Imortalidade Quântica
Crédito da imagem: Stock Photo / John Templeton Foundation, via http://www.templeton.org/templeton_report/20120919/.
Esqueça nove vidas; se uma interpretação da mecânica quântica estiver correta, o gato pode ter um número infinito delas.
Os observadores são os seguranças necessários, mas não desejados, na elegante boate da física quântica. Embora ninguém esteja totalmente confortável em ter porteiros verificando identidades, eles persistem; caso contrário, todos e tudo entram, contrariamente à experiência comum.
Crédito da imagem: AIP Emilio Segre Visual Archives, Physics Today Collection (L) de Dirac e Heisenberg; Laboratório Nacional de Los Alamos (R) de von Neumann.
No final dos anos 1920 e início dos anos 1930, Heisenberg, Dirac e John von Neumann codificaram o formalismo da mecânica quântica como um processo de duas etapas. Uma parte envolve a evolução contínua de estados através da equação de Schrödinger determinística.
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons YassineMrabet .
Mapeie a distribuição de energia potencial de um sistema – na forma de um poço, por exemplo – e o espectro de possíveis estados quânticos é definido. Se os estados são dependentes do tempo, eles se transformam previsivelmente. Isso poderia estabelecer, por exemplo, uma superposição de estados que se espalham no espaço de posição ao longo do tempo, como uma poça de água em expansão.
No entanto, experimentos mostram que, se um aparelho é projetado para medir uma quantidade específica, como a posição, momento ou estado de rotação de uma partícula, as medições quânticas produzem valores específicos desse respectivo parâmetro físico. Tal especificidade requer um segundo tipo de operação quântica que é instantânea e discreta, ao invés de gradual e contínua: o processo de colapso .
Crédito da imagem: A Friedman, via http://blogs.scientificamerican.com/the-curious-wavefunction/2014/01/15/what-scientific-idea-is-ready-for-retirement/ .
O colapso ocorre quando uma medida de um determinado parâmetro físico – posição, digamos – precipita uma transformação repentina em um dos autoestados (estados de solução) do operador (função matemática) correspondente a esse parâmetro – o operador de posição, nesse caso.
Crédito da imagem: Nick Trefethen, via http://www.chebfun.org/examples/ode-eig/Eigenstates.html .
Então o valor medido dessa quantidade é o autovalor associado a esse autoestado – a posição específica da partícula, por exemplo. Autoestados representam o espectro de estados possíveis e autovalores as medidas associadas a esses estados.
Podemos imaginar a situação do colapso quântico como algo como uma máquina caça-níqueis com uma mistura de moedas e moedas de um dólar; alguns velhos o suficiente para serem valiosos, outros brilhando como novos.
Crédito da imagem: 2014 Marco Jewelers, via http://marcojewelers.net/sell-buy-silver-gold-coins .
Seu painel frontal possui dois botões: um vermelho e outro azul. Pressione o botão vermelho e as moedas são instantaneamente classificadas de acordo com a denominação. Várias moedas de dólar caem (uma mistura de antigas e novas). Pressione o botão azul e a classificação é feita instantaneamente por data. Um monte de moedas antigas (de ambas as denominações) são lançadas. Enquanto alguém em busca de dinheiro rápido pode pressionar vermelho, um colecionador de moedas pode pressionar azul. A máquina está configurada para que você não tenha permissão para pressionar os dois botões. Da mesma forma, na física quântica, de acordo com o famoso princípio da incerteza de Heisenberg, certas quantidades, como posição e momento, não são mensuráveis de uma só vez com qualquer grau de precisão.
Ao longo dos anos, vários críticos atacaram essa interpretação.
Crédito da imagem: Oren Jack Turner, Princeton, N.J., via usuário do Wikimedia Commons Jaakobou .
Sugerindo que a física quântica, embora experimentalmente correta, deve ser incompleta, Einstein argumentou que as transições aleatórias e instantâneas não tinha lugar em uma descrição fundamental da natureza . Schrödinger desenvolveu habilmente seu conhecido experimento de pensamento felino para demonstrar o absurdo do papel do observador no colapso quântico. Em seu esquema hipotético, ele imaginou uma configuração na qual um gato em uma caixa fechada, cuja sobrevivência (ou não) estava ligada ao decaimento aleatório de um material radioativo, estava em um estado misto de vida e morte até que a caixa fosse aberto e o sistema observado.
Crédito da imagem: recuperada de Øystein Elgarøy em http://fritanke.no/index.php?page=vis_nyhet&NyhetID=8513 .
Mais recentemente, o físico Bryce DeWitt, que teorizou como a mecânica quântica pode se aplicar à gravidade e à dinâmica do próprio universo, argumentou que, como presumivelmente não há observadores fora do cosmos para visualizá-lo (e desencadear o colapso em autoestados de gravidade quântica), uma completa a contabilidade da física quântica não poderia incluir observadores.
Em vez disso, DeWitt, até sua morte em 2004, foi um ardente defensor de uma alternativa à interpretação de Copenhague (padrão) da mecânica quântica que ele apelidou de Interpretação de Muitos Mundos (MWI) .
Crédito da imagem: Universidade do Texas (L), de Bryce DeWitt; Professor Jeffrey A. Barrett e UC Irvine (R), de Hugh Everett III.
Ele baseou seus pontos de vista no trabalho seminal de Hugh Everett, que como estudante de pós-graduação em Princeton, desenvolveu uma maneira de evitar a necessidade de um observador na mecânica quântica. Em vez disso, cada vez que uma medição quântica é feita, o universo, incluindo quaisquer observadores, se divide de forma contínua e simultânea no espectro de valores possíveis para essa medição. Por exemplo, no caso da medição do spin de um elétron, em um ramo ele tem spin para cima, e todos os observadores o veem assim; no outro tem spin para baixo. O gato de Schrödinger estaria feliz em uma realidade, para alegria de seu dono, enquanto cruelmente morto em outra, para horror do mesmo dono (mas em um ramo diferente). Cada observador em cada ramo não teria consciência de seus quase sósias.
Como Everett escreveu a DeWitt explicando sua teoria :
A teoria está de acordo com nossa experiência (pelo menos na medida em que a mecânica quântica comum está)... porque é possível mostrar que nenhum observador jamais estaria ciente de qualquer 'ramificação'.
Se o experimento mental de Schrödinger fosse repetido todos os dias, sempre haveria um ramo do universo no qual o gato sobreviveria. Hipoteticamente, em vez das proverbiais nove vidas, o gato poderia ter um número indefinido de vidas ou pelo menos chances de vida. Sempre haveria uma cópia do experimentador que fica gratificado, mas perplexo, porque seu gato superou as probabilidades e viveu para ver outro dia. A outra cópia, de luto, lamentaria que a sorte do gato tivesse finalmente acabado.
Crédito da imagem: Ethan Zuckerman, da palestra de Garrett Lisi (2008), via http://www.ethanzuckerman.com/blog/2008/02/28/ted2008-garrett-lisi-looks-for-balance/ .
E a sobrevivência humana? Cada um de nós é uma coleção de partículas, governadas no nível mais profundo por regras quânticas. Se cada vez que ocorresse uma transição quântica, nossos corpos e nossa consciência se dividissem, haveria cópias que experimentariam cada resultado possível, incluindo aqueles que poderiam determinar nossa vida ou morte. Suponha que, em um caso, um conjunto específico de transições quânticas resultou em divisão celular defeituosa e, finalmente, em uma forma fatal de câncer. Para cada uma das transições, sempre haveria uma alternativa que não levasse ao câncer. Portanto, sempre haveria filiais com sobreviventes. Acrescente a suposição de que nossa percepção consciente fluiria apenas para as cópias vivas, e poderíamos sobreviver a qualquer número de eventos potencialmente perigosos relacionados a transições quânticas.
Everett supostamente acreditava nesse tipo de imortalidade quântica. Quatorze anos após sua morte em 1982, sua filha Liz tirou a própria vida, explicando em sua nota de suicídio que em algum ramo do universo, ela esperava se reunir com seu pai.
No entanto, existem grandes problemas com as perspectivas da imortalidade quântica. Por um lado, o MWI ainda é uma hipótese minoritária. Mesmo que seja verdade, como sabemos que nosso fluxo de pensamento consciente fluiria apenas para os ramos nos quais sobrevivemos? Todos os modos possíveis de morte são evitáveis por um conjunto alternativo de transições quânticas? Lembre-se que os eventos quânticos devem obedecer às leis de conservação, então pode haver situações em que não haja saída que siga as regras naturais. Por exemplo, se você cair de uma escotilha de nave espacial no espaço gelado, pode não haver eventos quânticos permissíveis (de acordo com a conservação de energia) que possam levá-lo a ficar aquecido o suficiente para sobreviver.
Finalmente, suponha que você de alguma forma consiga alcançar a imortalidade quântica – com sua existência consciente seguindo cada ramo auspicioso. Você acabaria sobrevivendo a todos os seus amigos e familiares – porque em sua teia de galhos você acabaria encontrando cópias deles que não sobreviveram. A imortalidade quântica seria realmente solitária!
Este artigo foi escrito por Paul Halpern, autor de Dados de Einstein e gato de Schrödinger: como duas grandes mentes lutaram contra a aleatoriedade quântica para criar uma teoria unificada da física . Siga Paulo no Twitter aqui .
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