A mecânica quântica virou a física de cabeça para baixo no início dos anos 1900. O mundo microscópico não seguia as regras lógicas que os cientistas esperavam; em vez disso, revelava uma realidade que parecia impossível. Albert Einstein entrou em cena. A mecânica quântica surgiu em parte devido às suas contribuições. No entanto, ele passou décadas argumentando contra a forma como outros físicos a interpretavam.
Os famosos debates de Einstein com Niels Bohr não eram sobre matemática ou experimentos. Tratava-se de algo mais profundo: o que a realidade de fato é e se a ciência deve descrever um mundo objetivo ou apenas prever o que veremos quando o medirmos. Continue lendo para descobrir por que um dos maiores físicos da história rejeitou a teoria revolucionária que ele ajudou a criar.
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Albert Einstein e a mecânica quântica
Conforme descrito no livro What Is Real? de Adam Becker, a história da mecânica quântica é uma das mais profundas reviravoltas intelectuais da ciência - uma revolução que forçou os físicos a abandonar séculos de entendimento intuitivo sobre como a realidade funciona. Na virada do século XX, o mundo microscópico revelou-se muito mais estranho do que se imaginava, operando de acordo com regras que desafiam o senso comum e desafiam nossas suposições mais básicas sobre a natureza da existência. Essa transformação não exigiu apenas novas técnicas experimentais ou ferramentas matemáticas; ela provocou uma crise filosófica que dividiu a comunidade científica em campos opostos.
No centro dessa divisão estava Albert Einstein. A mecânica quântica, apesar das contribuições de Einstein para seu desenvolvimento, o incomodava profundamente - não por causa de suas previsões matemáticas, mas por causa do que a aceitação dessas previsões poderia significar para a natureza da própria realidade. Suas objeções moldariam décadas de debate sobre o que a física deveria descrever: Ela é a realidade objetiva do mundo como ele existe independentemente de nós ou apenas uma ferramenta poderosa para prever o que observaremos quando olharmos?
O histórico da revolução quântica
No início do século XX, os físicos acreditavam que compreendiam a estrutura básica da realidade. Mas os experimentos atômicos abalaram suas suposições fundamentais, forçando-os a desenvolver a mecânica quântica - um novo ramo da física com uma nova matemática. Isso revelou que os blocos de construção da natureza operam de acordo com regras tão estranhas que parecem ilógicas.
Antes dessa revolução, a física clássica baseava-se em suposições intuitivas que explicavam o mundo observável. Os físicos viam os átomos como pequenas esferas que se combinavam para formar compostos, com posições, velocidades e energias específicas regidas pelas leis de Newton. Descobertas posteriores mostraram que os átomos consistiam principalmente de espaço vazio, com elétrons orbitando um núcleo - um "modelo planetário" que sugeria que os átomos obedeciam às mesmas leis dos corpos celestes.
No entanto, experimentos com átomos e luz revelaram um mundo microscópico radicalmente diferente, no qual a energia vem em pedaços discretos, a matéria e a luz se comportam tanto como ondas quanto como partículas e os elétrons ocupam apenas níveis específicos de energia. A matemática desenvolvida para explicar essas observações mostrou que as partículas podem existir em vários estados simultaneamente e influenciar umas às outras em grandes distâncias - o que contradiz a experiência cotidiana.
Em seu livro, Adam Becker explica que a mecânica quântica aplica leis físicas diferentes a partículas idênticas, dependendo do fato de elas serem observadas - o "problema da medição". Os físicos desenvolveram três respostas:
- Albert Einstein e os realistas argumentaram que a mecânica quântica é incompleta e que as partículas têm propriedades que a teoria não percebe.
- Niels Bohr e os antirrealistas afirmavam que as partículas não têm propriedades até que sejam medidas, tornando sem sentido as perguntas sobre a realidade não medida.
- Werner Heisenberg argumentou que as partículas existem como "potencialidades" até a medição.
Em 1927, surgiram duas visões concorrentes: os realistas insistiam que a física deveria descrever a realidade objetiva independente da observação, enquanto os anti-realistas viam a mecânica quântica como uma ferramenta para organizar os resultados experimentais em vez de descrever a realidade.
A posição realista de Einstein: A mecânica quântica deve ser incompleta
Einstein havia contribuído para a teoria quântica. Em 1905, ele provou que a própria luz viaja em pacotes discretos e quantizados chamados "fótons". Mas ele considerou insatisfatórias as interpretações da matemática feitas por outros físicos. Becker explica que Einstein se opôs ao abandono de uma realidade que existe independentemente da observação. Ele acreditava que a ciência deveria descrever o mundo como ele realmente é e argumentou que, se a mecânica quântica descrevesse situações como a do gato de Schrödinger, a teoria deveria estar incompleta.
Einstein expôs essa objeção em um experimento mental sobre duas partículas que se chocam uma contra a outra. Se você medir a posição e o momento de uma partícula após a colisão, isso determinará instantaneamente as propriedades da outra, independentemente da distância entre elas. Entretanto, de acordo com a mecânica quântica, a outra partícula só pode existir como uma onda de probabilidade até que seja observada diretamente. Portanto, ou essa partícula tem propriedades (momento e posição) que a mecânica quântica não descreve, ou a natureza viola o princípio da localidade - aideia de que os objetos só podem ser influenciados por seus arredores imediatos. Por esse motivo, Einstein concluiu que a mecânica quântica não poderia representar a verdade final sobre a realidade.
(Nota breve: O princípio de localidade de Einstein diz que as influências entre objetos distantes devem viajar pelo espaço entre esses objetos e levar tempo para isso - como o atraso entre o acionamento de um interruptor de luz e o sinal elétrico que chega a uma lâmpada. No entanto, a mecânica quântica prevê que a medição de uma partícula pode afetar instantaneamente seu parceiro distante, como se o acionamento de um interruptor em Nova York pudesse acender instantaneamente uma luz em Tóquio, sem nenhuma conexão física entre eles. Além do problema descrito por Becker, isso também incomodou Einstein porque entrava em conflito com sua teoria da relatividade, que diz que nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz).
Einstein acreditava que os desenvolvimentos futuros revelariam que a mecânica quântica era uma aproximação estatística de alguma teoria mais profunda e completa. Becker explica que, na mente de Einstein, essa teoria mais profunda poderia restaurar a localidade e a realidade objetiva e, ao mesmo tempo, preservar os sucessos práticos da mecânica quântica.
| É possível encontrar uma teoria de tudo? Como explica Becker, Einstein imaginou uma teoria unificada que resolveria os conflitos entre a relatividade e a mecânica quântica. A busca por uma "Teoria de Tudo" tem cativado os físicos há quase um século, mas alguns cientistas questionam se essa é uma meta realista. Essa teoria unificaria as quatro forças que governam tudo no universo: o eletromagnetismo (que mantém os átomos unidos), a força nuclear forte (que une as partículas nos núcleos atômicos), a força nuclear fraca (que causa o decaimento radioativo) e a gravidade. Atualmente, a mecânica quântica explica as três primeiras forças, mas não consegue explicar a gravidade, que é descrita pela relatividade geral de Einstein. Einstein passou 30 anos perseguindo esse objetivo. Mas, em Perdido na matemáticaa física Sabine Hossenfelder argumenta que a busca se baseia em uma premissa não científica: a suposição de que as leis da natureza devem ser elegantes e unificadas apenas porque os físicos consideram essas teorias matematicamente agradáveis. O problema não é a falta de sofisticação matemática para explicar a complexidade do universo, mas o fato de que talvez estejamos perseguindo uma visão idealizada desse universo que é apenas uma ilusão. |
Os experimentos de John Bell validaram e desafiaram as crenças de Einstein
Em 1964, John Bell contestou a "prova de impossibilidade" de John von Neumann, de 1932, que parecia excluir qualquer interpretação da mecânica quântica em que as partículas tivessem propriedades definidas antes da medição (teorias de variáveis ocultas). Becker explica que Bell descobriu que a prova era falha e desenvolveu um teste matemático - as desigualdades de Bell - para determinar experimentalmente se as partículas têm propriedades predeterminadas.
Experimentos realizados em 1972 e 1982 mostraram que as partículas emaranhadas violam as desigualdades de Bell, provando que a mecânica quântica apresenta "ação assustadora à distância" (não localidade), exatamente como Einstein temia. No entanto, isso também mostrou que Einstein estava errado sobre a mecânica quântica ser incompleta; a teoria não estava perdendo informações, mas a própria realidade é fundamentalmente não local.
| Por que Bell achava que as preocupações de Einstein eram válidas Durante anos, os físicos rejeitaram as dúvidas de Einstein sobre a mecânica quântica com base na prova de von Neumann de que as variáveis ocultas eram impossíveis. No entanto, essa prova era falha - ela impunha uma exigência irrealista de que combinações de propriedades quânticas que não podem ser medidas juntas ainda assim deveriam ser mensuráveis, o que é fisicamente absurdo. Experimentos posteriores que testaram as desigualdades de Bell revelaram que as partículas possuem realidade objetiva (apoiando o realismo), mas também confirmaram que a "ação assustadora à distância" é real. Isso validou as preocupações de Einstein: abandonar a localidade - oprincípio de que locais distantes são independentes - ameaçanossa compreensão fundamental de causa e efeito. O teorema de Bell acabou provando que a realidade quântica é de fato tão estranha e preocupante quanto Einstein suspeitava, mostrando que suas preocupações eram justificadas e não excessivamente cautelosas. |
Saiba mais A visão de Einstein sobre a mecânica quântica
Para entender a visão de Albert Einstein sobre a mecânica quântica no contexto mais amplo do debate, confira o guia do Shortform sobre What Is Real? de Adam Becker.
