A estranheza da mecânica quântica força os cientistas a confrontar a filosofia
Embora a mecânica quântica seja uma teoria incrivelmente bem-sucedida, ninguém sabe o que ela significa. Os cientistas agora devem confrontar suas implicações filosóficas.
- Apesar do tremendo sucesso da física quântica, cientistas e filósofos ainda discordam sobre o que ela nos diz sobre a natureza da realidade.
- Central para a disputa é se a teoria está descrevendo o mundo como ele é ou é meramente um modelo matemático.
- Tentativas de reconciliar a teoria com a realidade levaram os físicos a lugares estranhos, forçando os cientistas a lidar com questões de filosofia.
Este é o décimo e último artigo de uma série que explora o nascimento da física quântica.
O mundo dos muito pequenos não se parece com nada que vemos em nossa vida cotidiana. Não pensamos em pessoas ou rochas em mais de um lugar ao mesmo tempo até olharmos para elas. Eles estão onde estão, em apenas um lugar, quer saibamos ou não onde fica esse lugar. Nem pensamos em um gato trancado em uma caixa como estando morto e vivo antes de abrirmos a caixa para verificar. Mas tais dualidades são a norma para objetos quânticos como átomos ou partículas subatômicas, ou mesmo maiores como um gato. Antes de olharmos para eles, esses objetos existem no que chamamos de superposição de estados , cada estado com uma probabilidade atribuída. Quando medimos muitas vezes sua posição ou alguma outra propriedade física, vamos encontrá-lo em um desses estados com certas probabilidades.
A questão crucial que ainda assombra ou inspira os físicos é esta: Esses estados possíveis são reais? — a partícula está realmente em uma superposição de estados — ou essa forma de pensar é apenas um truque matemático que inventamos para descrever o que medimos com nossos detectores? Posicionar-se sobre essa questão é escolher uma certa maneira de interpretar a mecânica quântica e nossa visão do mundo. É importante ressaltar que a mecânica quântica funciona lindamente como uma teoria matemática. Isto descreve os experimentos incrivelmente bem. Portanto, não estamos debatendo se a mecânica quântica funciona ou não, porque já passamos desse ponto. A questão é se ela descreve a realidade física como ela é ou não, e precisamos de algo mais se quisermos chegar a uma compreensão mais profunda de como a natureza opera no mundo do muito pequeno.
Estados de pensamento sobre o mundo quântico
Embora a mecânica quântica funcione, o debate sobre sua natureza é feroz. O assunto é vasto, e eu não poderia fazer justiça aqui. Meu objetivo é dar uma ideia do que está em jogo. (Para mais detalhes, consulte A Ilha do Conhecimento .) Existem muitas escolas de pensamento e muitos argumentos sutis. Mas em sua forma mais geral, as escolas se alinham em duas formas de pensar a realidade, e ambas dependem do protagonista do mundo quântico: o famoso função de onda .
Em um canto estão aqueles que pensam que a função de onda é um elemento da realidade, que descreve a realidade como ela é. Essa maneira de pensar é às vezes chamada de interpretação ôntica , do termo ontologia , que em filosofia significa o material que compõe a realidade. As pessoas que seguem a escola ôntica diriam que, embora a função de onda não descreva algo palpável, como a posição da partícula ou seu momento, seu quadrado absoluto representa a probabilidade de medir esta ou aquela propriedade física — as superposições que ela descreve fazem parte da realidade.
Do outro lado estão aqueles que pensam que a função de onda não é um elemento da realidade. Em vez disso, eles veem uma construção matemática que nos permite entender o que encontramos nos experimentos. Essa maneira de pensar é às vezes chamada de interpretação epistêmica , do termo epistemologia em filosofia. Nessa visão, as medições feitas como objetos e detectores interagem e as pessoas leem os resultados são a única maneira de descobrir o que acontece no nível quântico, e as regras da física quântica são fantásticas para descrever os resultados dessas medições. Não há necessidade de atribuir qualquer tipo de realidade à função de onda. Simplesmente representa potencialidades - os resultados possíveis de uma medição. (O grande físico Freeman Dyson uma vez me disse que considerava todo o debate uma enorme perda de tempo. Para ele, a função de onda nunca teve a intenção de ser uma coisa real.)
Observe a importância em tudo isso das medições. Historicamente, a visão epistêmica remonta à interpretação de Copenhague, a miscelânea de ideias encabeçadas por Niels Bohr e levadas adiante por seus colegas mais jovens e poderosos, como Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Pascual Jordan e muitos outros.
Essa escola de pensamento às vezes é injustamente chamada de “abordagem calar a boca e calcular” devido à sua insistência de que não sabemos o que é a função de onda, apenas o que ela faz. Ela nos diz que aceitamos as superposições de estados possíveis, coexistindo antes que uma medição seja feita, como uma descrição pragmática do que não podemos saber. Após a medição, o sistema desmorona em apenas um dos estados possíveis: aquele que é medido. Sim, é esquisito afirmar que uma coisa ondulada, espalhada pelo espaço, vai instantaneamente para uma única posição (uma posição que está dentro do que é permitido pelo Princípio da incerteza ). Sim, é estranho contemplar a possibilidade de que o ato de medição de alguma forma defina o estado em que a partícula se encontra. Introduz a possibilidade de que o medidor tenha algo a ver com a determinação da realidade. Mas a teoria funciona e, para todos os fins práticos, é isso que realmente importa.
Bifurcações na estrada quântica
Em sua essência, o debate ôntico versus epistêmico esconde o fantasma da objetividade na ciência. Os onticistas não gostam da noção de que os observadores possam ter algo a ver com a determinação da natureza da realidade. Um experimentador está realmente determinando se um elétron está aqui ou ali? Uma escola ôntica conhecida como Interpretação de muitos mundos diria, em vez disso, que todos os resultados possíveis são realizados quando uma medição é realizada. Só que eles são realizados em mundos paralelos, e só temos acesso direto a um deles - ou seja, aquele em que existimos. borgiano estilo, a ideia aqui é que o ato de medir bifurca a realidade em uma multiplicidade de mundos, cada um realizando um possível resultado experimental. Não precisamos falar do colapso da função de onda, pois todos os resultados são percebidos de uma só vez.
Infelizmente, esses muitos mundos não são acessíveis a observadores em mundos diferentes. Houve propostas para testar os Muitos Mundos experimentalmente, mas os obstáculos são enormes, por exemplo, exigindo a superposição quântica de objetos macroscópicos em laboratório. Também não está claro como atribuir diferentes probabilidades aos diferentes mundos relacionados aos resultados do experimento. Por exemplo, se o observador estiver jogando uma roleta russa com opções acionadas por um dispositivo quântico, ele sobreviverá apenas em um mundo. Quem estaria disposto a ser o sujeito desse experimento? Eu certamente não. Ainda assim, Muitos Mundos tem muitos adeptos.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada toda quinta-feira
Outras abordagens ônticas requerem, por exemplo, adicionar elementos da realidade à descrição da mecânica quântica. Por exemplo, David Bohm propôs expandir a prescrição da mecânica quântica adicionando um onda piloto com o papel explícito de guiar as partículas em seus resultados experimentais. O preço da certeza experimental, aqui, é que essa onda piloto age em todos os lugares ao mesmo tempo, o que em física significa que ela não tem localidade. Muitas pessoas, incluindo Einstein, acharam isso impossível de aceitar.
O agente e a natureza da realidade
Do lado epistêmico, as interpretações são igualmente variadas. A interpretação de Copenhague lidera o grupo. Ele afirma que a função de onda não é uma coisa neste mundo, mas sim uma mera ferramenta para descrever o que é essencial, os resultados de medições experimentais. As opiniões tendem a divergir sobre o significado do observador, sobre o papel que a mente exerce no ato de medir e, portanto, definir as propriedades físicas do objeto observado e sobre a linha divisória entre o clássico e o quântico.
Por falta de espaço, mencionarei apenas mais uma interpretação epistêmica, o Quantum Bayesianismo, ou como agora é chamado, QBism . Como o nome original indica, o QBism assume o papel de um agente como central. Ele assume que as probabilidades na mecânica quântica refletem o estado atual do conhecimento ou das crenças do agente sobre o mundo, pois ele faz apostas sobre o que acontecerá no futuro. Superposições e emaranhados não são estados do mundo, nessa visão, mas expressões de como um agente experimenta o mundo. Como tal, eles não são tão misteriosos quanto podem parecer. O ônus da estranheza quântica é transferido para as interações de um agente com o mundo.
Uma crítica comum levantada contra o QBism é sua confiança na relação de um agente específico com o experimento. Isso parece injetar uma dose de subjetivismo, colocando-o em oposição ao objetivo científico usual de universalidade independente do observador. Mas como Adam Frank, Evan Thompson e eu argumentamos em O Ponto Cego , livro a ser publicado pela MIT Press em 2024, essa crítica se baseia em uma visão da ciência que não é realista. É uma visão enraizada em um relato da realidade fora de nós, os agentes que vivenciam essa realidade. Talvez seja isso que a estranheza da mecânica quântica tem tentado nos dizer o tempo todo.
O que realmente importa
As belas descobertas da física quântica revelam um mundo que continua a desafiar e inspirar nossa imaginação. Continua a nos surpreender, assim como tem feito no século passado. Como dito por Demócrito , o filósofo grego que trouxe o atomismo à tona há mais de 24 séculos, “Na realidade, não sabemos nada, pois a verdade está nas profundezas”. Pode muito bem ser o caso, mas podemos continuar tentando, e isso é o que realmente importa.
Compartilhar:
