A mecânica quântica funciona brilhantemente na previsão de como as partículas minúsculas se comportam. Mas ela também sugere que a realidade em si pode ser muito mais estranha do que imaginamos - com partículas existindo em vários estados possíveis ao mesmo tempo até que a medição pareça forçar o que é conhecido como colapso da função de onda quântica.
De acordo com o livro What Is Real? de Adam Becker, esse quebra-cabeça levou os físicos a desenvolver explicações extremamente diferentes para o que realmente está acontecendo. Cada interpretação parece bizarra à sua própria maneira, mas uma delas pode descrever a verdadeira natureza do nosso universo. Continue lendo para saber mais sobre essas abordagens para solucionar o mistério.
Índice
O que causa o colapso da função de onda quântica?
Becker explica que o teorema de Bell forçou os físicos a fazer uma escolha: Abandonar o princípio da localidade (e aceitar a ideia de conexões instantâneas no espaço), abandonar o realismo (e aceitar que as propriedades não existem antes da medição) ou abandonar a ideia de que a mecânica quântica é completa.
Três interpretações alternativas representam diferentes respostas a essa escolha. Todas elas giram em torno da questão do que causa o colapso da função de ondaquântica - omomento em que a "onda de probabilidade" da localização potencial e do momento de uma partícula quântica "colapsa" nas características específicas que ela assume quando é observada e medida.
#Nº 1: Muitos mundos - preserve tudo multiplicando os universos
A interpretação de muitos mundos oferece uma rota de fuga: Os físicos poderiam preservar tanto a localidade quanto o realismo abandonando a suposição de que apenas um resultado ocorre. Becker explica que, nessa visão, as funções de onda nunca entram em colapso. Em vez disso, todos os resultados possíveis de medição ocorrem em ramos paralelos da realidade. Isso dissolve o dilema de Bell ao negar a existência de um único resultado definitivo para correlacionar no espaço. Quando você mede uma partícula emaranhada, não obtém apenas um resultado; em vez disso, você experimenta todos os resultados possíveis. A aparente não localidade resulta da perspectiva limitada dos observadores: Vemos apenas um ramo da realidade e não temos conhecimento de inúmeros outros.
Becker ressalta que, de acordo com essa interpretação, o gato de Schrödinger está vivo e morto, mas em ramos separados da realidade. O problema da medição desaparece porque as medições não forçam escolhas - elas simplesmente revelam qual ramo da função de onda universal estamos experimentando.
| Many-Worlds Goes Hollywood O filme Tudo em Todo Lugar ao Mesmo Tempo dramatiza a ideia do universo que se multiplica eimagina como a consciência desses múltiplos mundos pode ser libertadora ou devastadora. No filme, a proprietária de uma lavanderia, Evelyn, descobre que pode acessar memórias e habilidades de versões alternativas de si mesma em todo o multiverso - versões em que ela se tornou uma estrela de cinema, uma chef de cozinha ou até mesmo um ser com dedos de cachorro-quente. Sua filha Joy, levada muito longe na consciência do multiverso, experimenta todas as versões possíveis de si mesma simultaneamente. Essa perspectiva avassaladora leva Joy a concluir que nada importa, já que todos os resultados possíveis ocorrem em algum lugar, o que a leva à autodestruição niilista. Esse retrato de Joy é paralelo à trajetória da vida real do físico de muitos mundos Hugh Everett III. Depois de desenvolver sua interpretação da mecânica quântica, Everett abandonou a ciência acadêmica, tornou-se um empreiteiro de defesa alcoólatra que trabalhava em cenários de guerra nuclear e morreu aos 51 anos, deixando instruções para que suas cinzas fossem jogadas no lixo. Assim como Joy, Everett parecia arrasado com as implicações de sua descoberta. O filme oferece a Evelyn um caminho diferente, quando ela aprende a aceitar a multiplicidade de sua existência por meio da compaixão, o que alguns críticos veem como um aceno à filosofia budista. De fato, o budismo se alinha com o que alguns físicos acham que a interpretação de muitos mundos realmente significa: Eles argumentam que o multiverso não se divide continuamente em novos universos. Em vez disso, todos os universos possíveis já existem em uma "função de onda universal". Em vez de criar infinitas novas realidades a cada movimento que fazemos, sempre fizemos parte dessa realidade infinita. Isso reflete a ideia dos budistas de que nossa sensação de sermos indivíduos separados é uma ilusão e que, na verdade, somos parte de um todo vasto e interconectado. O filme sugere que o reconhecimento dessa vastidão não precisa levar ao niilismo, mas pode nos inspirar a nos envolvermos totalmente com qualquer ramo da existência em que habitemos. |
#Nº 2: Teoria da onda piloto - Aceite a nãolocalidade, restaure a realidade objetiva
A interpretação da onda piloto adota uma abordagem diferente: Aceitar a prova de Bell da não localidade e, ao mesmo tempo, restaurar a realidade objetiva que Einstein buscava. Becker observa que, de acordo com essa visão, as partículas sempre têm posições e propriedades definidas e são guiadas por "ondas-piloto" que podem influenciar partículas distantes instantaneamente. Isso elimina o problema da medição ao remover a necessidade de colapso da função de onda. As partículas seguem trajetórias definidas, determinadas por ondas, e as medições revelam onde as partículas estão. Não há mistério em obter resultados definitivos: As partículas detectadas em qualquer experimento existiam em estados definidos o tempo todo; apenas não sabíamos quais eram até que as medíssemos.
No experimento de dupla fenda, por exemplo, cada elétron segue um caminho definido por uma ou outra fenda, mas as ondas-piloto passam por ambas as fendas e criam os padrões de interferência que orientam onde os elétrons podem pousar na tela de detecção. Isso explica os resultados semelhantes aos das ondas sem exigir que as partículas, de alguma forma, passem por várias fendas simultaneamente. Becker explica que o preço é a não localidade explícita: As ondas piloto que conectam as partículas emaranhadas proporcionam a "ação assustadora à distância" que Bell provou ser inevitável. Muitos físicos acham isso perturbador, mas a interpretação pelo menos torna as conexões não locais explícitas em vez de ocultá-las no próprio processo de medição.
| Conexões invisíveis através de grandes distâncias A teoria das ondas-piloto pode parecer incrivelmente estranha, mas a natureza já nos mostra como as ondas invisíveis podem transportar informações através de grandes distâncias. As canções das baleias jubarte registradas pela primeira vez no leste da Austrália aparecem mais tarde entre as populações de baleias na Polinésia Francesa e depois no Equador, atravessando vastas extensões do Oceano Pacífico. As canções viajam pelos "canais sonoros" do oceano, criados por gradientes de temperatura e pressão que permitem que as ondas sonoras se movam para cima e para baixo por milhares de quilômetros sem perder energia. Assim como a "ação assustadora à distância" que conecta partículas emaranhadas pelo espaço, as canções das baleias transportam informações culturais entre cetáceos que talvez nunca se encontrem. Se as canções das baleias viajassem na velocidade das "ondas piloto" propostas que conectam partículas emaranhadas, uma baleia cantando na Austrália poderia ser ouvida instantaneamente por baleias no Equador, influenciando seu comportamento da mesma forma que as partículas quânticas não locais afetam instantaneamente umas às outras. |
#Nº 3: Colapso espontâneo - Modifique a matemática
As teorias de colapso espontâneo adotam uma terceira abordagem: Elas modificam a mecânica quântica para tornar o colapso da função de onda um processo físico natural, em vez de algo misterioso desencadeado pela medição. Essas teorias propõem que as funções de onda entrem em colapso aleatoriamente por conta própria, com objetos maiores entrando em colapso com muito mais frequência do que partículas individuais. Becker explica que isso preserva a localidade e a realidade objetiva, fazendo com que o colapso ocorra de forma aleatória e não por meio de interações de medição não locais. As partículas individuais podem permanecer em superposição por bilhões de anos, mas os objetos macroscópicos que contêm inúmeras partículas se resolvem em estados definidos quase instantaneamente à medida que os eventos aleatórios se acumulam.
De acordo com Becker, essa abordagem dissolve o problema da medição ao eliminar a necessidade de processos especiais de medição - o colapso acontece naturalmente por meio da dinâmica modificada da teoria. O gato de Schrödinger não permaneceria em um estado de superposição "vivo e morto" por mais de uma fração de segundo porque o colapso da função de onda aleatória forçaria rapidamente um resultado definitivo.
| Por que "consertar" a mecânica quântica adicionando aleatoriedade pode não funcionar Como Becker explica, as teorias de colapso espontâneo tornam o colapso da função de onda um processo natural, mas os experimentos têm prejudicado essas teorias. O problema é que, se o colapso espontâneo realmente ocorre, o processo de colapso aleatório deveria fazer com que as partículas carregadas se agitassem constantemente, emitindo radiação de raios X detectável. Mas detectores ultrassensíveis em laboratórios subterrâneos projetados para a pesquisa de neutrinos não encontraram nenhuma evidência disso. A ironia é que essas teorias foram projetadas para eliminar os aspectos estranhos da mecânica quântica, mas elas fazem isso acrescentando aleatoriedade fundamental às leis básicas do universo, mostrando que, às vezes, a solução teórica "mais limpa" cria mais problemas do que resolve. |
Exercício: O que é real na física quântica?
Becker explica que a mecânica quântica funciona perfeitamente bem na previsão do comportamento de partículas microscópicas, mas parece descrever uma realidade impossível na qual as partículas existem em vários estados simultaneamente. Isso nos obriga a escolher entre visões fundamentalmente diferentes do que existe e de como a ciência deve entender o mundo. As principais abordagens oferecem imagens radicalmente diferentes da realidade:
Muitos mundos: todos os resultados possíveis realmente acontecem, mas em universos paralelos diferentes que não podemos ver.
Teoria das ondas-piloto: As partículas sempre têm localizações definidas, mas "ondas piloto" invisíveis as guiam e conectam partículas distantes instantaneamente.
Colapso espontâneo: As funções de onda "escolhem" aleatoriamente resultados definidos por conta própria, com objetos grandes escolhendo muito mais rápido do que partículas minúsculas.
- Qual abordagem da realidade quântica parece mais razoável para você? O que a torna mais atraente do que as alternativas?
- A interpretação que você escolheu requer a aceitação de algo estranho sobre o mundo - universos paralelos, conexões invisíveis mais rápidas do que a luz ou aleatoriedade fundamental. Qual dessas opções parece menos preocupante para você e por quê?
Saiba mais
Para saber mais sobre as questões mais amplas que envolvem o colapso da função de onda quântica, leia o guia do Shortform para What Is Real? de Adam Becker.
