Einstein estava errado sobre a mecânica quântica

A mecânica quântica é aquela teoria da física que tem a capacidade de complicar tudo e criar enormes problemas por entrar em contradição com coisas que já sabemos que são verdadeiras.

Um famoso físico que não se dava bem com ela foi Albert Einstein. Mais conhecido pela criação da fórmula “E = mc²”, os inúmeros trabalhos de Einstein também estabeleceram a base para a moderna mecânica quântica.

Mas o gênio não queria simplesmente aceitar que “existe algo tipo a mecânica quântica” e deixar pra lá todas as dúvidas que ela criava. Einstein queria que ela fizesse sentido.

Einstein e a mecânica quântica

Einstein teve ideias e estudou coisas que chamou de “ação fantasma à distância” e “entrelaçamento quântico”. Essas teorias abriram toda uma gama de aplicações, incluindo o teletransporte quântico e a criptografia quântica, mas o físico em si não estava completamente convencido pela teoria da mecânica quântica.

A mecânica quântica é simplesmente bizarra. Ela implica que uma partícula, tal como um eléctron, pode passar através de duas fendas ao mesmo tempo. Além disso, as famosas equações do físico alemão Erwin Schrödinger provam que um gato pode acabar em uma espécie peculiar de estado quântico, não estando nem morto nem vivo ao mesmo tempo.

Esse tipo de coisa não impressionava Einstein. Ele acreditava que a mecânica quântica estava correta, mas queria desesperadamente encontrar uma maneira de “completar” a teoria para que ela “fosse normal”.

O entrelaçamento

O Princípio da Incerteza de Heisenberg afirma que não é possível medir tanto a posição quanto o momentum de uma partícula com precisão. Se alguém mede a posição da partícula, a partícula é perturbada, de modo que altera seu momentum. Se é impossível medir essas duas coisas ao mesmo tempo, como elas podem ser definidas em conjunto?

Em 1935, Einstein pensou em uma maneira de explicar esse problema usando a mecânica quântica. Ele criou uma teoria para mostrar como a posição pode ser medida sem perturbar a partícula.

Junto aos físicos americanos Boris Podolsky e Nathan Rosen, Einstein descobriu o entrelaçamento quântico.

O entrelaçamento ou emaranhamento quântico de duas partículas significa que a função de onda quântica que as descreve não pode ser matematicamente fatorizada em duas partes distintas, uma para cada partícula. Quando duas partículas passam por emaranhamento, tornam-se especialmente ligadas.

A mecânica quântica prevê esses estados emaranhados, onde as posições e o momentum de duas partículas são perfeitamente correlacionados, não importa quão distantes elas estão entre si.

Isso é o que era importante para Einstein, que acreditava que não poderia haver perturbação à segunda partícula como resultado de algo feito à primeira. Essa ideia foi chamada de “ação fantasma à distância”.

Por exemplo

Suponhamos que uma menina chamada Alice mede a posição da primeira partícula e um rapaz chamado Jorge mede simultaneamente a posição da segunda partícula. Por causa da perfeita correlação entre elas, uma vez que Alice faz sua medição, ela sabe de imediato o resultado da medição de Jorge.

Einstein argumentou que isso só pode acontecer porque a partícula de Jorge tem a mesma posição que Alice previu.

Como as medidas de Jorge e Alice estão separadas por espaço, Einstein concluiu que tinha de haver uma variável oculta para descrever o valor preciso da posição da segunda partícula medida por Jorge.

Da mesma forma, Alice poderia prever com absoluta precisão o momentum da partícula de Jorge sem perturbá-la. Então, assumindo que não há ação fantasma, Einstein afirmou que o momentum da partícula de Jorge também poderia ser especificado com precisão, independentemente da medição de Alice.

Isso contraria o Princípio da Incerteza de Heisenberg.

Tal argumento de Einstein ilustra uma contradição entre a mecânica quântica como a conhecemos e a suposição de uma “ação fantasma à distância”.

A ideia do físico era resolver o problema que tinha nas mãos da forma mais simples: introduzindo variáveis ocultas consistentes com uma “não ação fantasma” que iria completar a mecânica quântica.

Claro que, de longe, a solução mais simples seria a de que o entrelaçamento quântico simplesmente não existisse na natureza. Antes de mais nada, tínhamos que confirmar experimentalmente a ideia de emaranhamento – o que foi feito.

Provas concretas e conflitantes

Chien-Shiung Wu, a “primeira-dama da física”, foi a primeira a apresentar provas do emaranhamento de Einstein em laboratório. Ela mostrou uma correlação do tipo previsto pelo gênio entre a polarização de dois fótons bem separados.

Já John Bell, um físico que trabalha no Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, o maior laboratório de física de partículas do mundo, queria desenvolver uma teoria de variável oculta ao longo das linhas sugeridas por Einstein. Ele examinou os estados que Wu havia criado, mas se deparou com um resultado surpreendente.

De acordo com a mecânica quântica, encontrar variáveis ocultas seria impossível. Os resultados de medições em laboratório seriam diferentes para as variáveis ocultas de Einstein e para a mecânica quântica.

Isso significa que, ou a mecânica quântica está simplesmente errada, ou qualquer teoria de variáveis ocultas permitindo uma mecânica quântica de acordo com as outras leis que conhecemos teria que permitir que uma “ação fantasma à distância”.

Vários experimentalistas – John Clauser, Alain Aspect, Anton Zeilinger, Paul Kwiat e colegas – testaram a teoria de variáveis ocultas de Einstein e todos os resultados até agora apoiam a mecânica quântica. Parece que, quando duas partículas passam por emaranhamento, o que acontece a uma das partículas pode afetar imediatamente a outra, mesmo se as partículas estiverem separadas – uma ação totalmente fantasma(górica), não?

Ou seja, apesar da resistência de Einstein, se ele fosse vivo hoje, provavelmente teria que admitir que o mundo é simplesmente estranho.

Mas esse ainda não é o fim para os ossos se revirando no caixão do físico. As experiências até agora se concentraram apenas em fótons, e não partículas massivas, como elétrons ou átomos, então, talvez, as leis sejam diferentes para partículas “reais”.

Cientistas australianos estão agora buscando maneiras de testar as ideias de Einstein e de Bell usando átomos e até mesmo objetos em miniatura refrigerados até perderem toda a sua tremulação térmica. Quem sabe o que eles vão encontrar? [Phys]

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