“Nada” não existe. Em vez disso, há “espuma quântica”
Quando você combina o Princípio da Incerteza com a famosa equação de Einstein, obtém um resultado alucinante: as partículas podem vir do nada.
- O conceito de 'nada' tem sido debatido por milênios, tanto por cientistas quanto por filósofos.
- Mesmo se você pegar um recipiente vazio desprovido de toda matéria e resfriá-lo até o zero absoluto, ainda haverá 'algo' no recipiente.
- Esse algo é chamado de espuma quântica e representa partículas entrando e saindo da existência.
O que é nada? Esta é uma questão que tem incomodado os filósofos desde os antigos gregos, onde eles debatiam a natureza do vazio. Eles tiveram longas discussões tentando determinar se o nada é alguma coisa.
Embora as facetas filosóficas dessa questão representem algum interesse, a questão também é abordada pela comunidade científica. (Dr. Ethan Siegel, do Big Think, tem um artigo descrevendo as quatro definições de “nada”.)
Não é nada, realmente
O que aconteceria se os cientistas pegassem um recipiente e removessem todo o ar dele, criando um vácuo ideal totalmente desprovido de matéria? A remoção da matéria significaria que a energia permaneceria. Da mesma forma que a energia do Sol pode atravessar para a Terra através do espaço vazio, o calor de fora do recipiente irradiaria para o recipiente. Assim, o recipiente não estaria realmente vazio.
No entanto, e se os cientistas também resfriassem o recipiente até a temperatura mais baixa possível (zero absoluto), de modo que não irradiasse nenhuma energia? Além disso, suponha que os cientistas protegessem o recipiente para que nenhuma energia ou radiação externa pudesse penetrá-lo. Então não haveria absolutamente nada dentro do contêiner, certo?
É aí que as coisas se tornam contra-intuitivas. Acontece que nada não é nada.
A natureza do “nada”
As leis da mecânica quântica são confusas, prevendo que as partículas também são ondas e que os gatos estão simultaneamente vivos e mortos. No entanto, um dos mais confusos de todos os princípios quânticos é chamado de Princípio da Incerteza de Heisenberg , que é comumente explicado como dizendo que você não pode medir perfeitamente simultaneamente a localização e o movimento de uma partícula subatômica. Embora seja uma boa representação do princípio, também diz que você não pode medir a energia de nada perfeitamente e que quanto menor o tempo que você mede, pior é a sua medição. Levado ao extremo, se você tentar fazer uma medição em tempo próximo de zero, sua medição será infinitamente imprecisa.
Esses princípios quânticos têm consequências alucinantes para qualquer um que tente entender a natureza do nada. Por exemplo, se você tentar medir a quantidade de energia em um local – mesmo que essa energia não seja nada – você ainda não pode medir o zero com precisão. Às vezes, quando você faz a medição, o zero esperado acaba sendo diferente de zero. E isso não é apenas um problema de medição; é uma característica da realidade. Por curtos períodos de tempo, zero nem sempre é zero.
Quando você combina esse fato bizarro (que a energia esperada zero pode ser diferente de zero, se você examinar um período de tempo suficientemente curto) com a famosa equação de Einstein E = mc 2 , há uma consequência ainda mais bizarra. A equação de Einstein diz que energia é matéria e vice-versa. Combinado com a teoria quântica, isso significa que em um local supostamente totalmente vazio e desprovido de energia, o espaço pode flutuar brevemente para energia diferente de zero – e essa energia temporária pode produzir partículas de matéria (e antimatéria).
quanta espuma
Assim, no minúsculo nível quântico, o espaço vazio não é vazio. Na verdade, é um lugar vibrante, com minúsculas partículas subatômicas aparecendo e desaparecendo em abandono arbitrário. Esse aparecimento e desaparecimento tem alguma semelhança superficial com o comportamento efervescente da espuma no topo de uma cerveja recém-servida, com bolhas aparecendo e desaparecendo – daí o termo “espuma quântica”.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada toda quinta-feiraA espuma quântica não é apenas teórica. É bem real. Uma demonstração disso é quando os pesquisadores medem as propriedades magnéticas de partículas subatômicas como os elétrons. Se a espuma quântica não for real, os elétrons devem ser ímãs com certa força. No entanto, quando as medições são feitas, verifica-se que a força magnética dos elétrons é ligeiramente maior (em cerca de 0,1%). Quando o efeito devido à espuma quântica é levado em consideração, a teoria e a medição concordam perfeitamente - com doze dígitos de precisão.
Outra demonstração da espuma quântica é cortesia do Efeito Casimir, em homenagem ao físico holandês Hendrik Casimir. O efeito é mais ou menos assim: pegue duas placas de metal e coloque-as muito próximas uma da outra em um vácuo perfeito, separadas por uma pequena fração de milímetro. Se a ideia da espuma quântica estiver correta, então o vácuo ao redor das placas é preenchido com uma enxurrada invisível de partículas subatômicas piscando para dentro e para fora da existência.
Essas partículas têm uma gama de energias, sendo a energia mais provável muito pequena, mas ocasionalmente aparecem energias mais altas. É aqui que os efeitos quânticos mais familiares entram em jogo porque a teoria quântica clássica diz que as partículas são partículas e ondas. E as ondas têm comprimentos de onda.
Fora da pequena lacuna, todas as ondas podem caber sem restrições. No entanto, dentro do gap, apenas ondas mais curtas que o gap podem existir. Ondas longas simplesmente não cabem. Assim, fora do gap, existem ondas de todos os comprimentos de onda, enquanto dentro do gap existem apenas comprimentos de onda curtos. Isso basicamente significa que existem mais tipos de partículas fora do que dentro, e o efeito é que há uma pressão líquida para dentro. Assim, se a espuma quântica for real, as placas serão unidas.
Os cientistas fizeram várias medições do efeito Casimir, no entanto foi em 2001 quando o efeito foi demonstrado conclusivamente usando a geometria que descrevi aqui. A pressão devido à espuma quântica faz com que as placas se movam. A espuma quântica é real. Afinal, nada é alguma coisa.
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