Muitas pessoas já ouviram essa expressão, mas talvez nem todos entendam seu significado simplificado. Vamos tentar descobrir isso sem teorias e fórmulas complicadas.
"Gato de Schrödinger" é o nome do famoso experimento mental do famoso físico teórico austríaco Erwin Schrödinger, que também ganhou o Prêmio Nobel. Com essa experiência ficcional, o cientista queria mostrar a incompletude da mecânica quântica na transição dos sistemas subatômicos para os sistemas macroscópicos.
O artigo original de Erwin Schrödinger foi publicado em 1935. Aqui está uma citação:
Você também pode construir casos em que o burlesco seja suficiente. Que algum gato seja trancado em uma câmara de aço junto com a seguinte máquina diabólica (que deve ser independente da intervenção do gato): dentro do contador Geiger há uma pequena quantidade de substância radioativa, tão pequena que apenas um átomo pode se decompor em uma hora, mas com a mesma a probabilidade pode não se desintegrar; caso isso ocorra, o tubo de leitura é descarregado e o relé acionado, liberando o martelo, que quebra o cone com ácido cianídrico.
Se você deixar todo esse sistema sozinho por uma hora, podemos dizer que o gato estará vivo depois desse tempo, desde que a decomposição do átomo não ocorra. A primeira decadência de um átomo teria envenenado o gato. A função psi do sistema como um todo expressará isso misturando ou espalhando um gato vivo e um gato morto (desculpem pela expressão) em partes iguais. O típico em tais casos é que a incerteza, inicialmente limitada ao mundo atômico, se transforma em incerteza macroscópica, que pode ser eliminada pela observação direta. Isso nos impede de aceitar ingenuamente o "modelo borrado" como um reflexo da realidade. Em si, isso não significa nada claro ou contraditório. Há uma diferença entre uma foto borrada ou fora de foco e uma foto de nuvens ou névoa.
Em outras palavras:
- Existe uma caixa e um gato. A caixa contém um mecanismo contendo um núcleo atômico radioativo e um recipiente com um gás venenoso. Os parâmetros do experimento foram selecionados de forma que a probabilidade de decaimento nuclear em 1 hora seja de 50%. Se o núcleo se desintegra, um recipiente com gás se abre e o gato morre. Se o núcleo não se deteriorar, o gato permanece vivo e bem.
- Fechamos o gato em uma caixa, esperamos uma hora e nos perguntamos: o gato está vivo ou morto?
- A mecânica quântica, por assim dizer, nos diz que o núcleo atômico (e, portanto, o gato) está em todos os estados possíveis simultaneamente (ver superposição quântica). Antes de abrirmos a caixa, o sistema "cat-core" está no estado "o núcleo decaiu, o gato está morto" com uma probabilidade de 50% e no estado "o núcleo não decaiu, o gato está vivo" com uma probabilidade de 50%. Acontece que o gato sentado na caixa está vivo e morto ao mesmo tempo.
- De acordo com a interpretação moderna de Copenhagen, o gato está vivo / morto sem quaisquer estados intermediários. E a escolha do estado de decadência nuclear ocorre não no momento da abertura da caixa, mas também quando o núcleo entra no detector. Porque a redução da função de onda do sistema "cat-detector-núcleo" não está associada ao humano-observador da caixa, mas sim ao detector-observador do núcleo.
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De acordo com a mecânica quântica, se nenhuma observação for feita sobre o núcleo de um átomo, então seu estado é descrito pela mistura de dois estados - um núcleo desintegrado e um núcleo não resolvido, portanto, um gato sentado em uma caixa e personificando o núcleo de um átomo está vivo e morto ao mesmo tempo. Se a caixa for aberta, o experimentador poderá ver apenas um estado específico - "o núcleo decaiu, o gato está morto" ou "o núcleo não decaiu, o gato está vivo".
A essência da linguagem humana: a experiência de Schrödinger mostrou que, do ponto de vista da mecânica quântica, um gato está vivo e morto, o que não pode ser. Conseqüentemente, a mecânica quântica tem falhas significativas.
A questão é: quando o sistema deixa de existir como uma mistura de dois estados e escolhe um específico? O objetivo do experimento é mostrar que a mecânica quântica é incompleta sem algumas regras que indicam sob quais condições a função de onda entra em colapso e o gato morre ou permanece vivo, mas deixa de ser uma mistura das duas. Como está claro que um gato deve estar vivo ou morto (não há estado intermediário entre a vida e a morte), isso será o mesmo para o núcleo atômico. Deve ser desintegrado ou não desintegrado (Wikipedia).
Outra interpretação mais recente do experimento mental de Schrödinger é a história de Sheldon Cooper, o herói da série Big Bang Theory, que ele recitou para o vizinho menos instruído de Penny. A essência da história de Sheldon é que o conceito do gato de Schrödinger pode ser aplicado nas relações entre as pessoas. Para entender o que se passa entre um homem e uma mulher, que tipo de relação entre eles: boa ou má, basta abrir a caixa. Antes disso, os relacionamentos são bons e ruins.
Abaixo está um vídeo desse diálogo da Teoria do Big Bang entre Sheldon e Singing.
A ilustração de Schrödinger é o melhor exemplo para descrever o principal paradoxo da física quântica: de acordo com suas leis, partículas como elétrons, fótons e até átomos existem em dois estados ao mesmo tempo ("vivo" e "morto", se você se lembrar do gato sofredor). Esses estados são chamados de superposições.
O físico americano Art Hobson, da University of Arkansas (Arkansas State University), ofereceu sua própria solução para esse paradoxo.
“As medições em física quântica são baseadas no funcionamento de certos dispositivos macroscópicos, como o contador Geiger, que determinam o estado quântico de sistemas microscópicos - átomos, fótons e elétrons. A teoria quântica implica que se você conectar um sistema microscópico (partícula) a um determinado dispositivo macroscópico que distingue entre dois estados diferentes do sistema, então o dispositivo (contador Geiger, por exemplo) entrará em um estado de emaranhamento quântico e também estará em duas sobreposições simultaneamente. Porém, é impossível observar esse fenômeno de forma direta, o que o torna inaceitável”, afirma o físico.
Hobson diz que no paradoxo de Schrödinger, o gato desempenha o papel de um instrumento macroscópico, um contador Geiger ligado a um núcleo radioativo, para determinar o estado de decaimento ou "não decadência" desse núcleo. Nesse caso, um gato vivo será um indicador de "não decadência" e um gato morto será um indicador de decadência. Mas, de acordo com a teoria quântica, o gato, como o núcleo, deve estar em duas superposições de vida e morte.
Em vez disso, de acordo com o físico, o estado quântico do gato deve estar emaranhado com o estado do átomo, o que significa que eles estão em "conexão não local" um com o outro. Isto é, se o estado de um dos objetos emaranhados muda repentinamente para o oposto, então o estado de seu par mudará exatamente da mesma maneira, não importa o quão longe um do outro eles estejam. Ao fazer isso, Hobson se refere à confirmação experimental dessa teoria quântica.
“O mais interessante na teoria do emaranhamento quântico é que a mudança no estado de ambas as partículas ocorre instantaneamente: nenhuma luz ou sinal eletromagnético teria tempo para transferir informações de um sistema para outro. Assim, podemos dizer que se trata de um objeto, dividido em duas partes pelo espaço, por maior que seja a distância entre elas”, explica Hobson.
O gato de Schrödinger não está mais vivo e morto ao mesmo tempo. Ele está morto se a deterioração ocorrer e vivo se a deterioração nunca ocorrer.
Acrescentamos que opções semelhantes para resolver esse paradoxo foram propostas por mais três grupos de cientistas nos últimos trinta anos, mas não foram levadas a sério e passaram despercebidas em amplos círculos científicos. Hobson observa que resolver os paradoxos da mecânica quântica, mesmo os teóricos, é absolutamente necessário para seu entendimento profundo.
Você pode ler mais sobre o trabalho do físico em seu artigo, que foi publicado na revista Physical Review A.
Schrödinger.
Mas, mais recentemente, a TEÓRICA EXPLICOU COMO A GRAVIDADE MATA O GATO DE SCHRODINGER, mas isso já é mais difícil …
Via de regra, os físicos explicam o fenômeno de que a superposição é possível no mundo das partículas, mas não é possível com gatos ou outros macroobjetos, interferência do meio ambiente. Quando um objeto quântico passa por um campo ou interage com partículas aleatórias, ele imediatamente assume apenas um estado - como se fosse medido. É assim que a superposição é destruída, como acreditavam os cientistas.
Mas mesmo que de alguma forma fosse possível isolar um macro-objeto em um estado de superposição das interações com outras partículas e campos, então, mais cedo ou mais tarde, ele ainda assumiria um único estado. Pelo menos isso é verdade para os processos que ocorrem na superfície da Terra.
“Em algum lugar do espaço interestelar, talvez um gato tivesse a chance de manter a coerência quântica, mas na Terra ou perto de qualquer planeta isso é extremamente improvável. E a razão para isso é a gravidade”, explica o principal autor do novo estudo, Igor Pikovski, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Pikovsky e seus colegas da Universidade de Viena argumentam que a gravidade tem um efeito destrutivo nas superposições quânticas de macroobjetos e, portanto, não observamos tais fenômenos no macrocosmo. O conceito básico da nova hipótese, aliás, está resumido no longa-metragem Interestelar.
A teoria geral da relatividade de Einstein afirma que um objeto extremamente massivo dobrará o espaço-tempo próximo a ele. Considerando a situação em um nível menor, podemos dizer que, para uma molécula localizada próxima à superfície da Terra, o tempo passará um pouco mais devagar do que para a que está na órbita do nosso planeta.
Devido à influência da gravidade no espaço-tempo, uma molécula que passou por essa influência sofrerá uma deflexão em sua posição. E isso, por sua vez, deve afetar sua energia interna - vibrações de partículas em uma molécula, que mudam com o tempo. Se uma molécula fosse introduzida em um estado de superposição quântica de dois locais, a relação entre a posição e a energia interna logo forçaria a molécula a "escolher" apenas uma das duas posições no espaço.
“Na maioria dos casos, o fenômeno da decoerência está associado a influências externas, mas, neste caso, a vibração interna das partículas interage com o movimento da própria molécula”, explica Pikovsky.
Este efeito ainda não foi observado, uma vez que outras fontes de decoerência, como campos magnéticos, radiação de calor e vibrações, são geralmente muito mais fortes e causam a destruição dos sistemas quânticos muito antes da gravidade. Mas os experimentadores estão tentando testar a hipótese apresentada.
Markus Arndt, um físico experimental da Universidade de Viena, está conduzindo experimentos para observar a superposição quântica em objetos macroscópicos. Ele envia pequenas moléculas para o interferômetro, dando efetivamente à partícula uma “escolha” de qual caminho seguir. Do ponto de vista da mecânica clássica, uma molécula só pode seguir um caminho, mas uma molécula quântica pode seguir dois caminhos ao mesmo tempo, interferindo em si mesma e criando um padrão ondulado característico.
Uma configuração semelhante também pode ser usada para testar a capacidade da gravidade de destruir sistemas quânticos. Para isso, será necessário comparar os interferômetros vertical e horizontal: no primeiro, a sobreposição logo desaparecerá devido à dilatação do tempo em diferentes "alturas" do caminho, enquanto no segundo, a sobreposição quântica pode persistir.
