Ninguém neste mundo entende o que é a mecânica quântica. Esta é talvez a coisa mais importante que você precisa saber sobre ela. Claro, muitos físicos aprenderam a usar leis e até mesmo prever fenômenos com base na computação quântica. Mas ainda não está claro por que o observador do experimento determina o comportamento do sistema e o faz assumir um de dois estados.
Aqui estão alguns exemplos de experimentos com resultados que inevitavelmente mudarão sob a influência do observador. Eles mostram que a mecânica quântica praticamente lida com a intervenção do pensamento consciente na realidade material.
Existem muitas interpretações da mecânica quântica hoje, mas a Interpretação de Copenhagen é talvez a mais famosa. Na década de 1920, seus postulados gerais foram formulados por Niels Bohr e Werner Heisenberg.
A interpretação de Copenhagen é baseada na função de onda. É uma função matemática que contém informações sobre todos os estados possíveis de um sistema quântico no qual existe simultaneamente. De acordo com a Interpretação de Copenhagen, o estado de um sistema e sua posição em relação a outros estados só podem ser determinados por observação (a função de onda é usada apenas para calcular matematicamente a probabilidade de encontrar um sistema em um estado ou outro).
Podemos dizer que após a observação, o sistema quântico torna-se clássico e imediatamente deixa de existir em outros estados que não aquele em que foi observado. Essa conclusão encontrou seus oponentes (lembre-se do famoso "Deus não joga dados" de Einstein), mas a precisão dos cálculos e previsões ainda tinha sua própria.
No entanto, o número de defensores da interpretação de Copenhague está diminuindo, e a principal razão para isso é o misterioso colapso instantâneo da função de onda durante o experimento. O famoso experimento mental de Erwin Schrödinger com um pobre gato deve demonstrar o absurdo desse fenômeno. Vamos lembrar os detalhes.
Dentro da caixa preta está um gato preto e com ele uma garrafa de veneno e um mecanismo que pode liberar veneno aleatoriamente. Por exemplo, um átomo radioativo pode quebrar uma bolha durante a decomposição. O tempo exato de decaimento do átomo é desconhecido. Apenas a meia-vida é conhecida, durante a qual ocorre a deterioração com uma probabilidade de 50%.
Obviamente, para um observador externo, o gato dentro da caixa está em dois estados: ou vivo se tudo correu bem ou morto se a decomposição ocorreu e a garrafa se quebrou. Ambos os estados são descritos pela função de onda do gato, que muda com o tempo.
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Quanto mais tempo passa, mais provável é que tenha ocorrido decaimento radioativo. Mas, assim que abrimos a caixa, a função de onda entra em colapso e vemos imediatamente os resultados desse experimento desumano.
Na verdade, até que o observador abra a caixa, o gato terá um equilíbrio infinito entre a vida e a morte, ou estará vivo e morto ao mesmo tempo. Seu destino só pode ser determinado pelas ações de um observador. Esse absurdo foi apontado por Schrödinger.
1. Difração de elétrons
De acordo com uma pesquisa com físicos famosos do The New York Times, o experimento de difração de elétrons é um dos estudos mais incríveis da história da ciência. Qual é a sua natureza? Existe uma fonte que emite um feixe de elétrons em uma tela sensível à luz. E há um obstáculo no caminho desses elétrons, uma placa de cobre com duas fendas.
Que tipo de imagem você pode esperar em uma tela se os elétrons geralmente são apresentados a nós como pequenas bolas carregadas? Duas faixas opostas às ranhuras da placa de cobre. Mas, na realidade, um padrão muito mais complexo de listras brancas e pretas alternadas aparece na tela. Isso porque, ao passar pela fenda, os elétrons passam a se comportar não apenas como partículas, mas também como ondas (fótons ou outras partículas de luz se comportam da mesma forma, que podem ser uma onda ao mesmo tempo).
Essas ondas interagem no espaço, colidindo e reforçando-se mutuamente e, como resultado, um padrão complexo de listras claras e escuras alternadas é exibido na tela. Ao mesmo tempo, o resultado desse experimento não muda, mesmo que os elétrons passem um a um - até mesmo uma partícula pode ser uma onda e passar simultaneamente por duas fendas. Esse postulado foi um dos principais na interpretação de Copenhague da mecânica quântica, quando as partículas podem demonstrar simultaneamente suas propriedades físicas "comuns" e propriedades exóticas como uma onda.
Mas e o observador? É ele quem torna esta história complicada ainda mais confusa. Quando os físicos durante esses experimentos tentaram determinar com a ajuda de instrumentos por qual fenda o elétron realmente passa, a imagem na tela mudou drasticamente e tornou-se "clássica": com duas seções iluminadas estritamente opostas às fendas, sem nenhuma faixa alternada.
Os elétrons pareciam relutantes em revelar sua natureza de onda ao olhar atento dos observadores. Parece um mistério envolto em trevas. Mas também há uma explicação mais simples: o monitoramento do sistema não pode ser realizado sem influenciá-lo fisicamente. Discutiremos isso mais tarde.
2. Fulerenos aquecidos
Os experimentos de difração de partículas foram realizados não apenas com elétrons, mas também com outros objetos muito maiores. Por exemplo, eles usaram fulerenos, moléculas grandes e fechadas que consistem em várias dezenas de átomos de carbono. Recentemente, um grupo de cientistas da Universidade de Viena, liderado pelo professor Zeilinger, tentou incorporar um elemento de observação a esses experimentos. Para fazer isso, eles irradiaram as moléculas de fulereno em movimento com feixes de laser. Então, aquecidas por uma fonte externa, as moléculas começaram a brilhar e inevitavelmente exibir sua presença para o observador.
Junto com essa inovação, o comportamento das moléculas também mudou. Antes do início de uma observação tão abrangente, os fulerenos conseguiam evitar obstáculos (exibindo propriedades de onda), semelhante ao exemplo anterior, com elétrons atingindo uma tela. Mas com a presença de um observador, os fulerenos começaram a se comportar como partículas físicas totalmente obedientes à lei.
3. Dimensão de refrigeração
Uma das leis mais famosas do mundo da física quântica é o princípio da incerteza de Heisenberg, segundo o qual é impossível determinar a velocidade e a posição de um objeto quântico ao mesmo tempo. Quanto mais precisamente medimos o momento de uma partícula, com menos precisão podemos medir sua posição. No entanto, em nosso mundo real macroscópico, a validade das leis quânticas agindo sobre partículas minúsculas geralmente passa despercebida.
As experiências recentes do Professor Schwab, dos EUA, são uma contribuição muito valiosa para esta área. Os efeitos quânticos nesses experimentos foram demonstrados não no nível dos elétrons ou moléculas de fulereno (com um diâmetro aproximado de 1 nm), mas em objetos maiores, uma pequena fita de alumínio. Esta fita foi fixada em ambos os lados de modo que seu meio ficasse em um estado suspenso e pudesse vibrar sob influência externa. Além disso, um dispositivo foi colocado nas proximidades que poderia registrar com precisão a posição da fita. O experimento revelou várias coisas interessantes. Primeiramente, qualquer medida relacionada à posição do objeto e observação da fita o afetava, após cada medição a posição da fita mudava.
Os experimentadores determinaram as coordenadas da fita com alta precisão e, assim, de acordo com o princípio de Heisenberg, mudaram sua velocidade e, portanto, a posição subsequente. Em segundo lugar, de forma bastante inesperada, algumas medições levaram a um resfriamento da fita. Assim, o observador pode alterar as características físicas dos objetos por sua mera presença.
4. Partículas de congelamento
Como você sabe, partículas radioativas instáveis decaem não apenas em experimentos com gatos, mas também por si mesmas. Cada partícula tem uma vida útil média, que pode aumentar sob o olhar atento de um observador. Esse efeito quântico foi previsto na década de 60, e sua brilhante evidência experimental apareceu em um artigo publicado por um grupo liderado pelo Prêmio Nobel de Física Wolfgang Ketterle, do Massachusetts Institute of Technology.
Neste trabalho, o decaimento de átomos de rubídio excitados instáveis foi estudado. Imediatamente após a preparação do sistema, os átomos foram excitados por meio de um feixe de laser. A observação ocorreu em dois modos: contínuo (o sistema era constantemente exposto a pequenos pulsos de luz) e pulsado (o sistema era irradiado com pulsos mais potentes de tempos em tempos).
Os resultados obtidos estão de acordo com as previsões teóricas. Os efeitos da luz externa retardam o decaimento das partículas, retornando-as ao seu estado original, que está longe do estado de decaimento. A magnitude desse efeito também está em linha com as projeções. A vida útil máxima de átomos de rubídio excitados instáveis aumentou 30 vezes.
5. Mecânica quântica e consciência
Os elétrons e os fulerenos param de mostrar suas propriedades de onda, as placas de alumínio esfriam e as partículas instáveis diminuem sua decadência. O olhar atento de quem vê muda literalmente o mundo. Por que isso não pode ser uma prova do envolvimento de nossas mentes no funcionamento do mundo? Talvez Carl Jung e Wolfgang Pauli (físico austríaco, ganhador do Nobel, pioneiro da mecânica quântica) estivessem certos, afinal, quando disseram que as leis da física e da consciência deveriam ser vistas como complementares entre si?
Estamos a um passo de reconhecer que o mundo ao nosso redor é apenas um produto ilusório de nossa mente. A ideia é assustadora e tentadora. Vamos tentar recorrer aos físicos novamente. Especialmente nos últimos anos, quando cada vez menos pessoas acreditam que a interpretação de Copenhague da mecânica quântica com seu colapso críptico da função de onda, referindo-se a uma decoerência mais mundana e confiável.
A questão é que, em todos esses experimentos com observações, os experimentadores inevitavelmente influenciaram o sistema. Eles o acenderam com um laser e instalaram dispositivos de medição. Eles estavam unidos por um princípio importante: você não pode observar um sistema ou medir suas propriedades sem interagir com ele. Qualquer interação é um processo de modificação de propriedades. Especialmente quando um minúsculo sistema quântico é exposto a objetos quânticos colossais. Algum observador budista eternamente neutro é impossível em princípio. E aqui entra em cena o termo “decoerência”, irreversível do ponto de vista termodinâmico: as propriedades quânticas de um sistema mudam ao interagir com outro grande sistema.
Durante essa interação, o sistema quântico perde suas propriedades originais e se torna clássico, como se "obedecesse" a um grande sistema. Isso também explica o paradoxo do gato de Schrödinger: o gato é um sistema muito grande, então não pode ser isolado do resto do mundo. O próprio design desse experimento mental não é totalmente correto.
Em qualquer caso, se assumirmos a realidade do ato de criação pela consciência, a decoerência parece ser uma abordagem muito mais conveniente. Talvez até muito conveniente. Com essa abordagem, todo o mundo clássico se torna uma grande consequência da decoerência. E como afirmou o autor de um dos livros mais famosos da área, essa abordagem logicamente leva a afirmações como "não há partículas no mundo" ou "não há tempo em um nível fundamental".
É verdade em um criador-observador ou em uma poderosa decoerência? Temos que escolher entre dois males. No entanto, os cientistas estão cada vez mais convencidos de que os efeitos quânticos são uma manifestação de nossos processos mentais. E onde termina a observação e começa a realidade depende de cada um de nós.
Com base em materiais de topinfopost.com
