Entre a ciência e o sagrado
Creio eu, nem mesmo Roger Penrose esperava por essa. Aos 93 anos e tendo sido contemplado com o Prêmio Nobel de Física de 2020, não poderia imaginar que uma de suas ideias mais abstrusas — para não dizer absurdas — ressurgisse tantos anos depois. Será que realmente o funcionamento da mente depende de efeitos quânticos? Antes de tratar propriamente deste assunto, permita-me propiciar-lhe um pouco de contexto.
O (tardio) Prêmio Nobel de Física conferido a Penrose veio “pela descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria geral da relatividade”, exposta em trabalhos publicados na década de 1960.¹ A maioria de nós já consideraria isso uma façanha intelectual suficientemente assombrosa. Mas não Penrose: ele tinha mais, muito mais, a oferecer. No final da década de 1980, ele lançou um livro absolutamente fantástico: The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds, and the Laws of Physics.²
Você, como eu, provavelmente está acompanhando com alguma perplexidade a avalanche de novidades sobre inteligência artificial (IA) desde que o ChatGPT deu o ar da graça entre nós. A cada dia surge um novo aplicativo de IA que irá resolver a vida para nós — e nos relegar à irrelevância. [Aliás, um desses aplicativos foi-me bastante útil na preparação deste texto.] Pois bem: em seu livro de 35 anos atrás, Penrose inicia falando justamente de inteligência artificial, do teste de (Alan) Turing, do quarto chinês de John Searle e por aí a fora. O texto de seu capítulo inicial não só é inteiramente atual, mas está incrivelmente conectado com o que se discute hoje em dia. Poderia ser publicado agora como se tivesse sido escrito ontem.³
Contudo, o assunto que quero tratar aqui não está no primeiro, mas no último capítulo, em que ele se pergunta: “Onde está a física da mente?” Ops! Física da mente? Mas esses físicos são abusados mesmo, hein! Pois é… Vou contar aqui parte dessa história e dizer o que ela tem a ver (ou pode vir a ter) com uma descoberta recente. Mas vou precisar um pouco de sua paciência, pois o assunto é bem mais intrincado do que seria sensato abordar em uma coluna como essa. Bem, vamos lá!
Você deve conhecer a analogia bastante difundida, de inspiração cibernética, sobre a relação cérebro-mente em que o cérebro é dito ser o hardware e a mente, o software. Por mais que soe interessante e seja amplamente utilizada, para Penrose, tal ideia não procede. Em seu livro, ele argumenta — a partir dos chamados teoremas de incompletude de Kurt Gödel — que nossa consciência e entendimento matemático, diferentemente de um computador, devem operar de forma não-algorítmica.⁴ Ou seja, não há como reduzir o funcionamento da mente humana a processos puramente computacionais.
não há como reduzir o funcionamento da mente humana a processos puramente computacionais.
Se a maneira como o nosso cérebro processa informações não é do tipo computacional, de que forma ele funciona então? Onde encontrar na natureza algo que apresente um comportamento não-algorítmico? Se o título desta coluna ainda continua em sua memória operacional, você deve ter adivinhado: nos processos quânticos! Foi a isso que Penrose aludiu ao final de seu livro, sem, contudo, ter proposto algo que pudesse ser encarado como um mecanismo minimamente plausível.
As vozes contrárias não tardaram. Alguns críticos mais mordazes alegaram que Penrose colocava em contato duas coisas incompreensíveis, a mecânica quântica e a consciência fenomenal,⁵ para que, juntas, quem sabe pudessem, de forma mágica,⁶ se explicar mutuamente.
Contudo, Penrose não se deu por achado e voltou à carga alguns anos mais tarde, formando uma altamente improvável parceria com o médico Stuart Hameroff, professor do departamento de anestesiologia e psicologia da Universidade do Arizona. Juntando às suas ideias pouco convencionais outras do mesmo calibre fornecidas pelo referido médico, Penrose lançou um segundo livro sobre o assunto, Shadows of the Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness,⁷ em que acolhe a ideia de Hameroff de que o locus onde a consciência é plasmada são os microtúbulos,⁸ que formam o citoesqueleto dos neurônios.
Os microtúbulos apresentam uma organização estrutural notavelmente regular, aproximando-se de uma estrutura cristalina. Sua composição básica consiste em um arranjo alternado de dois tipos distintos de moléculas de tubulina, cada uma caracterizada por uma polaridade direcional específica. Esta arquitetura molecular altamente organizada levou Hameroff a propor a hipótese de que os microtúbulos poderiam potencialmente atuar como sistemas computacionais ou de armazenamento de informação em escala molecular. Uma das características que chamaram sua atenção foram evidências experimentais indicando que anestésicos podem interferir na função dos microtúbulos, coincidindo com a supressão da consciência. Isso o motivou a especular sobre um possível papel dos microtúbulos nos mecanismos fundamentais que fariam a consciência emergir.
Penrose abraçou a ideia e juntos propuseram um modelo pelo qual os microtúbulos funcionariam como uma espécie de processador de informações quânticas em que os chamados qubits — bits de informação quântica — seriam processados e armazenados na direção de polarização das tubulinas individuais, que constituiriam estados quânticos. Assim, os microtúbulos poderiam realizar operações de computação quântica através da interação entre estados de tubulina.⁹
Não obstante o caráter altamente especulativo de tal modelo, o impacto por ele causado levou a críticas e debates veiculados até mesmo em publicações científicas tradicionais de grande renome. A venerável Physical Review, por exemplo, publicou um artigo muito citado de Max Tegmark em que ele calculou que os tempos de decoerência quântica¹⁰ para microtúbulos seriam da ordem de 10-13 segundos em temperatura biológica, tempo extremamente breve e considerado por ele como insuficiente para quaisquer efeitos fisiológicos relevantes.¹¹ É bem verdade que o artigo de Tegmark recebeu uma resposta a altura na própria Physical Review com uma réplica de Hagan, Hameroff e Tuszynski em que estes demonstram que o tempo de decoerência havia sido subestimado por ele em 7 ordens de magnitude. Estimativas mais fidedignas resultaram em valores na faixa de 10-4 a 10-3 segundos, muito mais compatíveis com os processos neurais relevantes.¹²
Apesar desta réplica e a atitude de defesa continuada de sua proposta, o modelo de Hameroff e Penrose foi desde sempre encarado com ceticismo generalizado. Mesmo porque este é um dos principais desafios da atualidade para se construir um computador quântico: o controle da decoerência quântica. Isso obriga, por exemplo, que os protótipos de computadores quânticos que se tentam construir atualmente sejam mantidos em resfriamento extremo, próximo ao zero absoluto, para reduzir interferências térmicas. Não admira que poucos, além dos próprios Penrose e Hameroff, pudessem ver o cérebro como um computador quântico fisiológico operando à temperatura ambiente.
Para eles, o componente físico crucial na emergência de algo tão etéreo e inexplicável como a consciência seriam estruturas citoesqueléticas subcelulares, os tais microtúbulos, operando no domínio nanoscópico onde a física quântica prevalece. Se esse modelo teórico estivesse correto, ou mesmo parcialmente correto, isso teria implicações profundas para nossa compreensão da relação entre mente e matéria.
Para eles, o componente físico crucial na emergência de algo tão etéreo e inexplicável como a consciência seriam estruturas citoesqueléticas subcelulares, os tais microtúbulos, operando no domínio nanoscópico onde a física quântica prevalece.
Bem, agora é que vem a parte mais intrigante dessa história, à qual aludi brevemente lá no início. [Calma! Não é ainda a descoberta da consciência quântica.] Recentemente, um grupo de pesquisadores liderado por Phillip Kurian, da Universidade Howard, reportou a descoberta de efeitos quânticos coletivos em sistemas biológicos à temperatura ambiente.¹³ Mais especificamente, eles observaram indiretamente o fenômeno de super-radiância em redes de moléculas de triptofano presentes em estruturas como os microtúbulos.
O triptofano é um aminoácido essencial que está presente em muitas proteínas. O que Kurian e seus colaboradores mostraram é que, em certas arquiteturas biológicas, essas moléculas podem formar redes complexas capazes de exibir comportamentos quânticos coletivos. No caso presente, eles apresentaram indicadores de super-radiância, um fenômeno previsto teoricamente há décadas, mas de difícil observação experimental. A super-radiância ocorre quando um conjunto de entidades quânticas (como moléculas) emite luz de forma cooperativa e coerente. É como se todas as moléculas se comportassem como uma única entidade quântica gigante. O resultado é um pulso de luz ultra-intenso e de curta duração. Na verdade, este artigo não demonstra diretamente a observação desses pulsos ultra-intensos, mas evidências indiretas da tal super-radiância.
Ainda assim, é surpreendente que essas evidências indiretas tenham sido observadas em sistemas biológicos à temperatura ambiente, algo considerado extremamente improvável devido à tendência de sistemas quânticos perderem sua coerência rapidamente quando interagem com um ambiente quente e úmido como o meio celular (decoerência, lembra-se?). Aparentemente, a natureza encontrou uma forma de contornar esse problema. As mega-redes de triptofano parecem ser capazes de manter estados quânticos emaranhados por tempo suficiente para produzir efeitos observáveis macroscopicamente.
E aí está a conexão com o modelo de Penrose e Hameroff.¹⁴ Um dos principais argumentos contra esse modelo era justamente a questão da decoerência — os críticos argumentavam que os microtúbulos são estruturas grandes, quentes e úmidas demais para sustentar tal emaranhamento quântico. Mas a descoberta de Kurian e colaboradores sugere que, afinal, estados quânticos talvez sejam possíveis em tais condições.
Se mega-redes de moléculas como as de triptofano podem exibir coerência quântica em ambientes biologicamente relevantes, então talvez os microtúbulos também possam. E se eles puderem manter estados quânticos emaranhados por tempo suficiente, então talvez a ideia de Penrose e Hameroff não seja tão absurda quanto parecia.
Se esse for realmente o caso, as implicações serão profundas e perturbadoras. Estaríamos diante de uma verdadeira revolução na nossa compreensão da relação entre a mente e a matéria, o clássico e o quântico, o cérebro e a consciência. Seria o nascimento de um novo paradigma, uma nova forma de encarar o lugar da mente no tecido da realidade física.
Se esse for realmente o caso, as implicações serão profundas e perturbadoras. Estaríamos diante de uma verdadeira revolução na nossa compreensão da relação entre a mente e a matéria, o clássico e o quântico, o cérebro e a consciência.
Imagino, isso tudo pode estar lhe parecendo fantástico demais para ser verdade. Ok, ceticismo diante de ideias aparentemente “viajadas” demais é sempre um bom ponto de partida. Mas de onde lhe vem a convicção de que os fundamentos da realidade em que estamos imersos devam caber nos limites de racionalidade que o nosso estreito contorno cultural mundano consegue proporcionar?
Recentemente, ao assumir a cátedra Andreas Idreos de Ciência e Religião na Universidade de Oxford, o físico e teólogo Mark Harris ministrou sua aula inaugural cujo título, “Quantum Fundamentalism and Theological Liberty”, apontava para o fato de que a mecânica quântica descreve a realidade em seu nível mais fundamental, portanto devemos estar abertos até para repensar nossas noções teológicas à luz da física quântica.¹⁵
De fato, se a mente não for apenas um epifenômeno do cérebro, mas tiver uma base quântica independente, isso poderia sugerir novas formas de encararmos a relação mente-corpo e nossa inserção no cosmos. Afinal, se a consciência for fundamentalmente quântica, isso poderia ter implicações para nossas crenças sobre a alma, a imortalidade e até mesmo para as formas como concebemos a natureza da nossa relação com Deus.
Afinal, se a consciência for fundamentalmente quântica, isso poderia ter implicações para nossas crenças sobre a alma, a imortalidade e até mesmo para as formas como concebemos a natureza da nossa relação com Deus.
Claro que, como adverte o próprio Harris, devemos ser cautelosos ao tirar conclusões teológicas da física quântica. A ciência pode informar a teologia, mas não pode ditá-la. Contudo, convém lembrar aqui duas advertências de outro físico teólogo, John Polkinghorne (e, com elas, eu concluo):
... a nossa experiência do mundo quântico nos prepara para visões da realidade que não vão se submeter a nenhuma tirania indevida do senso comum, mas que buscarão, por mais que essa tarefa seja difícil, respeitar a natureza daquilo com que temos de lidar.
Nossa investigação do mundo físico estendeu as nossas mentes e ampliou as nossas noções daquilo que é concebível. De fato, seria surpreendente se em nosso encontro com Deus não acontecesse o mesmo.¹⁶
Os conteúdos das publicações da revista digital Unus Mundus são de inteira responsabilidade de seus autores e não refletem, necessariamente, a visão da Academia ABC². |
1. The Nobel Prize, Roger Penrose: Facts, 2020. Clique aqui para acessar.
2. Republicado recentemente no Brasil com o título A mente nova do imperador: Sobre computadores, mentes e as leis da física (publicado pela Editora Unesp, 2023).
3. Roger Penrose, “Can a computer have a mind?”, in The Emperor’s New Mind, 2002.
4. Um algoritmo é uma sequência clara e finita de instruções e regras lógicas que, quando seguidas corretamente, sempre levam à solução de um determinado problema ou à realização de uma tarefa específica. Um exemplo caseiro de algoritmo é uma receita de bolo: ela apresenta uma série de passos bem definidos que, seguidos na ordem correta e dentro das mesmas condições, produzirão sempre o mesmo resultado (espero que os boleiros de profissão concordem). Na computação, algoritmos são as instruções que dizem ao computador exatamente o que fazer para realizar uma tarefa.
5. Uma discussão introdutória ao problema da consciência fenomenal pode ser encontrada na coluna “Como é ser um morcego? Nem o Batman sabe”. Clique aqui para acessar.
6. Falando em mágica, é difícil às vezes tratar a sério de um assunto como este dada a forma como nossa atmosfera cultural está impregnada de charlatanismo quântico.
7. Roger Penrose, Sombras da mente: uma busca pela ciência perdida da consciência, 2021.
8. Muito sucintamente, microtúbulos são tubos microscópicos ocos, formados por proteínas que se encaixam naturalmente umas nas outras, conectando-se em um padrão cilíndrico. A principal proteína que forma esses tubos chama-se tubulina. Os microtúbulos compõem o citoesqueleto, dando estrutura à célula, e funcionam também no transporte intracelular carregando materiais de um lugar para outro dentro da célula. Além disso, participam da divisão celular, reorganizando-se para ajudar a separar os cromossomos. Uma característica importante dos microtúbulos é que eles são estruturas dinâmicas — eles podem se montar e desmontar rapidamente quando necessário, como se fossem suportes estruturais que podem aparecer e desaparecer conforme a necessidade da célula. Para ter uma ideia de como isso funciona, veja este vídeo.
9. Quem quiser explorar detalhes deste modelo teórico, pode acessar o artigo Consciousness in the universe: A review of the ‘Orch OR’ theory, de autoria da dupla Stuart Hameroff e Roger Penrose.
10. No mundo quântico, partículas e sistemas podem existir em múltiplos estados ao mesmo tempo – isso é chamado de superposição de estados quânticos. No entanto, quando esses sistemas quânticos interagem com o ambiente ao seu redor (como moléculas de ar, calor, luz, etc.), eles tendem a perder rapidamente essas propriedades quânticas especiais. É como se o ambiente “forçasse” o sistema a escolher um estado definido. Este processo de perda das propriedades quânticas em que ocorre a transição do regime quântico para o regime clássico devido à interação com o ambiente é chamado de decoerência (ou descoerência, outra expressão igualmente válida).
11. Max Tegmark, “The importance of quantum decoherence in brain processes”, Physical Review E, 61, 2000.
12. S. Hagan, S. Hameroff, e J. Tuszynski, “Quantum Computation in Brain Microtubules? Decoherence and Biological Feasibility”, Physical ReviewE, 65, 2002.
13. Nathan Sean Babcock et al., “Ultraviolet Superradiance from Mega-Networks of Tryptophan in Biological Architectures”, The Journal of Physical Chemistry B, 128, 2024.
14. Em tempo: não quero transmitir ao caro leitor a impressão errônea de que o modelo Penrose-Hameroff é o único approach quântico ao problema da consciência. Há mais de uma dúzia deles que seja digna de nota. Contudo, apenas o modelo Penrose-Hameroff é potencialmente beneficiado pela descoberta relacionada à super-radiância mencionada aqui. A propósito, para um fantástico overview sobre diferentes approaches ao problema da consciência, veja Robert Lawrence Kuhn, “A landscape of consciousness: Toward a taxonomy of explanations and implications”, Progress in Biophysics and Molecular Biology, 190, 2024.
15. Mark Harris, “Quantum Fundamentalism and Theological Liberty”, Zygon: Journal of Religion and Science, v. 59, 2024.
16. John Polkinghorne, Reason and Reality: The Relationship between Science and Theology, 2011, p. 98. Por interesse do autor da coluna, essas citações aparecem aqui fora da ordem em que estão no texto original.
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