Novas evidências podem acabar com a visão atual da mecânica quântica

Por , em 29.05.2016

Todo mundo já deve ter ouvido falar dos paradoxos da mecânica quântica, sendo um deles o de que as partículas não tem uma localização enquanto não forem observadas.

Este paradoxo é o resultado do modelo padrão da mecânica quântica, chamado de “interpretação de Copenhague”, que recebeu este nome por ter sido desenvolvido por Niels Bohr e Werner Heisenberg em Copenhagen, em 1927.

Albert Einstein era um dos que tinha suas objeções a esta interpretação. Ele discutiu isto com o seu biógrafo, Abraham Pais, que lembra de Einstein se virar e perguntar se ele realmente acreditava que a lua só existia quando olhava para ela.

Além desta interpretação, existem outras visões da mecânica quântica. Uma delas é conhecida como a teoria da onda-piloto, ou mecânica Bohmiana. Ela nunca se tornou muito popular, em parte por que implicava que o mundo era estranho em outras maneiras.

Em particular, um estudo de 1992 alegou ter dado o golpe fatal na mecânica Bohmiana. Segundo o autor, se uma partícula seguisse as leis da mecânica Bohmiana, ela acabaria em uma trajetória que era tão não física, até mesmo para os padrões da mecânica quântica, que era descrita como “surreal”.

Recentemente, um grupo de cientistas resolveu fazer uma experiência em laboratório para testar esta ideia e, segundo os resultados publicados recentemente, a visão Bohmiana da mecânica quântica, menos difusa e em algumas formas mais estranha que a visão tradicional, pode estar voltando.

A onda-piloto

A mecânica Bohmiana, da mesma forma que a interpretação de Copenhague, tem uma equação de onda governada pela equação de Schrödinger. Além disso, cada partícula tem uma posição real, mesmo quando não está sendo observada. Mudanças na posição da partícula são dadas por outra equação, conhecida como equação da “onda-piloto” (ou “equação guia”). A teoria é determinística – se você sabe o estado inicial de um sistema, e tem a equação da função de onda, pode calcular onde cada partícula vai parar.

Mas não é um retorno à mecânica clássica. A mecânica clássica é puramente “local”. As coisas são afetadas só pelo que está próximo delas, ou através de um campo. A mecânica quântica é não local, e um dos efeitos não locais mais conhecidos é a “ação fantasmagórica à distância”, o entrelaçamento quântico, que tem sido confirmado por experimentos desde os anos 1980.

Na mecânica Bohmiana, a não localidade é mais conspícua, a trajetória de uma partícula depende do que todas as outras partículas descritas pela mesma equação de onda estão fazendo. E não tem limite geográfico, fazendo com que todo o universo seja interdependente.

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Experimento da fenda dupla

O experimento da fenda dupla é um dos que separam a mecânica Bohmiana da interpretação de Copenhague. No experimento, partículas (elétrons, ou fótons) saem de uma fonte e passam por duas fendas paralelas e estreitas, atingindo um anteparo a certa distância. Quando o experimento é executado, as partículas “se comportam como ondas” entre as fendas e o anteparo, produzindo uma figura de interferência. A figura de interferência acontece mesmo que apenas uma partícula seja emitida, sugerindo que a partícula passe pelas duas fendas ao mesmo tempo.

Adeptos da interpretação de Copenhague tem que conviver com este tipo de fenômeno assim mesmo, embora alguns abracem a interpretação dos Muitos Mundos, onde alguns observadores veem a partícula passando pela fenda direita e outros em outros mundos veem a partícula passando pela fenda esquerda.

Pela mecânica Bohmiana, os elétrons agem como partículas, com momento e velocidade determinados pela onda-piloto, que depende da função de onda. Cada elétron passa por uma fenda, mas a onda-piloto passa pelas duas fendas, resultando assim no padrão de interferência.

E é exatamente o problema da fenda dupla que parece estar reabilitando a mecânica Bohmiana. O trabalho produzido por Aephrain Steinberg, um físico da Universidade de Toronto, usou fótons e não elétrons e, em vez de passar por um par de fendas, passou por um divisor de feixe, que faz com que o feixe siga um de dois caminhos possíveis e diferentes, dependendo da polarização do fóton, atingindo uma câmera de um único fóton (single-photon), que registra sua posição final.

No experimento, os cientistas usaram pares de fótons que estavam “emaranhados”. Logo, lendo o estado de um fóton, o caminho usado pelo outro fóton era conhecido. O resultado parecia surreal, como indicavam os críticos da mecânica Bohmiana: um fóton atingia um lado da tela mesmo quando a polarização indicava que ele deveria ter tomado o outro caminho.

Só que a informação de qual caminho o fóton havia tomado, lida a partir do seu companheiro emaranhado, perdia precisão à medida que o fóton viajava. A causa disso era a não localidade. Este resultado pode ser explicado pela mecânica Bohmiana.

Será que o universo segue a mecânica Bohmiana, com suas partículas perfeitamente definidas, seguindo caminhos precisos? Esta é uma questão ainda em aberto.

O trabalho pode ser conferido no site da ScienceMag. [QuantaMagazine]

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1 comentário

  • José Eduardo:

    O fato da condição da matéria depender ou não do observador seria um bom argumento para defender a ideia que nosso mundo é uma simulação…

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