A física quântica nos força a fazer escolhas realmente estranhas
Einstein sempre perde no reino quântico.
- Qualquer um que leve a mecânica quântica a sério se depara com escolhas estranhas ao pensar sobre a natureza da realidade e nosso lugar nela.
- A realidade é realmente 'assustadora', como Einstein temia. Mas o que esse fantasma está nos dizendo? Ninguém realmente sabe.
- Toda interpretação da mecânica quântica é forçada a aceitar algo sobre a realidade que parece muito, muito estranho.
Na terça-feira, o Prêmio Nobel de Física de 2022 foi entregue a três pesquisadores: Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger. O trabalho desses cientistas abriu novas fronteiras na estranheza quântica para estudar. O que suas descobertas também mostraram é que os aspectos mais desafiadores filosoficamente da mecânica quântica são também os mais essenciais. Esses desafios significam que qualquer pessoa que tome mecânica se depara seriamente com escolhas estranhas ao pensar sobre a natureza da realidade e nosso lugar nela. É nisso que quero focar hoje.
Onde Einstein sempre perde
Para ser explícito, os três físicos compartilham seu prêmio por seus estudos de emaranhamento quântico. Quando as partículas estão emaranhadas, elas não podem mais ser consideradas como tendo propriedades separadas. Imagine que eu tenha duas partículas com propriedades que não posso saber antes de fazer medições delas. Mas se as partículas estiverem emaranhadas, a medição de apenas uma do par estabelece instantaneamente o que uma medição da outra produziria. Isso é verdade mesmo se as partículas estiverem separadas por uma distância tão grande que não haveria chance de elas se comunicarem no tempo que levaria para medir uma e depois a outra. Desta forma, partículas emaranhadas parecem formar um todo coerente através do espaço e do tempo.
O emaranhamento é exatamente o tipo de “ação assustadora à distância” com a qual Einstein se preocupava na mecânica quântica. É por isso que ele sentiu que a teoria quântica estava de alguma forma incompleta, o que significa que deve haver algo sobre isso que ainda temos que entender.
O que Einstein queria era uma física que nos devolvesse a uma visão clássica da realidade – uma visão em que as coisas tivessem suas próprias propriedades distintas, independentemente de ter sido feita uma medição dessas propriedades ou não. Em 1964, o físico irlandês John Stewart Bell propôs uma maneira de diferenciar claramente a visão da realidade de Einstein da versão quântica mais assustadora. Medir o emaranhamento era a chave. Demorou algumas décadas, mas, eventualmente, as medições de partículas emaranhadas separadas tornaram-se comuns e, em todos os experimentos, Einstein perdeu. A realidade é realmente assustadora.
Mas o que exatamente esse fantasma está nos dizendo? A resposta é que ninguém sabe. Ao contrário da física clássica, a mecânica quântica sempre exige que uma interpretação seja fixada em cima do formalismo matemático. Enquanto os físicos newtonianos podiam facilmente imaginar suas leis de movimento governando átomos que agiam como pequenas bolas de bilhar, os físicos quânticos nunca tiveram tal garantia. O cerne do dilema vem com o papel da medição. A mecânica quântica é famosa por sua dualidade onda-partícula, onde um elétron, por exemplo, se comportará como uma onda ou uma partícula dependendo do tipo de experimento que você realizar. É a escolha da medição – do tipo onda ou partícula – que parece determinar o resultado.
A realidade é tão estranha quanto sua medida
Então, o elétron é uma onda espalhada pelo espaço ou é uma partícula que mantém apenas uma única posição a qualquer momento? E por que a escolha feita por um medidor deve ter algum efeito? Afinal, o que é uma medida e o que é um medidor? É sempre uma pessoa – um observador – ou qualquer interação com qualquer tipo de “coisa” conta? As respostas a essas perguntas não podem ser encontradas na teoria matemática – pelo menos não ainda. Isso deixa as pessoas interpretarem a matemática de acordo com as características da realidade que pensam que a matemática deve expressar. Mas o problema é que ninguém concorda sobre qual interpretação está correta, e as interpretações podem variar muito. E a assombro do quantum não pode ser feito desaparecer – toda interpretação é forçada a aceitar algo sobre a realidade que parece muito, muito estranho.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada todas as quintas-feirasPor exemplo, a Interpretação de Muitos Mundos da mecânica quântica sustenta que ainda existe uma realidade independente dos medidores, mas há um preço pago por essa visão. Cada medição – em outras palavras, cada interação com qualquer coisa – força o Universo a se dividir em uma infinidade de cópias. Cada um desses muitos mundos contém um dos possíveis resultados de medição.
No Bayesianismo Quântico, por outro lado, as medidas da mecânica quântica nunca revelam o mundo em si, mas nossas interações com o mundo. O QBism não tem problemas em explicar a importância das medidas, mas desiste do sonho (ou fantasia) de uma visão perfeitamente objetiva da realidade. Como você pode ver, a interpretação de Muitos Mundos é muito diferente do Bayesianismo Quântico. Mas cada um mostra os tipos de escolhas que você deve fazer quando tenta perguntar o que a mecânica quântica nos diz sobre a realidade. Se alguém pudesse nos dizer qual escolha simplesmente temos que fazer, bem, isso valeria outro Prêmio Nobel.
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