Locality, Probability and the Relevance of History

No vasto panorama da física moderna, dois pilares imponentes erguem-se lado a lado, mas frequentemente parecem falar línguas diferentes. Um é a teoria da relatividade, que nos ensina que nada pode viajar mais rápido que a luz e que as causas devem preceder seus efeitos em uma ordem local estrita. O outro é a mecânica quântica, o livro de regras do mundo subatômico, que descreve uma realidade onde partículas podem estar ligadas através de vastas distâncias de maneiras que parecem desafiar essa mesma ordem local. Durante décadas, essa tensão foi acentuada por um enigma famoso conhecido como o teorema de Bell. Este teorema sugere que, se o universo seguir as regras da relatividade e se as partículas tiverem propriedades definidas antes de serem medidas, certos padrões estatísticos em experimentos nunca deveriam ocorrer. No entanto, em laboratórios ao redor do mundo, esses padrões ocorrem. O universo parece estar quebrando as regras da causa e efeito locais, forçando os físicos a escolher entre abandonar a ideia de que as causas são locais ou aceitar que o universo é mais estranho do que pensávamos.

Um novo artigo do filósofo Sebastian Horvat oferece uma maneira diferente de olhar para este enigma. Em vez de escolher entre a localidade e o comportamento estranho das partículas quânticas, Horvat sugere que nossa compreensão de como a história influencia o futuro é a parte que talvez precise de ajustes. Ele propõe que o conflito surge não porque a natureza seja não-local, mas porque temos assumido que o passado é irrelevante para o presente em um sentido técnico específico. Ao redefinir o que significa para uma teoria ser "local" em um mundo probabilístico, Horvat argumenta que os fenômenos quânticos podem permanecer perfeitamente locais sem violar a velocidade da luz, desde que aceitemos que a história completa de como uma situação chegou a ser importa mais do que acreditávamos anteriormente.

Para entender a mudança, deve-se primeiro ver como as regras antigas foram escritas. Por muito tempo, os físicos acreditaram que, se você soubesse tudo o que estava acontecendo no passado imediato de um evento, poderia determinar exatamente o que aconteceria a seguir. Esta é a ideia de determinação funcional: o presente é um resultado direto do passado imediato. No entanto, a mecânica quântica não é determinística; ela lida com probabilidades. Você não pode dizer com certeza onde um elétron irá pousar, apenas a probabilidade de ele pousar em vários pontos. Para acomodar isso, o famoso físico John Bell propôs uma regra modificada. Ele sugeriu que, embora o passado possa não determinar o resultado exato, ele deveria determinar a probabilidade desse resultado. Na visão de Bell, se você conhece o estado do passado imediato, a probabilidade de um evento acontecer aqui não deve mudar, não importa o que esteja acontecendo longe, em um lugar que a luz não pode alcançar. Isso se tornou o teste padrão para a "causalidade local".

Horvat argumenta que o teste de Bell, embora lógico, perde uma nuance crucial quando aplicado a um mundo de probabilidades. Ele aponta que a regra de Bell trata cada cenário possível de forma isolada. Ela pergunta: "Dado este passado específico, qual é a probabilidade deste futuro?". Mas Horvat sugere que uma maneira mais natural de generalizar a ideia de determinação local é observar como as probabilidades em si se relacionam umas com as outras através de diferentes histórias possíveis. Em sua visão, uma teoria verdadeiramente local deve garantir que a distribuição de probabilidade de um evento seja determinada pela distribuição de probabilidade de eventos em seu passado imediato. É uma mudança sutil, mas profunda: em vez de eventos determinarem outros eventos, ou eventos determinarem probabilidades, as distribuições de possibilidades determinam as distribuições de futuras possibilidades.

Quando Horvat aplica esta nova definição, mais flexível, de localidade aos dados, um resultado surpreendente emerge. As estranhas correlações vistas em experimentos quânticos, que violam as desigualdades de Bell, não necessariamente quebram esta nova regra. A violação só acontece se mantivermos uma suposição adicional e oculta: a ideia de que a história é irrelevante. Esta suposição, que os físicos frequentemente tomam como certa, é a crença de que, uma vez que você conhece o estado atual de um sistema, o caminho específico que ele percorreu para chegar até aqui não importa para prever seu futuro. É a crença de que o momento presente contém toda a informação necessária, e o passado é apenas uma história esquecida.

Horvat demonstra que, se você abandonar essa suposição, o conflito desaparece. Ele propõe que a probabilidade futura de um evento pode depender da história de como o estado atual foi alcançado. Para visualizar isso, imagine um cubo vermelho aparecendo em uma sala. Se você assumir que a história é irrelevante, você preveria seu comportamento futuro baseando-se apenas no fato de que ele é um cubo vermelho agora, independentemente de como ele chegou lá. Mas se a história for relevante, o futuro do cubo pode depender de se ele chegou a partir de uma pirâmide vermelha ou de uma esfera vermelha. No mundo quântico, o "cubo vermelho" é um resultado de medição, e seu "histórico" inclui a cadeia específica de eventos que levou as partículas emaranhadas a estarem no estado em que se encontram. O artigo sugere que as correlações que vemos não são conexões mágicas através do espaço, mas o resultado do fato de que o estado atual carrega uma memória de sua origem específica.

Isso não significa que as causas viajam de volta no tempo ou que o futuro altera o passado. Em vez disso, significa que a probabilidade do que acontece a seguir não é fixada unicamente pelo instantâneo do presente, mas é refinada pelo contexto completo de como esse instantâneo foi formado. O artigo argumenta que o universo não é "Markoviano", um termo técnico para sistemas onde o futuro depende apenas do presente. Em vez disso, o universo é sensível à sua própria história. A probabilidade de um evento é determinada pela probabilidade dos eventos em seu passado imediato, mas essa distribuição de probabilidade do passado é, ela própria, moldada pela história mais profunda. Isso permite que a teoria respeite a velocidade da luz e a natureza local da causa e efeito, ao mesmo tempo em que explica as conexões misteriosas que a mecânica quântica revela.

As implicações desta visão são significativas para como entendemos a realidade. Sugere que a "ação fantasmagórica à distância" que Einstein tanto detestava pode ser uma ilusão criada pela negligência da relevância da história. Se aceitarmos que o passado importa, podemos manter a ideia reconfortante de que as causas são locais e que nada viaja mais rápido que a luz. O artigo não afirma ter resolvido todos os mistérios da mecânica quântica, nem fornece uma nova teoria completa do universo. Em vez disso, oferece um novo arcabouço lógico que remove a contradição entre a relatividade e a mecânica quântica. Sugere que o caminho a seguir não reside em abandonar a localidade, mas em reconhecer que a história de como chegamos aqui é essencial para entender para onde estamos indo.

No fim, este trabalho nos convida a repensar a natureza do tempo e da causalidade. Propõe que o universo é uma tapeçaria onde os fios do passado são tecidos nas probabilidades do futuro. Ao reconhecer que a história é relevante, podemos reconciliar os dois grandes pilares da física sem sacrificar o princípio fundamental de que as causas são locais. O artigo nos deixa com a possibilidade de que uma teoria local e realista do mundo quântico ainda está ao nosso alcance, desde que estejamos dispostos a ouvir a história completa do passado, e não apenas o momento presente.