A demonstração que gerou as idéias do grande Isaac Newton sobre a natureza da luz foi incrivelmente simples. "Pode ser repetido com grande facilidade onde quer que o sol esteja brilhando", disse o físico inglês Thomas Young à Royal Society em Londres em novembro de 1803, descrevendo o que agora é chamado de experimento de dupla fenda. E Young não era um jovem entusiasmado. Ele propôs um experimento elegante e elaborado que demonstra a natureza ondulatória da luz e, assim, refuta a teoria de Newton de que a luz é composta de corpúsculos, ou seja, partículas.
Mas o nascimento da física quântica no início dos anos 1900 deixou claro que a luz é composta de pequenas unidades indivisíveis - ou quanta - de energia que chamamos de fótons. O experimento de Young com fótons únicos, ou mesmo com partículas individuais de matéria, como elétrons e neurônios, é um mistério que faz você se perguntar sobre a própria natureza da realidade. Alguns até o usaram para afirmar que o mundo quântico é influenciado pela consciência humana. Mas pode um experimento simples realmente demonstrar isso?
A consciência pode definir a realidade?
Em sua forma quântica moderna, o experimento de Young envolve o disparo de partículas individuais de luz ou matéria através de duas fendas ou orifícios cortados em uma barreira opaca. De um lado da barreira está uma tela que registra a chegada de partículas (digamos, uma placa fotográfica no caso de fótons). O bom senso nos faz esperar que os fótons passem por uma ou outra fenda e se acumulem atrás da passagem correspondente.
Mas não. Os fótons atingem certas partes da tela e evitam outras, criando faixas alternadas de luz e escuridão. Essas chamadas franjas lembram a imagem de duas ondas se encontrando. Quando as cristas de uma onda se alinham com as cristas de outra, você obtém interferência construtiva (faixas brilhantes), e quando as cristas se alinham com vales, você obtém interferência destrutiva (escuridão).
Mas apenas um fóton passa pelo dispositivo por vez. Parece que o fóton passa pelas duas fendas ao mesmo tempo e interfere em si mesmo. Isso é contrário ao senso comum (clássico).
Matematicamente falando, não é uma partícula física ou uma onda física que passa por ambas as fendas, mas a chamada função de onda - uma função matemática abstrata que representa o estado de um fóton (neste caso, posição). A função de onda se comporta como uma onda. Ela atinge duas fendas e novas ondas surgem do outro lado das fendas, se propagam e interferem umas nas outras. A função de onda combinada calcula a probabilidade de onde o fóton pode estar.
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O fóton tem alta probabilidade de estar onde as duas funções de onda interferem construtivamente, e baixa - onde a interferência é destrutiva. As medições - neste caso, a interação da função de onda com a placa fotográfica - levam ao "colapso" da função de onda, ao seu colapso. Como resultado, ele aponta para um dos lugares em que o fóton se materializa após a medição.
Esse colapso da função de onda aparentemente induzido pela medição tornou-se a fonte de muitas dificuldades conceituais na mecânica quântica. Antes do colapso, não há como dizer com certeza onde o fóton irá parar; pode estar em qualquer lugar com probabilidade diferente de zero. Não há como traçar a trajetória de um fóton da fonte ao detector. O fóton é irreal no sentido de que um avião voando de São Francisco a Nova York é real.
Werner Heisenberg, entre outros, interpretou essa matemática de tal forma que a realidade não existe até que seja observada. “A ideia de um mundo real objetivo, cujas menores partículas existam objetivamente no mesmo sentido em que existem pedras ou árvores, independentemente de as observarmos ou não, é impossível”, escreveu ele. John Wheeler também usou uma variante do experimento de dupla fenda para afirmar que "nenhum fenômeno quântico elementar será um fenômeno até que se torne um fenômeno registrado ('observado', 'definitivamente registrado')."
Mas a teoria quântica não dá absolutamente nenhuma pista sobre o que conta como "medição". Ela simplesmente postula que o dispositivo de medição deve ser clássico, sem definir onde está essa linha entre o clássico e o quântico, e deixando a porta aberta para aqueles que acreditam que o colapso está causando a consciência humana. Em maio passado, Henry Stapp e seus colegas disseram que o experimento da dupla fenda e suas versões atuais sugerem que "um observador consciente pode ser necessário" para dar significado ao reino quântico, e que a inteligência transpessoal está no centro do mundo material.
Mas esses experimentos não são evidências empíricas para tais afirmações. Em um experimento de dupla fenda realizado com fótons únicos, só se pode testar as previsões probabilísticas da matemática. Se as probabilidades flutuam quando dezenas de milhares de fótons idênticos são enviados pela fenda dupla, a teoria é que a função de onda de cada fóton entrou em colapso - graças a um processo vagamente definido chamado medição. Isso é tudo.
Além disso, existem outras interpretações do experimento da dupla fenda. Considere, por exemplo, a teoria de de Broglie-Bohm, que afirma que a realidade é tanto uma onda quanto uma partícula. O fóton é direcionado para a fenda dupla em uma determinada posição a qualquer momento e passa por uma ou outra fenda; portanto, cada fóton tem uma trajetória. Ele viaja através de uma onda piloto que penetra ambas as fendas, interfere e então direciona o fóton para o local da interferência construtiva.
Em 1979, Chris Dewdney e colegas do Brickbeck College London modelaram a previsão dessa teoria dos caminhos das partículas que viajariam por uma fenda dupla. Nos últimos dez anos, os experimentadores confirmaram a existência de tais trajetórias, embora tenham usado a técnica controversa das chamadas medições fracas. Apesar da polêmica, experimentos mostraram que a teoria de de Broglie-Bohm ainda é capaz de explicar o comportamento do mundo quântico.
Mais importante ainda, esta teoria não precisa de observadores ou medições ou consciência intangível.
Nem são necessários para as chamadas teorias do colapso, das quais se segue que as funções de onda entram em colapso aleatoriamente: quanto maior o número de partículas em um sistema quântico, mais provável é o colapso. Os observadores simplesmente registram o resultado. A equipe de Markus Arndt na Universidade de Viena, na Áustria, testou essas teorias enviando moléculas cada vez maiores por uma fenda dupla. As teorias do colapso preveem que, quando as partículas de matéria se tornam mais massivas do que um certo limite, elas não podem mais permanecer em uma superposição quântica e passar por ambas as fendas ao mesmo tempo, e isso destrói o padrão de interferência. A equipe de Arndt enviou uma molécula de 800 átomos pela fenda dupla e ainda viu interferência. A busca pelo limite continua.
Roger Penrose tinha sua própria versão da teoria do colapso, em que quanto maior a massa de um objeto em superposição, mais rápido ele colapsa para um estado ou outro devido às instabilidades gravitacionais. Novamente, esta teoria não requer um observador ou qualquer tipo de consciência. Dirk Boumeester, da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, testa a ideia de Penrose com uma versão do experimento de dupla fenda.
Conceitualmente, a ideia é não só colocar um fóton em uma superposição de passagem por duas fendas ao mesmo tempo, mas também colocar uma das fendas em superposição e fazê-la ficar em dois lugares ao mesmo tempo. De acordo com Penrose, a fenda substituída permanecerá em sobreposição ou colapsará com um fóton em movimento, o que levará a diferentes padrões de interferência. Esse colapso dependerá da massa das fendas. Boumeester tem trabalhado neste experimento por dez anos e pode em breve confirmar ou negar as afirmações de Penrose.
Em qualquer caso, esses experimentos mostram que ainda não podemos fazer quaisquer afirmações sobre a natureza da realidade, mesmo que essas afirmações sejam bem sustentadas matematicamente ou filosoficamente. E dado que os neurocientistas e filósofos da mente não podem concordar sobre a natureza da consciência, a afirmação de que ela leva ao colapso das funções de onda seria prematura na melhor das hipóteses e mal orientada na pior.
Ilya Khel
