Teoria da não-clonagem e fábrica de biscoitos

Todos os biscoitos são iguais?

Numa fábrica de biscoitos, embora a forma seja a mesma etodos os biscoitos pareçam exatamente iguais, não o são em nível microscópico. Se pegarmos uma lupa (muito potente, diga-se de passagem), veremos que um biscoito vai ter um átomo de alguma impureza, outro vai ter um pouco mais de poeira, moléculas de água a mais, imperfeições, e assim sucessivamente. Não há dois biscoitos (ou bolachas?) iguais.


Diria o filósofo grego Heráclito (540 – 480 a.C.) que “não podemos entrar duas vezes no mesmo rio, porque da segunda vez o rio não é o mesmo, e nós também não somos os mesmos”.

O mesmo não ocorre num nível microscópico.

A física moderna diz que as partículas elementares são indistinguíveis.Um elétron é igual a outro elétron. Um fóton é igual a outro fóton com a mesma energia. Dois átomos feitos exatamente com o mesmo número de cada partícula elementar serão indistinguíveis.

Fazendo um contraste com Heráclito, tais partículas elementares estão mais para o mundo das ideias de outro filósofo grego, Platão (428-348 a.C): embora cada biscoito seja diferente, todos são feitos a partir de uma ideia, um “molde” ideal, imutável, perfeito.

Teleporte e clonagem


Então, vamos fazer o seguinte experimento mental.


Um equipamento escaneia cada átomos do corpo de uma pessoa, a nível de partículas subatômicas. Ela envia esta informação para um outro dispositivo, que manipula átomos e monta o corpo novamente, exatamente na mesma ordem e posição do original.

Como não é possível distinguir duas partículas subatômicas, o novo corpo vai ser exatamente igual ao original!

Pior ainda, se copiarmos a informação num hard disk e utilizarmos a máquina de montar corpos novamente, podemos ter infinitas cópias exatamente iguais da mesma pessoa!

Será que a pessoa original a mesma que a pessoa remontada? Serão os clones a mesma pessoa original?

Como saímos dessa enrascada?

Colapso da função de onda

Em relação à leitura de informação, há um teorema que pode ajudar. Quando fazemos a medida de um estado quântico, a função de onda colapsa para um dos estados puros. Este é um colapso irreversível, no sentido de que a partir da informação obtida (zero ou um) não conseguimos deduzir o qubit ( | \psi \rangle = a | 0 \rangle + b |1 \rangle ).

Uma máquina que faria a leitura de cada partícula do corpo humano não pode ter precisão absoluta, ela teria necessariamente que perder informação.

Observação: não é possível medir e armazenar o qubit, mas é possível “teleportar” o mesmo, que é o tal teleporte quântico.

Não-clonagem


Bom, em relação aos clones, há outro teorema da física que pode ajudar: o teorema da não-clonagem!


Ela diz que não é possível copiar o estado | \psi \rangle = a | 0 \rangle + b |1 \rangle de um qubit para outro.


Isto violaria o princípio da incerteza de Heisenberg: não é possível determinar a posição e o momento de uma partícula quântica simultaneamente.

Se clones a nível quântico fossem possíveis, era só fazer dois clones, medir a posição com precisão em um clone, e o momento (massa x velocidade) em outro. Por evitar essas e outras contradições, o físico Richard Feynman disse que o princípio da incerteza protege a física quântica.


Ou seja, embora as partículas elementares sejam indistinguíveis, não é possível fazer um clone exatamente igual ao outro – Heráclito estava certo,afinal.

Energia

 “A energia é como o retesar de uma besta. A decisão é como apertar o gatilho”. Sun Tzu – A Arte da Guerra

 

Richard Feynman (1918-1988) foi um dos maiores físicos americanos de todos os tempos. Existe uma coleção de aulas dele, chamada de Feynman Lectures on Physics (http://www.basicfeynman.com/).

 

 
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Na época em que fiz mestrado em Engenharia Eletrônica, li essas aulas (extracurricularmente, porque gosto de ler). Gostei particularmente da aula sobre Energia.

 

 

 
O que é Energia?

 

 
Parece uma pergunta fácil, mas não é.

 

 
Intuitivamente, a energia é algo que tem haver com ação. Quanto maior a energia, maior a ação realizada.

 

 
E a energia também parece ter relação com o potencial de ação. É a energia potencial. Por exemplo, um balde de água a 2 metros de altura tem uma energia potencial. Quando o balde cair, esta energia se transformará em energia cinética, do movimento.

 

 
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É como se a energia estivesse armazenada , esperando para gerar ação.
 

 

Há vários tipos de energia: energia elétrica, solar, eólica, nuclear, térmica. Energia pode se transformar em som. E também a energia química de algo como o petróleo. Ou a energia que extraímos de um prato de arroz com feijão.

 

 
 
Segundo Feynman, ninguém sabe exatamente o que é uma energia.

 

 
  • Energia é um átomo?
  • Energia é uma onda?
  • Energia é calor?
  • Energia é luz? É som? É o prato de feijão? É o balde?
  • E = mc^2?
  • Não sei exatamente. E não importa.

 

 
O que se sabe, da primeira Lei da Termodinâmica, é que a energia não se perde, não se cria, só se transforma, num sistema isolado.

 

 
 
A energia potencial do balde vira energia cinética. Quando o balde atingir o chão, parte da energia vai se perder com o impacto, esquentando o solo, parte vai virar som, parte retorna para o balde virando movimento na direção contrária.

 

 

A sacada de Feynman

 

 
Na escola, ensinam que a energia potencial do balde parado é dada por mgh, e a energia cinética é dada por 1/2 mv^2.

 

 
E que, pela conservação da energia, mgh = 1/2 mv^2.

 

 
Ou seja, há uma fórmula para a energia potencial, há outra fórmula para a energia cinética, e que estas são iguais. Usando este conceito, há um monte de perguntas de vestibular deste tipo:
 

 

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Feynman sugere o inverso. Há algo que se conserva, entre um estado e outro. Dá-se o nome de “energia” àquilo que se conserva. A conservação desta tal de energia é uma propriedade física constante.
 
Parto do ponto que a energia se conserva, e tenho que descobrir as fórmulas para respeitar a propriedade de serem iguais.
 
 

 

Portanto, a energia do prato de arroz com feijão vai ser igual à energia deste processada pelo meu estômago. Se existir uma fórmula para a energia química do feijão esta deve ter a propriedade de ser igual à fórmula da energia gerada pelo meu estômago.
 
 

 

Voltando ao meu mestrado, usei um teorema de conservação de energia dos sinais para simplificar brutalmente um processamento computacional (durava dias e passou a durar minutos). Graças às aulas de Feynman, tive segurança de afirmar que o que fiz era correto, e ainda fiquei filosofando sobre o significado de energia com o meu orientador.
 

 

 

Extrapolando

 

 
Feynman era físico, ganhador do prêmio Nobel. Eu, não, sou apenas um doido qualquer.

 

Portanto, posso extrapolar as leis da termodinâmica e fazer outras perguntas, sem o menor rigor científico.

 

  • Existiria uma energia potencial de conhecimento e experiência para gerar uma energia cinética de uma ideia que funcione?
  • Ou uma energia potencial de criatividade para gerar energia cinética de inovação?
  • Existe uma energia potencial de treinamento necessária (digamos, aprender a dirigir) para converter em experiência prática (saber dirigir)?
  • Seria o dinheiro uma forma de energia? Recebo o dinheiro por um trabalho realizado, e uso o mesmo para comprar o trabalho de outra pessoa – é como transformar a energia potencial da água em energia elétrica, e usar a energia elétrica para ligar uma televisão.

 

Suspeito que sim, que as ideias fazem sentido. Basta inventar uma fórmula para relacioná-las.

 

 

 

O algoritmo de Feynman para resolver qualquer problema  

Richard Feynman foi um dos maiores físicos da história. É reconhecido pela extrema criatividade com que abordava e resolvia problemas.

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O algoritmo de Feynman para a resolução de problemas afirma o seguinte:
1 – Formule a Pergunta
2 – Pense arduamente
3 – Escreva a resposta

 

Esta afirmação ficou famosa, por ser um pouco lúdica, um pouco simplista. Meio brincadeira, meio séria. Ao mesmo tempo muito verdadeira e muito falsa – ou seja, genial.

 

A primeira parte, “formule a pergunta”, pode parecer trivial, porém não é. Fazer a pergunta correta é quase já fornecer a resposta.

 

O foco de um bom resolvedor de problemas não é encontrar a resposta, e sim fazer a pergunta correta. Reformular as perguntas existentes, de forma a permitir que a resposta resolva algum problema do mundo real, aproveitando as assimetrias de espaço, tempo, cultura, informações e oportunidades em geral.

 

Uma pergunta genérica demais (como resolver o problema da fome no mundo?) não serve para nada, uma pergunta específica demais não serve para nada (como resolver o meu problema de fome?). Uma pergunta óbvia não leva a nada, uma pergunta esdrúxula também não.

 

A Casas Bahia, nos anos 80 e 90, não se perguntou “Como vender móveis mais baratos para a classe C?”, e sim “Como financiar a classe C para permitir que eles comprem móveis?”.

 

Ulisses, na Ilíada, não se perguntou “Como vencer a Guerra de Troia?”, e sim “Como fazer para abrir os portões de Troia de dentro dos muros?”

 

Já dizia Picasso: “Computadores são inúteis, eles só sabem dar respostas”.

 

A segunda parte, pensar arduamente, também pode parecer trivial. Mas, se é tão trivial assim, por que tantas pessoas desistem sem nem ao menos tentar responder?

 

A maior barreira de todas reside na própria cabeça do ser humano. Muita gente já assume que não consegue responder, que tem que buscar a solução na internet e copiar a resposta que alguém elaborou. Errado. Vale muito mais desenvolver a própria resposta do que copiar as ideias de outrem.

 

Pensar é o trabalho mais difícil que existe. Talvez por isso tão poucos se dediquem a ele – Henry Ford

A terceira parte, “escrever a resposta”, também é muito importante. Porque as pessoas esquecem os detalhes das respostas, e somente podem avaliar precisamente se estão certas ou erradas se tiverem algo escrito: a pergunta, a resposta com todos os detalhes, a data, as pessoas envolvidas. Assim, pode-se ter um feedback das perguntas e respostas e consequente evolução das mesmas.