Is Mathematics the Language of Nature - A Thought Experiment on Alternative Languages for Describing Natural Phenomena

Durante séculos, os cientistas mais bem-sucedidos operaram sob uma suposição única e poderosa: o universo fala uma linguagem que podemos ler, e essa linguagem é a matemática. Do movimento dos planetas ao comportamento dos átomos, o mundo natural parece ceder seus segredos apenas quando os traduzimos em números, formas e regras lógicas. Essa visão sugere que as leis da natureza não são apenas descritas pela matemática, mas são, de fato, feitas dela. No entanto, uma nova linha de pensamento questiona se este é o único modo de compreender a realidade. Ela pergunta se o nosso sucesso com a matemática ocorre porque o universo é inerentemente matemático, ou simplesmente porque os cérebios humanos são programados para pensar em símbolos e padrões. Se o universo possui outras formas de se organizar, talvez formas que não decomponham as coisas em partes ou utilizem equações, poderemos estar perdendo uma dimensão inteira de como a natureza funciona. Esta questão situa-se na intersecção entre a física, a filosofia e o estudo de como mentes e corpos interagem com o mundo.

Em um artigo recente, a pesquisadora Gabi Siboni, da Universidade de Ariel, explora essa possibilidade não tentando provar uma nova teoria, mas projetando um experimento mental para testar os limites do nosso entendimento atual. O artigo não afirma ter encontrado uma nova linguagem da natureza. Em vez disso, propõe um método para distinguir entre duas possibilidades muito diferentes. A primeira é que qualquer forma bem-sucedida de prever o mundo, mesmo que não se pareça em nada com a matemática, é secretamente apenas matemática disfarçada. A segunda é que poderia haver uma forma genuína e alternativa de descrever a realidade que não pode ser traduzida em matemática sem perder informações essenciais. Para explorar isso, a autora imagina três tipos diferentes de seres inteligentes enfrentando o mesmo problema físico complexo, como prever o movimento de um planeta ou como a energia se desloca em um campo.

O primeiro ser é um cientista humano que utiliza o método tradicional: decompor o problema em pequenas partes, medir variáveis e escrevê-las em um sistema de regras e símbolos. Este é o método padrão que impulsionou a física moderna por centenas de anos. O segundo ser é uma criatura com uma mente biológica que não utiliza símbolos ou escreve regras. Em vez disso, seu corpo e sistema nervoso estão fisicamente sintonizados com o ambiente. Quando este ser tenta prever um movimento, ele não calcula; ele simplesmente simula o resultado dentro de sua própria estrutura física, tal como um jogador de futebol que intercepta uma bola sentindo o vento e seu próprio equilíbrio, em vez de resolver um problema de física em sua cabeça. O terceiro ser é ainda mais diferente. Ele experiencia o universo não como objetos separados movendo-se no espaço, mas como um fluxo unificado de sensações e sentimentos. Para este ser, a órbita de um planeta pode parecer uma melodia específica ou um estado emocional complexo, onde cada mudança no mundo físico corresponde a uma mudança na qualidade de sua experiência.

O cerne do artigo é um teste para ver se essas diferentes formas de saber são realmente linguagens distintas ou apenas a mesma linguagem usando uma máscara diferente. O teste pergunta: se tentarmos traduzir as previsões feitas pelos dois e terceiro seres para a linguagem do primeiro ser, perderemos algo? Se a tradução for perfeita, então os outros seres estão apenas realizando estruturas matemáticas de uma maneira diferente. Mas se a tradução falhar — se a versão matemática não conseguir prever o resultado tão bem quanto o ser original, ou se não conseguir distinguir entre mudanças sutis que o ser original consegue sentir — então temos evidências de uma linguagem que não é a matemática. A autora sugere que, se tal falha ocorrer, isso significaria que a matemática não é a única forma de descrever a natureza, mas sim a forma como os humanos, por acaso, a descrevem.

Para tornar essa ideia concreta, o artigo aponta para tecnologias modernas que já existem. Redes neurais profundas, que são sistemas computacionais modelados a partir do cérebro humano, conseguem aprender a prever eventos físicos complexos, como a formação de redemoinhos na água durante uma tempestade ou o movimento de um pêndulo duplo, sem nunca terem sido ensinadas uma única equação. Esses sistemas desenvolvem suas próprias formas internas de compreensão que são incrivelmente precisas. A autora propõe que podemos testar esses sistemas tentando forçá-los a expressar seu conhecimento em fórmulas matemáticas padrão. Se o processo de forçá-los a falar em matemática causar uma queda em sua precisão, ou se eles perderem a capacidade de distinguir entre duas situações muito semelhantes, isso sugeriria que sua forma de saber não é apenas matemática em outra forma. Sugeriria que sua estrutura interna contém informações que a matemática padrão não consegue capturar.

O artigo não afirma ter provado que essas linguagens alternativas existem. De fato, a autora é cuidadosa ao declarar que atualmente não temos prova de que a matemática seja a única linguagem da natureza, apenas que ela é a única que conseguimos atualmente escrever e compartilhar. O valor deste trabalho reside em deslocar a questão de um debate filosófico para um programa de pesquisa prático. Ele oferece uma maneira clara de comparar diferentes sistemas: medindo quanta informação é perdida quando tentamos traduzir um sistema não simbólico em um sistema simbólico. Se a perda for pequena, estamos provavelmente lidando com a mesma estrutura subjacente. Se a perda for significativa, podemos estar diante de uma forma fundamentalmente diferente de compreender o mundo.

Em última análise, o artigo sugere que nossa crença de que o universo é escrito em matemática pode ser um reflexo de nossas próprias mentes, em vez de um fato sobre o universo em si. Assim como uma pessoa antiga que conhecia apenas a linguagem falada poderia assumir que toda comunicação deve ser sonora, nós podemos assumir que todo entendimento deve ser simbólico. O artigo conclui que, se outras linguagens da física existem, elas podem permanecer ocultas não porque a natureza as mantém em segredo, mas porque nossas ferramentas e sentidos ainda não estão desenvolvidos o suficiente para reconhecê-las. À medida que a tecnologia avança, particularmente na inteligência artificial e na robótica, poderemos começar a perceber esses outros modos de correspondência, não como substitutos para a matemática, mas como parte de uma família muito mais ampla de formas de conectar mente, matéria e as leis da natureza.