvir a definição de que entropia é sinônimo de desordem. Mas isso é simplificar demais algo que, na verdade, é muito mais complexo.

Existem muitas definições diferentes de entropia, mas todas giram em torno de um conceito-chave: entropia é uma magnitude (e não uma força, veremos agora) que mede a maneira pela qual um sistema fechado (isolado) evolui para um estado estatisticamente mais provável. A entropia é uma consequência da probabilidade aplicada à termodinâmica. Bom senso aplicado ao Universo.

O Universo sempre tende à desordem e ao caos, não porque haja uma força que empurra em direção a essa desordem maior, mas simplesmente porque a desordem é muito mais provável do que a ordem.. O Universo tende para o mais provável. E como o mais provável é também o mais caótico, dizemos (na verdade, incorretamente) que o Universo tende à desordem.

A entropia é uma consequência de dois fatores que ocorrem no Universo: muitas (trilhões) de partículas formando o mesmo sistema e aleatoriedade dentro dele. O sistema, então, evolui para o estado que surge após o mais combinatório possível.

O fato de um gás ocupar todo o recipiente em que se encontra (como uma sala) e estar em estado de desordem não é consequência de uma força específica que o leva a fazê-lo, mas da probabilidade.

Existem milhões de milhões de milhões de conformações microscópicas de moléculas de gás que levam, em um nível macroscópico, a ver o gás ocupando toda a sala; enquanto o fato de que eles se acumulam em um canto responde a muito poucas conformações microscópicas.

É tão infinitamente improvável que as moléculas de gás de repente vão para um canto, que não há tempo no Universo para que isso aconteça. Mas, tecnicamente, isso pode acontecer. Não existe lei que o impeça. Lembre-se de que a entropia não é uma lei física. É uma lei estatística. Fale sobre probabilidades.

E embora em um tempo limitado, esse estado de ordem superior não ocorrerá (não há lei física que impeça um cubo de gelo de se formar no meio de um lago, sem que seja frio, por simples combinatória das moléculas de água), o a entropia pode quebrar quando este tempo tende para o infinito.

Como dissemos no início, com tempo suficiente, tudo o que não é impossível acontecerá. E uma vez que a entropia não é uma lei ou uma força, mas uma consequência da probabilidade, coisas muito estranhas podem acontecer. Que você se afoga em uma sala porque todo o ar vai para um canto e, até mesmo, que um cérebro surge no meio do espaço. Mas não vamos nos precipitar.

Para saber mais: "O que é entropia?"

Ludwig Boltzmann e o paradoxo da entropia

Como acabamos de ver, não é fisicamente impossível que trilhões de moléculas se juntem, indo da desordem à ordem, para formar uma estrutura. É altamente improvável. Incrivelmente improvável. Sim. Mas não impossível. E em muito tempo, tudo o que não é impossível acontecerá, lembre-se.

E é hora de falar sobre Ludwig Boltzmann, físico austríaco e pai do que é conhecido como mecânica estatística que, no final do século 19, deu contribuições muito importantes para a física, especialmente no que diz respeito à segunda lei da termodinâmica. Sem ir mais longe, ele desenvolveu a chamada constante de Boltzmann, um conceito-chave para o cálculo matemático da entropia.

Infelizmente, Boltzmann suicidou-se em setembro de 2006 e, embora as causas nunca tenham sido claras, acredita-se que tenha sido devido ao pouco reconhecimento acadêmico que suas ideias inovadoras receberam. Boltzmann foi um mal-entendido que, em parte, foi ridicularizado pela comunidade científica.

Mas quais eram essas idéias? Temos que ir ao contexto de meados e final do século XIX. A Teoria do Big Bang nem era imaginável, então os físicos ainda estavam tentando entender a origem do nosso Universo. E um dos que se aventurou a dar uma visão sobre isso foi Ludgwig Boltzmann, que, por meio de seus profundos conhecimentos de termodinâmica (e principalmente de estatística), deu uma hipótese sobre o nascimento do Universo.

Boltzmann sabia que o Universo deveria tender para a desordem (já explicamos as nuances disso), pois isso era indicado pela entropia. Mas então por que nosso Universo estava tão bem organizado em galáxias, estrelas e planetas? Boltzmann considerava nosso Universo excessivamente organizado. Tinha que ser mais caótico.

Nesse contexto, Boltzmann comunicou à comunidade científica que o Universo era menos caótico do que o previsto pela segunda lei da termodinâmica que ele tão bem conhecia. E ele sabia tão bem que sabia até que, embora em um tempo limitado, nunca veremos como esse princípio de entropia é quebrado; com tempo ilimitado, sim, você pode.

E é aqui onde, como e quando ele apresenta sua teoria sobre a origem do nosso Cosmos. Boltzmann formulou a hipótese de que nosso Universo observável era um estado de exceção ordenado aleatoriamente dentro de um Metauniverso verdadeiramente caótico que, em tempo infinito, reuniu as probabilidades de surgimento de uma flutuação menos desordenada: nosso Universo.

Ou seja, de acordo com Boltzmann, nosso Universo viria de um ponto no tempo em que, ao permitir tempo suficiente, a entropia dentro de um Universo muito maior e mais caótico que o nosso seria quebrada. Nosso Cosmos seria um estado de exceção (infinitamente improvável, mas não impossível) dentro de um sistema verdadeiramente caótico: um Universo mãe.

Ludwig Boltzmann (1844 - 1906), físico austríaco pioneiro da mecânica estatística.

E, apesar de os modelos atuais (basicamente, pelo que sabemos sobre o Big Bang e a inflação do Universo) nos dizerem que isso é impossível, a comunidade científica ridicularizou Boltzmann, o que, certamente, o fez decidir tomar seu própria vida com 62 anos em Duino, Itália.

Ainda assim, nesse contexto que mostra o lado mais sombrio da ciência, aconteceu algo que abriria as portas para uma das especulações mais espetaculares da história da física e, certamente, da ciência.

Arthur Stanley Eddington, astrofísico britânico da primeira metade do século 20, especialmente conhecido por seus trabalhos sobre a teoria da relatividade, na tentativa de mostrar o lado mais humorístico (certamente, sem más intenções) da hipótese de Boltzmann sobre a origem da Universo, ele encontrou o lado mais perverso e louco de sua teoria.

Eddington disse: "Claro, e se em vez de um Universo sendo formado do nada, um cérebro que flutue no espaço não fosse formado?" Nessa tentativa de ridicularizar o trabalho do falecido Boltzmann, ele trouxe à tona uma nova teoria que ainda está forte hoje: os cérebros de Boltzmann.. E agora, sim, prepare-se para o seu cérebro explodir. Nunca melhor disse.

Recomendamos que você leia: "As 11 dimensões do Universo (explicado)"

Cérebros de Boltzmann: somos uma simulação? Deus existe?

De acordo. Talvez a ideia de que todo o Universo observável, com seus 93.000 milhões de anos-luz de diâmetro e seus 2 milhões de galáxias, surgiu como um estado de flutuação dentro de um Cosmos muito maior e mais caótico, seja demais. Mas e se o que emergisse dessa flutuação não fosse um Universo, mas um cérebro?

Ainda é uma loucura, sim. Mas não podemos negar isso, Dentro da quase impossibilidade, que um cérebro surja de um estado de caos é menos impossível do que um Universo surja. Pelo menos até agora nós concordamos, certo?

E já dissemos que com o tempo, tudo o que não é impossível é que não pode acontecer, mas que vai acontecer. Em um tempo infinito, tudo o que é estatisticamente possível (por mais quase impossível que seja) acontecerá.

E é estatisticamente possível que as moléculas de hidrogênio, carbono, silício, oxigênio etc., presentes em uma nebulosa no meio do espaço, adquiram a conformação exata para criar um cérebro. Que não. Não insista. Não é impossível. É "impossível" em nossa concepção de tempo. Mas não existe nenhuma lei física que impeça um conjunto de moléculas de apenas assumir a conformação X.

E um cérebro é, no final das contas, uma configuração simples de moléculas e átomos. É possível, então, que dado tempo suficiente, um cérebro surja no meio do espaço. Sim. A probabilidade é extremamente baixa. Diz-se que a probabilidade (impossível de calcular) de um cérebro emergir, devido a uma quebra de entropia em uma porção do espaço e à combinação certa de moléculas, seria de 10 elevado a 10 elevado a 69. Ele é um número tão grande que é inimaginável.

Mas se houver tempo suficiente, não é impossível que um cérebro surja no meio do espaço. Além disso, se o Universo e o tempo são infinitos, o que é impossível é que esse cérebro não surja. Na verdade, com o tempo infinito, é impossível que no meio do espaço, por uma combinação aleatória de moléculas, não apareça um prato de macarrão. A física também.

E essa entidade que se formou como uma flutuação dentro de um estado caótico do Universo é conhecida como o cérebro de Boltzmann. E se o fato de que a segunda lei da termodinâmica permite (e força, se o tempo é infinito) que, no meio do espaço, um cérebro apareça magicamente, espere. Tem mais.

E é que, de acordo com essa teoria, você seria um cérebro de Boltzmann. Sim. Como você ouve. Você seria um cérebro flutuando no meio do espaço que surgiu em algum momento desde o início do Universo até um milésimo de segundo atrás. Sim. Você poderia ter nascido um segundo atrás. Ou nascer agora. Ou agora!

No final, tudo o que somos, sentimos e percebemos está em nosso cérebro. Não podemos ter certeza de que o que nos rodeia é realmente real (vale a pena redundância), pois tudo tem sua origem nas conexões neurais. De cheirar uma flor para relembrar memórias. Tudo está no cérebro.

E se tudo é, no final das contas, uma ilusão ou uma interpretação do cérebro e da física que permite que os cérebros de Boltzmann existam, diga-me por que você não poderia ser um cérebro flutuando no espaço com uma falsa ilusão de memórias e sensações.

Você poderia ser um cérebro de Boltzmann no qual átomos, moléculas, proteínas, hormônios, neurônios e neurotransmissores se reuniram como uma flutuação quase impossível dentro do Universo que faz você ter memórias e sensações que só são reais dentro deste cérebro vagando pelo espaço.

Tudo o que você lembra pode nunca ter acontecido. Todas essas pessoas que você encontra podem ser apenas imagens criadas pelo cérebro. Todo o Universo ao seu redor poderia ser apenas uma projeção dentro do cérebro de Boltzmann. Você seria apenas uma entidade que flutua no espaço dentro do qual são geradas falsas memórias e sensações que, no fundo, é o que nos faz estar (ou nos sentir) vivos.

Tudo o que você considera sua vida seria uma simulação que, cuidado, ninguém criou. Uma simulação criada por uma quebra no princípio de entropia que fez com que um cérebro emergisse no meio do espaço. Então haveria Deus. Seria você. Você, como cérebro de Boltzmann, seria o Deus do Universo que está se simulando dentro de você.

Lembre-se, em um tempo infinito, tudo o que não é impossível acontecerá. E isso não é impossível. É quase impossível. Mas esse "quase" obriga a que, em um intervalo de tempo infinito, seja impossível que não haja cérebros de Boltzmann. E se você fosse um? E se eu, que estou escrevendo isso, não existisse ou fosse apenas uma projeção do seu cérebro?

Tudo que sei é que existo. Portanto, sou meu cérebro de Boltzmann. Embora, claro, possa ser apenas uma projeção tentando convencê-lo de que eu sou, quando, na verdade, o Deus é você. Estatisticamente falando, poderíamos ser um cérebro de Boltzmann. Ainda assim, os cientistas acreditam (esperam) que existe algo no Universo que impede que isso aconteça. Porque, nesse caso, a existência humana seria uma coisa assustadora. Sean Carroll, físico e cosmologista americano, em um artigo que deixamos para vocês na seção de referências, explica por que esses cérebros não podem existir.

Certamente, os cérebros de Boltzmann são simplesmente um paradoxo. Mas se a entropia pode ser quebrada (e parece não haver nada para evitá-lo), com tempo suficiente, o cérebro de Boltzmann poderia (deveria) existir. Definitivamente algo em que pensar quando for dormir.