Dissidentes e a segunda revolução quântica

28 de outubro de 2014 -

Em linguagem clara – capítulo inédito de livro

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Olival Freire Junior explora e contextualiza a história de uma revolução complexa com rigor e em termos acessíveis

As controvérsias em torno da física quântica começaram a ocupar o professor Olival Freire Junior, do Instituto de Física da Universidade Federal da Bahia (UFBA) ainda em seu mestrado na Universidade de São Paulo (USP), quando ele decidiu desenvolver um estudo sobre as interpretações da teoria no período de 1927 a 1949. A época era fim dos anos 1980, começo dos 1990. No doutorado que fez imediatamente a seguir, também na USP, dedicou-se a “David Bohm e a controvérsia dos quanta”. O tema o apaixonara a tal ponto que com ele seguiu para os vários pós-docs na Universidade Paris VII, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e nas universidades Harvard e de Maryland. A rigor, contudo, foi nos últimos 12 anos que decifrar a dinâmica da controvérsia envolvendo a interpretação e os fundamentos da física quântica transformou-se no grande empreendimento de pesquisa de Olival – e efetivamente multidisciplinar.

A ideia de um livro para dar conta dos resultados dessa vasta investigação começou a tomar corpo em 2009, com o incentivo inclusive do respeitado historiador da ciência norte-americano Silvan Schweber. E nos últimos dois anos, tendo incluído alguns meses de estada nos Estados Unidos, Olival dedicou-se firme e sistematicamente a elaborar a obra cuja publicação acertara em 2010 com a editora Springer. Seu contrato previa entregar os originais em maio deste ano e ele cumpriu o compromisso, resistindo inclusive a fortes apelos político-afetivos para deixar de lado a temporada norte-americana e voltar a Salvador para participar da campanha de João Carlos Salles à reitoria da UFBA.

Fruto de tamanho esforço, o livro The quantum dissidents: rebuilding the foundations of quantum mechanics (1950-1990), do qual Bahiaciência publica em primeira mão, nas páginas seguintes, o primeiro capítulo, tem lançamento no mercado editorial previsto para janeiro de 2015. Escrito diretamente em inglês “para ser lido e criticado por um número maior de pessoas”, por sugestão inclusive do historiador baiano João José Reis, o volume com capa dura tem preço sugerido de US$ 80. É claro que Olival sonha em ver o livro também em português, cotado em reais e bancado por alguma editora atuante no país, mas não há ainda propostas neste sentido.

No prefácio de The quantum dissidents, Silvan Schweber observa que as pesquisas sobre os fundamentos da mecânica quântica atraíram a atenção da comunidade científica depois dos experimentos de Alain Aspect. Os posteriores refinamentos desses experimentos “tornaram-nos criticamente relevantes para as ciências da computação e ajudaram a estabelecer o campo da informação quântica, que tem entre seus objetivos transformar a computação e tornar a transmissão de informações absolutamente segura, revolucionando a criptografia”, ele explica, para em seguida afirmar que “todos esses desenvolvimentos são belamente explicados por Freire”. Mais adiante ele dirá que impressionante é como Olival explica toda a física que apresenta “de maneira acessível, acurada, clara e sucinta”.

Na apreciação do trabalho, Schweber diz ainda que Olival “queria compreender por que investigar as questões fundamentais da mecânica quântica era algo altamente desencorajado até os anos 1960”. Define que “uma das conquistas mais impressionantes do livro é cerzir os contextos profissional, cultural e político com o pessoal e o individual”. E finaliza definindo o livro como um exemplo do que “a síntese bem-sucedida da história, da sociologia e da filosofia da ciência podem alcançar” para completar que o mais alto elogio que pode fazer é reconhecer que “qualquer pessoa que aspire a se tornar um físico pode se tornar um físico melhor depois de ler The quantum dissidentes – Rebuilding the foundations of quantum mechanics 1950-1990.

Dissidentes e a segunda revolução quântica

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A segunda revolução quântica, que pode provocar um importante avanço tecnológico na ciência e na tecnologia com a criação dos computadores quânticos, foi um termo cunhado pelo físico francês Alain Aspect para descrever as mudanças na física que tiveram início na década de 1960. Para elaborar o novo termo, Aspect aglutinou duas diferentes linhas de pensamento. A primeira abarcava o surgimento da consciência da importância de um novo efeito físico, o emaranhamento, referindo-se à descrição quântica de um sistema composto que não é redutível à soma de suas partes. Isto deu início a uma revolução conceitual, incluindo a perspectiva de criar computadores quânticos com um poder de cálculo exponencialmente maior que o dos melhores computadores dos dias atuais. A segunda linha derivou da capacidade dos físicos de isolar, controlar e observar sistemas quânticos simples, como elétrons, fótons, nêutrons e átomos. Finalmente as duas correntes se fundiram, criando um novo campo de pesquisa intitulado informação quântica. Na formulação de Aspect, o pressuposto é de que duas revoluções quânticas ocorreram no século xx. A primeira, na primeira metade do século, deu origem à teoria científica que descreve o comportamento dos átomos, a radiação e suas interações. A segunda ocorreu na segunda metade e ainda vem evoluindo, uma vez que a promessa dos computadores quânticos ainda não se concretizou. Este livro trata das origens desta alegada segunda revolução – do início dos anos 1950 até meados dos 1990 – e é um histórico dos aspectos intelectuais e contextuais resultantes da renovação da pesquisa sobre os fundamentos da física quântica. Ele abrange aproximadamente o período que vai da década de 1950, quando a pesquisa ganhou ímpeto com o surgimento de novas interpretações do formalismo matemático desta teoria física, até os anos 1990, quando a pesquisa envolvendo estes fundamentos se estabeleceu como um tópico promissor no âmbito da pesquisa no campo da física. À medida que a “informação quântica” se transformou em um novo campo de pesquisa em meados da década de 1990, este histórico se encerra quando a informação quântica começa a se tornar uma área de pesquisa em pleno desenvolvimento. Este livro pode ser visto, portanto, como uma pré-história da informação quântica.

A teoria quântica é um caso exemplar na história da física em que o sucesso de suas predições e explicações coexiste com profundas dúvidas quanto à solidez dos seus fundamentos. Mas dúvidas análogas também surgiram com relação a importantes teorias da física, como a mecânica newtoniana e a termodinâmica. Invenções como os lasers e os transístores, que mudaram radicalmente a ciência, a tecnologia e a sociedade na segunda metade do século xx, foram baseadas na teoria quântica. Por mais estranho que pareça, o número de cientistas que previram a necessidade de examinar mais a fundo seus fundamentos aumentou no mesmo período. O que nos faz recordar a opinião pascaliana de que um horizonte amplo de conhecimentos leva a uma certeza restrita quanto aos seus fundamentos. Assim, é legítimo formular questões, como: “A sua eficácia instrumental repousa na rocha dos conceitos seguros ou na areia dos princípios fundamentais não conclusivos?” (Briggs et al, 2013).

Os físicos se preocuparam com a existência de diferentes interpretações do formalismo matemático da teoria. Com efeito, para alguns deles, os fundamentos da teoria não estavam suficientemente estabelecidos para a próxima etapa no desenvolvimento da física. John Bell, um dos mais eminentes físicos a trabalhar nessas questões, costumava afirmar que a mecânica quântica estava “podre”, usando a famosa frase de Hamlet, numa referência indireta ao pai da interpretação padrão desta teoria, o físico dinamarquês Niels Bohr. As dúvidas sobre os fundamentos da teoria quântica se transformaram em uma das mais fascinantes controvérsias na história da ciência, comparável às que levaram os newtonianos a confrontar os cartesianos no início da física moderna, ou os defensores do energeticismo contra os que defendiam o atomismo no século xix. Uma vez que grande parte da pesquisa sobre os fundamentos da física quântica na segunda metade do século xx se interconectava com as controvérsias sobre esses mesmos fundamentos, nosso estudo concentra-se em ambos os aspectos, que podemos chamar de “a controvérsia quântica”.

A controvérsia quântica, portanto, traçou uma linha divisória entre aqueles que acreditavam que não havia nada mais para ser pesquisado no tocante aos fundamentos da teoria depois de estabelecida pelos seus fundadores, como Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Max Born, Pascual Jordan, Paul Dirac e John von Neumann, e os que, muitos deles integrantes de uma geração mais jovem, empenharam suas carreiras profissionais na investigação desses temas. De fato, até o fim dos anos 1970 a pesquisa sobre interpretações alternativas da mecânica quântica não era considerada “física real” por muitos; mesmo a existência de uma tal controvérsia já era uma posição controvertida. Por isso Léon Rosenfeld, por exemplo, fez objeção ao uso do termo “interpretação de Copenhague” porque poderia significar a legitimação de uma diversidade de interpretações. Permita-nos ilustrar esta opinião com dois depoimentos recentes. O físico francês Franck Laloë publicou em 2001 um estudo provocativamente intitulado “Entendemos realmente a mecânica quântica? Estranhas correlações, paradoxos e teoremas”. A boa recepção de seu estudo levou-o a ampliá-lo e transformá-lo num copioso livro. Ele expõe o seguinte (2001, p. 656):

“Até cerca de 20 anos atrás, provavelmente como resultado das famosas discussões entre Bohr, Einstein, Schrödinger, Heisenberg, Pauli, de Broglie e outros (…) muitos físicos consideravam que ‘Bohr estava certo e provou que seus oponentes estavam errados’, mesmo que isto tenha sido expressado com mais nuance. Em outras palavras, para a maioria dos físicos, a chamada ‘Interpretação de Copenhague’, nos primeiros estágios da mecânica quântica era claramente a única atitude sensata para os bons cientistas”.

A colocação “muitos físicos”, aqui, exige um esclarecimento. A questão não era a existência de uma maioria de físicos aceitando conscientemente o conceito de complementaridade ou a proposição de Von Neumann. Na verdade, a própria complementaridade nunca foi parte da formação dos físicos, ausente que estava de muitos livros de estudo. Entretanto, a opinião geralmente aceita pelos físicos era de que as dúvidas sobre os fundamentos já haviam sido resolvidas pelos fundadores da física quântica e era desnecessário perder tempo lendo os trabalhos de fundamentos quando tais problemas já haviam sido solucionados. Referências a esse conhecimento tácito surgirão muitas vezes no decorrer deste livro. O segundo testemunho para ilustrar esta posição é fornecido por Christopher Gerry e Kimberley Bruno, que escreveram The Quantum Divide, dirigido a um público mais amplo que o dos físicos profissionais, e onde narram a seguinte história (2013, p. 172):

“Há alguns anos o autor sênior deste livro (CCG) deu uma palestra sobre as desigualdades de Bell. No público encontrava-se um professor aposentado que realizara uma pesquisa de pós-doutorado no instituto de Bohr. Após a palestra ele declarou à plateia que não havia nada de importante nas desigualdades de Bell e que Bohr já havia solucionado todos os problemas da física quântica”.

Este enfoque segundo o qual “todos os problemas fundamentais estão solucionados” no tocante aos fundamentos da física quântica foi contestado por outros físicos, para os quais era valioso persistir nestas questões como parte de uma carreira profissional em física. Assim sendo, eles questionaram a própria definição do que era a boa física e contestaram a distribuição estabelecida do capital científico, para usar a noção de áreas científicas de Pierre Bourdieu. Nesse sentido, eu os chamo de “dissidentes quânticos”, expressão tomada emprestada do conceito de dissidência no campo da política e da religião. Esse grupo inclui David Bohm, Jean-Pierre Vigier, Hugh Everett, John Bell, John Clauser, Abner Shimony, Heinz Dieter Zeh, Bernard d´Espagnat, Anthony Legget, Franco Selleri, GianCarlos Ghirardi, Anton Zeilinger e Alain Aspect, juntamente com alguns físicos da velha guarda da mecânica quântica, como Louis de Broglie e Eugene Wigner.

Nos estágios iniciais desta controvérsia o debate se restringiu a argumentos teóricos. Bohm, Everett e de Broglie, no início dos anos 1950, como também Wigner e Shimony no início dos anos 1960, podem não ter imaginado como transferir o debate para o laboratório. A inexistência de experimentos levou o físico Albert Messiah a afirmar no seu importante manual que “a controvérsia finalmente chegou a um ponto em que não pode ser decidida por quaisquer observações experimentais; daqui para frente ela pertence à filosofia da ciência, e não ao domínio da própria ciência física” (1961, p. 48). Tal conclusão teve implicações profissionais inequívocas, significou que a controvérsia não era uma questão profissional para os físicos, particularmente para aqueles novos na profissão. A percepção de que em seus primórdios a controvérsia era de natureza filosófica sobreviveu em estudos mais recentes realizados por novos protagonistas desta pesquisa. Em 1974, o historiador Max Jammer escreveu um livro muito abrangente sobre a história das interpretações da mecânica quântica intitulado The Philosophy of Quantum Mechanics. Em 1999, o físico Anton Zeillinger relembrou que “a maior parte do trabalho sobre os fundamentos da física quântica foi de início motivada pela curiosidade e até por considerações filosóficas”.

Em fins da década de 1960 o cenário mudou radicalmente. Além das amplas tendências culturais que influenciaram a controvérsia, um trio composto por Bell, Clauser e Shimony ligou esta controvérsia e suas conotações filosóficas às bancadas dos laboratórios. Um teorema formulado por Bell e desenvolvido por Clauser, Shimony, Michael Home e Richard Holt foi submetido a testes experimentais. Esse teorema comparava a mecânica quântica pura com qualquer teoria física com variáveis ocultas que tivessem a “localidade” como hipótese. As variáveis ocultas eram variáveis adicionais àquelas utilizadas pela física quântica padrão que foram introduzidas para asseverar que os sistemas quânticos têm propriedades bem definidas, independentemente de suas medições. Em resumo, as variáveis ocultas eram uma estratégia para preservar o realismo físico neste novo campo. A localidade, premissa amplamente aceita entre os físicos, expressada por Einstein em 1935 num trabalho feito em colaboração com Boris Podolsky e Nathan Rosen, estabelece que a medição de um sistema não deve afetar um outro distante. O teorema de Bell podia confrontar então as previsões quânticas ao realismo local.

Mas, mesmo durante os primeiros experimentos do teorema de Bell nos anos 1970, o assunto ainda era visto com suspeita por muitos. Depois dos experimentos de Alain Aspect no início da década de 1980, a pesquisa sobre os fundamentos da mecânica quântica se tornou boa física, pura e simples, quando então Aspect foi amplamente reconhecido por seus trabalhos. No fim dos anos 1980 e início dos anos 1990, esses experimentos foram retomados. Eles confirmaram as previsões da mecânica quântica e os físicos ressuscitaram um antigo termo, cunhado por Erwin Schrödinger, para descrever o novo efeito físico: emaranhamento.

Desde então os sistemas físicos, que primeiramente interagem e depois se separam, devem ser considerados um único sistema, descrito como um único estado quântico. Alguns dissidentes quânticos pretenderam invalidar a teoria quântica, mas suas esperanças não se concretizaram. Não obstante a sua frustração, a controvérsia sobre o realismo local foi frutífera para a física e hoje compreendemos a teoria quântica melhor do que seus fundadores. Neste sentido, este é um tema interessante para analisarmos os mecanismos das controvérsias científicas, o que tem atraído a atenção dos estudiosos.

No início dos anos 1990, novos eventos trouxeram os fundamentos da mecânica quântica para o campo da física estabelecida. Isso não ocorreu por si só, mas foi combinado com a ciência da computação numa área em expansão então chamada de informação quântica, com a promessa tecnológica de uma revolução da computação e da criptografia. Portanto não foi nenhuma surpresa o fato de se tornar uma das áreas mais financiadas por militares, empresas e agências de financiamento interessados em suas possíveis aplicações1. Este campo está baseado em conceitos-chave da pesquisa sobre os fundamentos da mecânica quântica, como emaranhamento, de coerência e criptografia quântica. Há uma interação empolgante entre teoria e experimento, com experimentos envolvendo sistemas mesoscópicos que têm sido comparados ao Gato de Schrödinger, o que será explicado em capítulos posteriores, hoje sendo realizados em laboratórios, ao passo que outros com base no teorema de Bell atingiram novos picos.

Em 2012, uma equipe liderada por Anton Zeilinger anunciou ter realizado uma teleportação quântica, a reprodução de um estado quântico a partir de um sistema remoto, a uma distância de 144 quilômetros. Assim, este caso demonstra como um assunto marginal no campo da física, considerado por alguns um tema apenas para filósofos, se inseriu na ciência tradicional pelos meios sutis e complexos em que a ciência opera.

A cronologia deste livro vai até meados de 1990, quando o termo informação quântica virou lugar comum e a pesquisa física deste novo campo de estudo explodiu. Dois eventos históricos coincidem neste ponto. O primeiro foi o que teve início como uma pesquisa sem o suporte dos experimentos e tornou-se uma área com a perspectiva tecnológica de mudar o panorama dos computadores. O segundo implicou que os tempos do predomínio quase total da complementaridade e do conceito segundo o qual “todos os problemas foram solucionados” chegaram ao fim. Foram-se os dias em que físicos como Léon Rosenfeld e Richard Feynman achavam que seus colegas que duvidavam dos fundamentos e das interpretações da mecânica quântica simplesmente não os compreenderam. A partir da década de 1990, os irredutíveis defensores da complementaridade conviveram e se beneficiaram da controvérsia envolvendo a interpretação quântica. Um dos mais qualificados cientistas dedicados a experiências e defensor do conceito da complementaridade, Anton Zeilinger defende tanto a complementaridade como os valores da controvérsia.

1 A este respeito, ver The Washington Post, 2 Jan 2014, “NSA seeks to build quantum computer that could crack most types of encryption”, por S.Rich e B.Gellman, em http://www.washingtonpost.com/world/national-security/nsa-seeks-to-build-quantum-computer-that-could-crack-most-types-of-encryption/2014/01/02/8fff297e-7195-11e3-8def-a33011492df2_story.html, acessado em 30 de abril de 2014.

A dinâmica da mudança em ciência

Em certa medida, portanto, tanto a história da controvérsia quântica como a da pesquisa dos fundamentos da teoria quântica na segunda metade do século xx são histórias de sucesso. Um tema que fora considerado demasiado filosófico e marginal na física acabou se transformando num tópico quente para a pesquisa física e até contribuiu para o surgimento do florescente campo da informação quântica. Esta é, pois, uma história cuja dinâmica merece alguma explicação. Quais foram os fatores que moldaram essas mudanças? Já temos uma resposta dada pelos que primeiro exploraram este novo território, os físicos que trabalham em pesquisas relacionadas aos fundamentos da física quântica. Eles atribuem a mudança às melhorias nos procedimentos técnicos que permitiram experimentos laboratoriais reais que até então só haviam sido experimentos idealizados (Gedankenexperiments). “Graças ao avanço recente da tecnologia, agora se torna factível realizar muitos experimentos que antes só poderiam ser concebidos no cérebro de teóricos” e “[esta conferência] foi organizada [...] com o propósito de revisar conceitos fundamentais da mecânica quântica com a ajuda de meios experimentais tornados disponíveis por avanços tecnológicos recentes”. Estas foram as palavras de abertura dos Simpósios Internacionais sobre os Fundamentos da Mecânica Quântica à Luz de Novas Tecnologias realizados em Tóquio em 1983 e 1986. Ideias similares foram expressas por físicos americanos e europeus que chefiavam pesquisas sobre estes tópicos (Greenberger, 1986), (Haroche, 2004). A historiadora Joan Bromberg foi mais longe na exploração desta resposta. Depois de observar que a historiografia até então vinha se concentrando em temas como o marxismo e alternativas à interpretação de Copenhague, à interpretação causal de David Bohm e à origem do teorema de Bell, ela enfatizou “uma pista que os historiadores ainda precisam seguir e é a referência constante que físicos em atividade fazem ao papel da nova instrumentação”. Este tipo de explicação tende a ser a visão recebida sobre o tema não só pelo volume de materiais concernentes às desigualdades de Bell e experimentos sobre elas nas duas últimas décadas, mas também pelas melhorias técnicas consideráveis, particularmente dos anos 1980 em diante, que permitiram a manipulação de sistemas quânticos simples. Ademais, esta visão é análoga à descrição de mudanças nas ciências físicas em que somente teoria e experimentos podem desempenhar um papel. Ela explica as mudanças na controvérsia quântica, sobretudo, como consequência do papel desempenhado por experimentos na física. Pode ser uma espécie de determinismo experimental, herdeiro do determinismo tecnológico. Mas será esta a única explicação, ou mesmo a mais interessante?

Este livro explora uma perspectiva alternativa sobre as mudanças na pesquisa sobre os fundamentos da mecânica quântica dos anos 1950 em diante. Houve uma mudança em lento desenvolvimento das percepções da física com respeito aos fundamentos da física, seja como um tema controverso ou como um campo de pesquisa. Novas oportunidades institucionais e profissionais relacionadas ao tema foram criadas, antes mesmo da realização dos primeiros experimentos sobre o teorema de Bell. Esta mudança ocorreu durante os anos 1950 e 1960 e pode explicar a elaboração e a recepção positiva que os experimentos sobre o teorema de Bell obtiveram. Os experimentos sobre o teorema de Bell certamente aumentaram a velocidade dessa mudança e mais tarde outros fatores jogaram seu papel. Entretanto, e este é nosso ponto crucial, mesmo depois de começarem os primeiros experimentos sobre o teorema de Bell, o estigma profissional contra os físicos que estavam trabalhando nesses experimentos permaneceu, como demonstraram o caso de John Clauser e as preocupações de John Bell e Alain Aspect ao longo dos anos 1970. Explicar mudanças na física com base apenas em teoria e experimento como fatores motrizes não se harmoniza com a sobrevivência de estigma profissional contra um tópico de pesquisa, apesar da realização de experimentos bem-sucedidos. Isto pede um tipo mais amplo de explicação. De fato, não basta haver experimentos funcionais para ser considerada boa física; é preciso que muitos outros físicos considerem tais experimentos relevantes. É com certeza verdade que a existência de melhorias técnicas e experimentos reais foram influentes no surgimento e consolidação da pesquisa sobre os fundamentos da física quântica. Foi uma força motriz efetiva quando se restringe a análise aos anos 1980, mas é uma explicação particularmente limitada quando se considera a transformação toda que teve lugar desde os princípios dos anos 1950. Ademais, como veremos, mesmo nos anos 1980 podem ser encontrados traços de preconceito profissional e cultural contra a pesquisa sobre esses tópicos. Aliás, diversos fatores podem ter desempenhado seus papéis na controvérsia em evolução sobre os fundamentos dessa teoria. Entre esses fatores, convém considerar questões filosóficas e ideológicas, vieses profissionais, mudanças geracionais e culturais e a diversidade de ambientes sociais e profissionais nos quais a física foi praticada ao longo do século. Além disso, houve inovações conceituais e teóricas, inovações técnicas, Gedankenexperiments e feitos experimentais, além de expectativas tecnológicas.

Ilustremos a diversidade de fatores que impulsionam a mudança no panorama intelectual e profissional dos fundamentos da teoria quântica após a Segunda Guerra Mundial. Embora a primeira rodada de experimentos tenha tratado do teorema de Bell no início dos anos 1970, outras questões teóricas pressionavam os físicos tanto antes como durante o surgimento do interesse pelo teorema de Bell. Nos anos 1950, interpretações alternativas da física quântica foram formuladas por David Bohm e Hugh Everett. Bohm conjecturou sobre diferentes previsões do que chamou de nível subquântico, mas nenhum deles considerou consistentemente na época as implicações experimentais de suas propostas. Apesar de a interpretação de Bohm ser influente na motivação de John Bell para seus trabalhos posteriores e suas implicações experimentais, a proposta de Everett nunca teve e possivelmente nunca terá previsões experimentais outras que não aquelas da física quântica usual. E, no entanto, ela foi influente por suas capacidades heurísticas. Ademais, após uma década sem chamar a atenção de especialistas, a abordagem de Everett foi revivida por Bryce DeWitt. Ele foi motivado pelo problema do casamento entre a física quântica e a relatividade geral, um domínio que mesmo hoje está longe de preocupações experimentais ou observacionais, mas tem sido cada vez mais atraente para físicos. Outra questão teórica candente foi a análise dos processos de medição quântica no início dos anos 1960. Quando as discussões sobre o problema da medição se tornaram agudas, opondo Wigner a Léon Rosenfeld, não havia nenhuma perspectiva de experimentos para iluminar o debate. Finalmente, quando uma questão relacionada ao problema de medição – a transição do comportamento quântico para o clássico – ganhou força entre físicos no início dos anos 1980, ela não foi imediatamente movida por experimentos possíveis, embora um pouco mais tarde tenha entrado no laboratório. Disso podemos concluir que houve uma agenda de problemas teóricos nos fundamentos da mecânica quântica impulsionando a pesquisa após a Segunda Guerra. Esta agenda não teve relação imediata com os experimentos, porque estes vieram mais tarde. Além disso, havia um desconforto filosófico crescente com as implicações instrumentalistas relacionadas às visões-padrão da mecânica quântica.

A história da controvérsia quântica pode proporcionar numa janela para as relações entre a física e seus contextos mais amplos. No início dos anos 1950, por exemplo, tensões da Guerra Fria inevitavelmente enquadraram este debate tanto no Leste como no Oeste. O macarthismo foi um fator importante na carreira de Bohm e o tornou talvez o cientista americano mais notável a escolher o exílio no século passado. Como havia temas filosóficos como determinismo e realismo em jogo, não foi nenhuma surpresa que tendências ideológicas como o jdanovismo soviético fossem influentes em levantar críticas contra a interpretação padrão da teoria quântica. Assim, já em 1974 o historiador da física Max Jammer sugeriu “a extensão em que este processo [declínio da influência da interpretação da complementaridade] foi fomentado e sustentado por movimentos socioculturais e fatores políticos como o interesse crescente na ideologia marxista merece ser investigada”. Como já argumentamos em outro lugar, a crítica marxista contribuiu para o declínio da influência da interpretação da complementaridade, apesar de haver físicos marxistas nos dois lados da disputa, tanto a favor como contra a visão de complementaridade, como se verá ao longo deste livro, particularmente nos capítulos 2, 4 e 5. Esta tensão foi diluída no fim dos anos 1950, mas podemos encontrar vestígios dela no fim dos anos 1960, como se verá nos capítulos 5 e 6. A ressonância entre a prática da física e tendências culturais mais amplas não se limitava às questões ideológicas referentes ao marxismo. O crescente interesse nos fundamentos da física quântica por volta de 1970 não surgiu em descompasso com mudanças culturais e políticas mais gerais que marcaram o período. A oposição à Guerra do Vietnã e a agitação cultural e política do fim dos anos 1960 repercutiram na decisão da Sociedade Física Italiana de dedicar a edição de 1970 de sua tradicional Escola de Verão de Varenna aos fundamentos da mecânica quântica e a edição de 1972 à história da física no século xx e suas implicações sociais. A primeira foi a primeira reunião científica inteiramente dedicada aos fundamentos da física quântica após a Segunda Guerra. Ecos daquela agitação também podem ser encontrados na guinada de John Clauser das medições de alta precisão em astrofísica para os fundamentos e ainda na abertura da revista Physics Today a debates sobre as diversas interpretações da física quântica. No mesmo âmbito, o historiador David Kaiser em seu livro How the Hippies Saved Physics argumentou convincentemente que tendências culturais inspiradas pela contracultura e baseadas na Costa Oeste dos EUA foram influentes no apoio a algumas pesquisas sobre as questões de fundamentos e provocaram o establishment da física a produzir um dos resultados-chave relacionados à informação quântica, o teorema da não clonagem.

Por último, mas não menos importante, os fios desta história também estão entrelaçados a desenvolvimentos técnicos como lasers, fotodetectores, fibras ópticas e computadores; a inovações científicas como a manipulação de sistemas quânticos simples, particularmente fótons; ao florescimento de novas disciplinas como a óptica quântica; a inovações teóricas como os conceitos de emaranhamento e de coerência; e ao intercâmbio entre a pesquisa básica e a aplicada. Assim o desafio para historiadores que lidam com a pesquisa sobre os fundamentos quânticos é integrar essa diversidade de fatores numa narrativa única. Aliás, juntar a diversidade de fatores que moldam a ciência é o objetivo máximo de historiadores da ciência. Entretanto, nem todos os fatores prevalecem ao mesmo tempo; aliás, em cada recorte diacrônico dessa história, só poderão ser encontradas as operações de alguns deles. O trabalho do historiador é, portanto, deslindar os papéis desempenhados por cada fator em cada local e contexto temporal. Foi o que tentamos fazer em todo este livro. No capítulo final apresento uma sinopse dos fatores diversos que jogaram um papel em cada contexto.

Estratégia e questões historiográficas

Minha estratégia para construir uma narrativa a respeito da pesquisa envolvendo os fundamentos da mecânica quântica depois de 1950 consistiu em acompanhar pessoas, temas e seus contextos relevantes. Foi uma escolha inspirada na expressão do historiador Marc Bloch: o historiador é como o ogro das fábulas infantis, “ele sabe que, sempre que capta o cheiro de carne humana, é ali que está a sua presa”. Ao fazê-lo, lido com figuras que atraíram a atenção do público além da física, como David Bohm, Hugh Everett e John Bell. Entretanto, essa não é uma história de homens grandiosos. Bohm e Everett não eram considerados assim por seus colegas físicos na época em que viveram; sua reputação veio depois. Ao lado de grandes físicos, muitos de nossos personagens são físicos comuns que colaboraram com o desenvolvimento da pesquisa dos fundamentos e, em certos casos, também sofreram preconceito profissional. Alguns desses físicos comuns também podem ser classificados como anti-heróis, tendo suportado o fardo do preconceito da época, como foi o caso de Klaus Tausk. Os personagens incluem filósofos como Karl Popper, Thomas Kuhn e Paul Feyerabend. Como meu fascínio pelo tema data do fim da década de 1980, quando ele já havia se convertido numa área de pesquisas dentro da física, e a área da informação quântica começava a florescer, foi importante evitar os pecados do anacronismo ou a interpretação “Whig” da história. A escolha dessa estratégia foi um antídoto contra tais tentações. Outra estratégia foi fazer as mesmas perguntas a pessoas diferentes para que eu pudesse construir uma biografia coletiva dos estudiosos que trabalharam num tema que eles consideraram digno de pesquisa. Nisso fui inspirado pelo método historiográfico da prosopografia, embora não tenha seguido esse método com rigor, já que usei os dados biográficos de maneira qualitativa. O capítulo 9 representa minhas tentativas de sintetizar a biografia coletiva. Assim, fontes de arquivo, histórias orais, estudos publicados, dinâmicas de citações científicas e diálogos com a literatura secundária relevante para o tema foram as ferramentas usadas no decorrer da pesquisa.

O tema do livro também exigiu um diálogo com algumas questões teóricas, além daquelas apresentadas no parágrafo anterior. Nossa narrativa é a história da mudança de uma disciplina e da distribuição de poder numa área científica já estabelecida, no caso a física. As questões em jogo incluíram o valor da pesquisa envolvendo fundamentos e até que ponto a mecânica quântica pode ser aplicada a outras áreas da física. Se essas questões fossem abordadas pela comunidade dos físicos, haveria um rearranjo em termos de reconhecimento profissional. Assim, é quase natural o convite a contribuições de Pierre Bourdieu, como já mencionado. Vamos usar duas citações do influente estudo de Bourdieu a respeito do capital científico como forma de capital simbólico. Para o sociólogo francês, “o universo ‘puro’ da ‘mais pura’ das ciências é um campo social como qualquer outro, com sua distribuição de poder e seus monopólios, seus embates e estratégias, interesses e lucros, mas trata-se de uma área na qual todas essas invariáveis assumem formas específicas” (1975, p. 19). A maior parte da controvérsia quântica pode ser lida como uma história de lutas pelo poder e monopólios, como ficará evidente em todo o livro. Bourdieu também destacou que “na luta em que cada agente precisa se envolver para forçar o reconhecimento do valor de seus produtos e sua própria autoridade […], o que está em jogo é, na verdade, o poder de impor a definição de ciência (ou seja, a delimitação do campo dos problemas, métodos e teorias que podem ser considerados científicos)” (1975, p. 23). Bohm e Everett lutaram para sustentar que praticavam boa física e não metafísica, filosofia ou, de acordo com a visão de certos críticos, meras elucubrações sem sentido. Veremos que alguns físicos americanos duvidaram se aquilo que Clauser fazia era “física de verdade”. As lentes de Bourdieu rendem bons frutos não apenas nesses casos, mas também numa série de outros episódios em nossa narrativa.

A distinção de Bourdieu entre dois tipos de estratégias profissionais, sucessão ou subversão, uma escolha que os jovens cientistas em especial precisam fazer quando começam na profissão, pode ser útil para nossa análise. De acordo com as palavras dele (Bourdieu, 1975, p. 30-31):

“Dependendo da posição ocupada na estrutura da área (e também, sem dúvida, de variáveis secundárias como sua trajetória social, que governa sua avaliação das próprias chances), os ‘novos ingressantes’ podem se ver orientados seja para investimentos livres de risco em estratégias de sucessão, que trazem a garantia de proporcionar-lhes, ao fim de uma carreira previsível, os benefícios que aguardam aqueles que tornam real a ideia oficial de excelência científica por meio de inovações imitadas dentro de limites autorizados; ou no sentido de estratégias de subversão, investimentos infinitamente mais caros e mais arriscados que não proporcionarão a eles os lucros destinados aos detentores do monopólio da legitimidade científica a não ser que possam alcançar uma redefinição completa dos princípios que legitimam a dominação”.

Muitos dos físicos que aparecem em nossa história escolheram a estratégia da subversão. O sociólogo Trevor Pinch foi o primeiro a buscar as contribuições de Bourdieu ao analisar a disputa entre Bohm e Von Neumann em torno da validade da comprovação de Von Neumann contra a possibilidade da existência de variáveis ocultas compatíveis com a mecânica quântica. Explorei a sugestão de Pinch e fui além. Assim, o caso de Everett, com sua tentativa de oferecer uma nova interpretação da teoria quântica que deveria ser a apresentação natural do seu formalismo matemático, deslocando os modelos de Bohr e Von Neumann, se enquadra na estratégia da subversão. Embora tivesse capital significativo para bancar seu jogo – uma tese de doutorado em Princeton sob orientação de John Wheeler –, ele não teve sucesso, ao menos no curto prazo, pois não alcançou uma “redefinição completa dos princípios que legitimam” aquela que seria a interpretação correta da física quântica. O curto prazo pode ser tempo demais para uma carreira individual. Everett optou por deixar a física e a vida acadêmica para assumir um emprego usando a matemática no sistema americano de defesa.

Minha narrativa também fez uso de uma série de outras contribuições e leituras das áreas da sociologia, história e filosofia. O livro de Timothy Lenoir a respeito da produção cultural das disciplinas científicas foi influente graças à diversidade de fatores mobilizados por ele para debater como as disciplinas são criadas e como evoluem. Ele também usou a estrutura conceitual de Bourdieu para compreender as dinâmicas do nascimento e mudança das disciplinas. Lenoir (1997, p. 12) argumenta que “um dos objetivos das lutas disciplinares é redefinir as fronteiras da área, legitimar e consagrar novas combinações de bens com prestígio cultural e autoridade, dar novo valor a uma forma de capital antes considerada ‘impura’, e garantir essa avaliação de valor por meio de uma estrutura institucionalizada”. Entre os exemplos usados por Lenoir para ilustrar seu ponto de vista estão os atuais “esforços para legitimar a matemática computacional como equivalente das disciplinas tradicionais da matemática” e “a consagração da ficção científica como gênero literário admissível dentro dos departamentos acadêmicos de literatura”. O movimento dos alicerces da física quântica de uma posição marginal rumo à física mais prestigiada parece-me outra ilustração das mudanças disciplinares estudadas por Lenoir. Mais além, para Lenoir (1997, p. 19), “a ideologia desempenha um papel central neste processo”. Ela não “recebe valor negativo no relato [dele]”. A controvérsia quântica é um caso em que as disputas científicas ficam carregadas de compromissos filosóficos e ideológicos, e isso não foi um obstáculo para o seu desenvolvimento cognitivo.

A controvérsia envolvendo a interpretação e os fundamentos da física quântica é, portanto, um caso exemplar da ciência como produção cultural, exigindo que “entender a ciência como atividade cultural… significa aprender a identificar e interpretar a complicada coleção particular de ações, valores, sinais, crenças e práticas compartilhados pelo grupo de cientistas que dá sentido à própria vida e trabalho cotidiano” (Galison e Warwick, 1998). Embora eu tenha estudado cada caso ou episódio de acordo com suas raízes nos contextos locais e, portanto, atento ao estudo da história da ciência como estudo da ciência como trabalho, como prática, a história apresentada nesse livro teve de lidar com uma diversidade de contextos locais para tornar inteligível esta narrativa. Alguns dos lugares retratados são Princeton, São Paulo, Copenhague, Londres, Paris, Boston, Berkeley, Heidelberg, Moscou, Genebra, Varenna, Viena, College Park e Bari, o que faz desta uma história verdadeiramente internacional. Também tive de recorrer à história, tout court, e não apenas à história da ciência para interpretar corretamente contextos como Guerra Fria, macarthismo, jdanovismo, marxismo e a inquietação cultural e política do fim dos anos 1960. Como temas filosóficos vieram à tona de tempos em tempos, não pude – nem quis – ser insensível à literatura da filosofia da ciência. A leitura de Michel Paty, Abner Shimony e Ian Hacking influenciou bastante meu trabalho quando busquei dar conta de toda a dimensão filosófica da controvérsia quântica e, em particular, dos limites que a própria prática da física no século xx impôs ao realismo na ciência.

Por fim, na medida em que essa história é também uma história de controvérsia científica, pude me beneficiar da atenção que os estudiosos da ciência dedicaram às controvérsias. Bruno Latour enfatizou esse interesse a ponto de basear nele sua primeira regra metodológica: “Estudamos a ciência em ação, e não a ciência pronta nem a tecnologia; para fazê-lo, precisamos chegar antes dos fatos e das máquinas se transformarem em caixas pretas, ou seguimos as controvérsias que nos levam a reabri-las” (Latour, 1987, p. 258). Entretanto, devo admitir que fiquei atraído pela controvérsia quântica numa época em que não tinha familiaridade com a literatura sobre controvérsias científicas, em particular, nem com os estudos da ciência. Posteriormente, depois de ler o estudo de Paul Forman a respeito da “Cultura de Weimar, causalidade e teoria quântica, 1918-1927”, fiquei impressionado tanto por seu poder historiográfico quanto pelo fato de tal controvérsia ter sido retomada nos anos 1950, permanecendo viva até então. Um dos prazeres que tive ao trabalhar com este tema foi estabelecer um elo entre a proposta de Bohm da interpretação causal, no início dos anos 1950, e a motivação de Forman para escrever seu estudo sobre a Cultura de Weimar em 1971. Ainda tratando de controvérsias e história da ciência, a ideia segundo a qual a ciência se desenvolve de forma majoritariamente consensual entre seus praticantes, como sugerida por T. S. Kuhn (1970) com a ideia de paradigmas compartilhados na ciência normal, é questionada pela história da controvérsia envolvendo os fundamentos da teoria quântica. De fato, a história dos fundamentos da teoria quântica não foi a história de um paradigma compartilhado; em vez disso, tratou-se de uma disputa permanente entre os praticantes da física.

Este livro não é uma história abrangente da pesquisa envolvendo os fundamentos da teoria quântica na segunda metade do século xx. Trata-se de uma tentativa de entender como um tema antes marginal dentro da física avançou até se tornar amplamente aceito. Assim, escolhi conteúdos, pessoas, casos e disputas que, em minha opinião, foram mais influentes nesse deslocamento. Por isso, muitas interpretações da gama de interpretações quânticas não aparecem, ou aparecem apenas incidentalmente nessa história. O mesmo vale para temas como a lógica ou axiomática quântica. Outros temas como a gravitação quântica e a óptica quântica foram abordados na medida em que contribuíram diretamente para o reconhecimento dos fundamentos da física quântica como tema válido de pesquisa. Esses dois temas revelam histórias fascinantes em si mesmos, e seu tratamento historiográfico está apenas começando, como podemos ver nos trabalhos de Joan Bromberg, Indianara Silva, Thiago Hartz e Climério da Silva Neto.

Apresento agora um breve esboço do conteúdo de cada capítulo do desenvolvimento de nossa história. Os capítulos 2 e 3 são dedicados aos casos mais notórios de dissidência quântica na década de 1950, David Bohm e Hugh Everett com suas interpretações alternativas da física quântica. No capítulo 4, avançamos para os anos 1960 e a disputa entre Eugene Wigner, Léon Rosenfeld e outros envolvendo a existência de um problema na medição quântica. A disputa levou a um cisma na ortodoxia dominante dentro da mecânica quântica. O capítulo 5 é dedicado ao caso do físico Klaus Tausk, pouco conhecido, que passou a trabalhar com os fundamentos em meados dos anos 1960 e cuja carreira foi subsequentemente mutilada. No capítulo 6, exploramos como a agitação política e cultural dos anos 1960 ajudou a reconfigurar a pauta da pesquisa na física. O capítulo 7 é dedicado a John Bell, seu influente teorema a respeito do conflito entre teoria quântica e quaisquer teorias realistas locais e os primeiros experimentos com este teorema. Entre as figuras de destaque incluem-se John Clauser, Abner Shimony, Edward Fry e Alain Aspect, além do próprio Bell. O capítulo cobre o período que vai de meados dos anos 1960, quando seu teorema surgiu, até inícios dos anos 1980, quando os resultados experimentais de Aspect foram recebidos favoravelmente entre físicos de todo o mundo. O capítulo 8 resume a aceleração das pesquisas com os fundamentos nos anos 1980, que levou ao surgimento de uma nova área de pesquisas, a informação quântica. Por fim, enquanto os capítulos anteriores são estudos de caso, com raízes locais, no capítulo 9 construo uma biografia coletiva dos físicos que trabalharam com os fundamentos da física quântica do início dos anos 1950 até o início dos anos 1990. Concluo defendendo que a maioria deles pode ser bem definida como aquilo que chamei de dissidentes quânticos. 

Tradução: Augusto Calil, Celso Mauro Paciornik e Terezinha Martino
Observação: As referências bibliográficas estão no texto original em inglês

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