Em 1961, o físico e ganhador do Nobel Eugene Wigner delineou um experimento mental que demonstrou um dos paradoxos menos conhecidos da mecânica quântica. O experimento mostra como a estranha natureza do universo permite que dois observadores - digamos Wigner e o amigo de Wigner - experimentem realidades diferentes. Desde então, os físicos têm usado o experimento mental do "amigo de Wigner" para investigar a natureza das medições e debater se fatos objetivos existem.
Primeiro, vamos falar sobre o experimento mental de Wigner:
Suponha que duas pessoas abram a caixa com o gato de Schrödinger ao mesmo tempo. Se o resultado (do colapso da função de onda) for escolhido pelo observador, como está implícito na solução idealista, então, se os dois observadores fizerem escolhas diferentes, surge um problema. Se nomearmos um dos dois resultados, então apenas um dos observadores pode fazer uma escolha, e os defensores do realismo acertadamente consideram essa decisão insatisfatória.
O paradoxo se tornou importante porque os cientistas estão conduzindo experimentos para estabelecer fatos objetivos. Mas se eles se deparam com realidades diferentes, como eles podem concordar sobre o que esses fatos podem ser? O experimento mental de Wigner nunca foi mais do que um experimento mental.
Mas no ano passado, os físicos notaram que os avanços recentes da tecnologia quântica tornaram possível replicar o teste do amigo de Wigner em um experimento real. Em outras palavras, tornou-se possível criar realidades diferentes e compará-las em laboratório para descobrir se elas podem ser reconciliadas.
Existe uma realidade objetiva?
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E hoje, Massimiliano Proietti da Heriot-Watt University em Edimburgo e vários de seus colegas disseram que haviam conduzido esta experiência pela primeira vez: eles criaram realidades diferentes e as compararam. E chegaram à conclusão de que Wigner estava certo: essas realidades podem ser irreconciliáveis na medida em que é impossível chegar a um consenso sobre fatos objetivos em um experimento.
O experimento mental original de Wigner começou com um único fóton polarizado, que, quando medido, pode ser horizontal ou verticalmente polarizado. Mas antes da medição, de acordo com as leis da mecânica quântica, o fóton existe em ambos os estados de polarização simultaneamente - a chamada superposição.
Wigner imaginou um amigo em outro laboratório que mede o estado desse fóton e armazena o resultado, enquanto Wigner observa de longe. Wigner não tem informações sobre as medições de seu amigo e, portanto, deve assumir que o fóton e sua medição estão em uma superposição de todos os resultados experimentais possíveis.
Wigner pode até conduzir um experimento para determinar se essa superposição existe ou não. Uma espécie de experimento de interferência que mostrará que o fóton e a medição estão de fato em superposição.
Do ponto de vista de Wigner, isso é um "fato" - existe superposição. E esse fato sugere que a medição não pôde ser realizada.
Mas seu amigo não vai concordar com isso, já que ele mediu a polarização do fóton e registrou. O amigo pode até ligar para Wigner e dizer que a medição foi feita (desde que o resultado não seja divulgado).
Duas realidades se contradizem. “Isso lança dúvidas sobre o status objetivo dos fatos estabelecidos pelos dois observadores”, diz Proietti.
Essa é a teoria, mas no ano passado Caslav Bruckner, da Universidade de Viena, na Austrália, descobriu uma maneira de recriar o amigo Wigner no laboratório usando técnicas que envolvem o emaranhamento de muitas partículas de uma vez.
A descoberta de Proietti foi que eles realmente fizeram isso. Eles implementaram um cenário extenso de "amigo de Wigner" em um experimento moderno de seis fótons.
Seis fótons foram emaranhados para criar duas realidades alternativas - uma representando Wigner e a outra representando o amigo de Wigner. O amigo de Wigner mede a polarização do fóton e armazena o resultado. Wigner então faz uma medição de interferência para ver se a medição e o fóton estão em superposição.
O experimento deu um resultado ambíguo. Acontece que ambas as realidades podem coexistir, mesmo que produzam resultados irreconciliáveis, conforme previsto por Wigner. Isso levanta uma série de questões interessantes que levam os físicos a repensar a natureza da realidade.
A ideia de que os observadores podem, em última análise, reconciliar suas medições em alguma realidade fundamental é baseada em várias suposições. Primeiro, fatos universais existem e os observadores podem concordar com eles.
Mas também existem outras suposições. Uma é que os observadores são livres para fazer as observações que quiserem. E mais uma coisa: a escolha que um observador faz não afeta a escolha de outros observadores. Essa suposição da física é chamada de localidade.
Se houver uma realidade objetiva com a qual todos podem concordar, então todas essas suposições estarão corretas.
Mas o resultado de Proietti e seus colegas sugere que a realidade objetiva não existe. Em outras palavras, um experimento assume que uma ou mais suposições são de que existe uma realidade com a qual concordamos; o que é liberdade de escolha; ou localidade - deve estar errado.
É claro que existe outra opção. A possibilidade de que haja uma lacuna que os pesquisadores não perceberam. Na verdade, os físicos tentaram fechar as brechas nesses experimentos por muitos anos, mas eles admitem que talvez nunca sejam capazes de fechar todas elas.
No entanto, o trabalho tem implicações importantes para a ciência. O próximo passo é ir além: criar experimentos que criem realidades alternativas cada vez mais bizarras e impossíveis de reconciliar. Aonde isso vai nos levar, ninguém sabe.
Ilya Khel
