O teletransporte, ou a capacidade de mover instantaneamente pessoas e objetos de um lugar para outro, pode facilmente mudar a direção do desenvolvimento da civilização e de todo o mundo em geral. Por exemplo, o teletransporte mudaria de uma vez por todas os princípios da guerra, tornaria todos os meios de transporte desnecessários e o melhor: as férias não seriam mais um problema. Quem não quer ter seu próprio teletransporte pessoal em casa?
Provavelmente, é por esse motivo que essa habilidade é a mais desejável da humanidade. Claro, mais cedo ou mais tarde será a física que terá de tornar esse sonho realidade. Bem, vamos ver o que a humanidade já tem em nosso tempo?
Eu gostaria de começar com uma citação de um cientista famoso:
É maravilhoso estarmos diante de um paradoxo. Agora podemos esperar seguir em frente.
Niels Bohr
Teletransporte de acordo com Newton
Na estrutura da teoria de Newton, o teletransporte é simplesmente impossível. As leis de Newton baseiam-se na ideia de que a matéria é composta de pequenas bolas de bilhar duras. Os objetos não se movem a menos que sejam empurrados; os objetos não desaparecem ou reaparecem em outro lugar. Mas, na teoria quântica, as partículas são capazes de fazer exatamente esses truques.
A mecânica newtoniana durou 250 anos e foi derrubada em 1925 quando Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e seus colegas desenvolveram a teoria quântica. Em geral, se o teletransporte for realizado, será graças à teoria quântica. Portanto, vamos examiná-lo com mais detalhes.
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Teoria quântica
Uma das equações mais importantes no teletransporte é a equação de onda de Schrödinger (veja a foto). Talvez haja um lugar para falar sobre como apareceu. Certa vez, Erwin deu uma palestra sobre um fenômeno interessante em que se dizia que os elétrons se comportam da mesma maneira que as ondas. Peter Debye, um dos colegas físicos presentes no corredor, fez a pergunta: "Se um elétron pode ser descrito como uma onda, então como é sua equação de onda?"
Naquela época, graças a Newton, todos já conheciam o cálculo diferencial, os físicos descreviam qualquer onda na linguagem do diferencial. equações. Portanto, Schrödinger encarou essa questão como um desafio e decidiu desenvolver uma equação semelhante para o elétron. E ele fez isso, como Maxwell uma vez derivou suas equações para os campos de Faraday, Schrödinger derivou a equação para a onda de de Broglie (a chamada onda de elétrons).
Um ligeiro desvio do tópico: os historiadores da ciência se esforçaram muito tentando descobrir onde Schrödinger estava e o que estava fazendo quando descobriu sua famosa equação. Descobriu-se que ele apoiava o amor livre e costumava sair de férias com suas amantes. Ele até manteve um diário detalhado, no qual registrava todas as suas amantes e marcava cada reunião com um código complexo. Acredita-se que no fim de semana em que a equação foi descoberta, Schrödinger passou nos Alpes, na Villa Herwig, com uma de suas namoradas. Portanto, as mulheres às vezes podem ajudar a estimular a atividade mental;)
Mas não é tão simples. Se o elétron é descrito como uma onda, o que vibra nele? Atualmente, acredita-se que a resposta seja a seguinte tese de Max Born: Essas ondas nada mais são do que ondas de probabilidade. Ou seja, um elétron é uma partícula, mas a probabilidade de detectar essa partícula é determinada pela onda de de Broglie. Acontece que, de repente, no próprio centro da física - uma ciência que costumava nos dar previsões precisas e trajetórias detalhadas de qualquer objeto, de planetas e cometas a balas de canhão - estavam os conceitos de acaso e probabilidade! Daí surgiu o princípio da incerteza de Heisenberg: é impossível saber a velocidade exata, a posição exata do elétron e sua energia no mesmo momento. No nível quântico, os elétrons podem fazer coisas completamente inimagináveis: desaparecer e reaparecer, estar em dois lugares ao mesmo tempo. Bem, agora vamos passar diretamente para o teletransporte.
Teletransporte e teoria quântica
Quando as pessoas são questionadas: "Como você imagina o processo de teletransporte?", A maioria diz que terá que entrar em alguma cabine especial, semelhante a um elevador, que os levará a outro lugar. Mas alguns imaginam de forma diferente: eles coletam informações de nós sobre a posição dos átomos, elétrons, etc. em nosso corpo, todas essas informações são transferidas para outro local, onde, usando essas informações, eles o coletam novamente, mas em um local diferente. Essa opção talvez seja impossível devido ao princípio da incerteza de Heisenberg: não seremos capazes de descobrir a localização exata dos elétrons em um átomo. No entanto, esse princípio pode ser superado devido a uma propriedade interessante de dois elétrons: se dois elétrons vibram inicialmente em uníssono (este estado é chamado de coerente), então eles são capazes de manter a sincronização das ondas mesmo a uma grande distância um do outro. Mesmo que esses elétrons estejam a anos-luz de distância. Se algo acontecer com o primeiro elétron, a informação sobre isso será imediatamente transmitida para o outro elétron. Este fenômeno é chamado de entrelaçamento quântico. Tirando vantagem desse fenômeno, os físicos nos últimos anos conseguiram teletransportar átomos inteiros de césio e, em breve, poderão teletransportar moléculas de DNA e vírus. Aliás, foi possível comprovar a possibilidade fundamental de teletransporte matematicamente em 1993. cientistas da IBM sob a liderança de Charles Bennett. Então, eles não sabem apenas fazer processadores, se alguém não soubesse:)Tirando vantagem desse fenômeno, os físicos nos últimos anos conseguiram teletransportar átomos inteiros de césio e, em breve, poderão teletransportar moléculas de DNA e vírus. Aliás, foi possível comprovar a possibilidade fundamental de teletransporte matematicamente em 1993. cientistas da IBM sob a liderança de Charles Bennett. Então, eles não sabem apenas fazer processadores, se alguém não soubesse:)Tirando vantagem desse fenômeno, os físicos nos últimos anos conseguiram teletransportar átomos inteiros de césio e, em breve, poderão teletransportar moléculas de DNA e vírus. Aliás, foi possível comprovar a possibilidade fundamental de teletransporte matematicamente em 1993. cientistas da IBM sob a liderança de Charles Bennett. Então, eles não sabem apenas fazer processadores, se alguém não soubesse:)
Em 2004, físicos da Universidade de Viena conseguiram teletransportar partículas de luz a uma distância de 600m sob o rio Danúbio por meio de um cabo de fibra ótica, estabelecendo assim um novo recorde de distância. Em 2006, um objeto macroscópico foi usado pela primeira vez em tais experimentos. Físicos do Instituto Niels Bohr e do Instituto Max Planck conseguiram emaranhar um feixe de luz e um gás composto de átomos de césio. Muitos trilhões de átomos participaram deste evento!
Infelizmente, usar este método para teletransportar objetos sólidos e relativamente grandes é terrivelmente inconveniente, então o teletransporte sem emaranhamento provavelmente se desenvolverá mais rápido. Vamos analisar a seguir.
Teletransporte sem emaranhamento
A pesquisa nesta área está ganhando impulso rapidamente. Em 2007, uma importante descoberta foi feita. Os físicos propuseram um método de teletransporte que não requer emaranhamento. Afinal, este é o elemento mais complexo do teletransporte quântico, e se você conseguir não usá-lo, poderá evitar muitos problemas relacionados. Portanto, aqui está a essência deste método: os cientistas pegam um feixe de átomos de rubídio, traduzem todas as suas informações em um feixe de luz, enviam esse feixe por um cabo de fibra óptica e recriam o feixe original de átomos em outro lugar. Responsável por este estudo, Dr. Aston Bradley, chamou este método de teletransporte clássico.
Mas por que esse método é possível? É possível devido ao estado da matéria recentemente descoberto "condensado de Bose-Einstein", ou KBE (na imagem à esquerda, ele é destorcido em uma armadilha elipsóide). É uma das substâncias mais frias de todo o universo. Na natureza, a temperatura mais baixa pode ser encontrada no espaço: 3 Kelvin, ou seja, três graus acima do zero absoluto. Isso se deve ao calor residual do Big Bang, que ainda preenche o universo. Mas o CBE existe de um milionésimo a um bilionésimo de grau acima do zero absoluto. Esta temperatura só pode ser obtida em laboratório.
Quando a substância é resfriada ao estado de CBE, todos os átomos caem para o nível de energia mais baixo e começam a vibrar em uníssono (tornam-se coerentes). As funções de onda de todos esses átomos se sobrepõem, então, de certa forma, o CBE se assemelha a um "superátomo" gigante. A existência dessa substância foi prevista por Einstein e Schatiendranath Bose em 1925, mas esse condensado foi descoberto apenas em 1995 nos laboratórios do Massachusetts Institute of Technology e da University of Colorado.
Então, agora vamos considerar o próprio princípio do teletransporte com a participação da KBE. Primeiro, uma substância super-fria é coletada dos átomos de rubídio no estado CBE. Em seguida, átomos de rubídio comuns são enviados para este BEC, os elétrons dos quais também começam a cair para o nível de energia mais baixo, enquanto emitem quanta de luz, que por sua vez são transmitidos através do cabo de fibra óptica. Além disso, este feixe contém todas as informações necessárias para descrever o feixe inicial da matéria. Tendo passado pelo cabo, o feixe de luz entra em outro BEC, que o transforma no fluxo inicial de matéria.
Os cientistas acham esse método extremamente promissor, mas existem seus próprios problemas. Por exemplo, CBE é muito difícil de obter, mesmo em um laboratório.
Resultado
Com tudo o que foi conquistado até agora, podemos dizer quando receberemos essa habilidade incrível? Nos próximos anos, os físicos esperam teletransportar moléculas complexas. Depois disso, provavelmente levará várias décadas para desenvolver uma maneira de teletransportar DNA, ou talvez algum tipo de vírus. No entanto, os desafios técnicos que precisarão ser superados no caminho para tal conquista são incríveis. É provável que muitos séculos se passem antes que possamos teletransportar objetos comuns, se possível.
Material utilizado: Michio Kaku "Física do Impossível"
