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Um mundo das incertezas

Globo Ciência: Wener (Foto: Reprodução de TV)Werner Heisenberg (Foto: Reprodução de TV)

Na terceira década do Século 20, surge no cenário acadêmico mundial um físico que estabeleceria bases importantes da chamada mecânica quântica, a teoria que explica os fenômenos no diminuto universo atômico e subatômico. O alemão Werner Heisenberg criou, em 1925, conceitos que sustentariam esse ramo da física.

Físico brilhante, Heisenberg é conhecido, sobretudo, por ter formulado o Princípio da Incerteza. Você deve estar se perguntando o que é isso. Vamos à explicação.

Na física tradicional newtoniana, ou física clássica, acreditava-se que, se soubermos a posição inicial e a velocidade de todas as partículas de um sistema, seríamos capazes de calcular suas interações e prever como o sistema vai se comportar. Para prevermos o comportamento das partículas, portanto, bastaria conhecer a posição e a velocidade que elas têm. Certo? O problema é que, no mundo atômico, segundo o Princípio da Incerteza, é impossível saber com absoluta precisão qual a posição e a velocidade de uma partícula. Isso porque para medir um desses valores acabamos alterando o outro, a tal ponto que ele se torna indeterminado.

O interessante da física quântica é que ela vai mais longe do que as teorias que a precederam: ela não apenas diz como a natureza se comporta, mas é também capaz de prever como a natureza vai ou não se comportar.

Em 1932, Heisenberg foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física pela criação da mecânica quântica. Com apenas 31 anos de idade, ele foi um dos mais jovens ganhadores do prêmio.

Agora vamos a um dos fenômenos mais intrigantes da física quântica: o fato de uma partícula microscópica poder estar em duas posições ao mesmo tempo. Esse tipo de fenômeno e seus desdobramentos incomodaram por décadas os cientistas da área.

Globo Ciência: Erwin (Foto: Reprodução de TV)Erwin Schrödinger (Foto: Reprodução de TV)

Em 1935, o físico austríaco Erwin Schrödinger propôs um experimento mental para mostrar que as leis da física quântica levavam a paradoxos. A proposta, conhecida como ‘gato de Schrödinger’, ganhou fama nas décadas seguintes e, ainda hoje, é um bom exemplo da relação sutil entre os mundos microscópico e macroscópico.

Imaginemos um gato em uma gaiola hermeticamente fechada, na qual é colocado um frasco com veneno mortal. Na gaiola também há um dispositivo que é acionado ao ser atingido por uma partícula que possui certa probabilidade de ser emitida por um átomo radioativo. Digamos que, passada uma hora, o átomo tem uma probabilidade de 50% de emitir radiação. Se um contador Geiger detectar radiação, ou seja, o átomo emitiu uma partícula, então o frasco é quebrado, liberando o veneno que mata o gato. Se o átomo permanece no estado inicial, o gato se manterá vivo. Schrödinger diz que, ao longo daquela uma hora, há uma superposição de dois estados para o gato, um em que ele está vivo e outro em que está morto! Surreal? É assim para a mecânica quântica. Tudo isso advém do fato de o átomo ser um objeto quântico, para o qual valem, portanto, as leis probabilísticas da mecânica quântica.

Se abríssemos a gaiola em um desses instantes intermediários, o que veríamos? Nesse caso, estaríamos efetuando uma medida. E aqui está mais uma das esquisitices da mecânica quântica: toda vez que medimos algo, interferimos com o sistema observado. Pois é, ao fazer uma medida, acabamos destruindo essa superposição de estados. Então, o gato para nós, observadores, estará ou vivo, ou morto. Jamais teríamos as duas alternativas ao mesmo tempo, pois são características excludentes.

Essas características excludentes são observadas também nas partículas atômicas: ora se apresentam como onda, ora se apresentam como partícula.

Vejamos o caso dos fótons, as partículas que formam a luz. Os fótons podem se comportar como ondas ou partículas, e isso só depende do experimento que estamos fazendo. Mas a mecânica quântica nos garante que não há como fazerem os fótons se comportarem ao mesmo tempo como ondas e partículas. Podemos dizer que existe uma probabilidade inerente à física quântica.

Poderíamos pensar que o comportamento probabilístico de um sistema quântico é o mesmo que afeta uma moeda jogada para o alto e para a qual não podemos prever que face será exibida ao chegar ao solo. Há, no entanto, uma diferença fundamental entre a manifestação probabilística de uma moeda atirada e a de um sistema quântico. No caso da moeda, a descrição probabilística está associada ao nosso desconhecimento sobre suas condições iniciais e das moléculas de ar que interagem com ela, a exata força que aplicamos ao lançá-la etc. Portanto, é uma probabilidade que reflete nossa ignorância sobre os detalhes do experimento. Nos sistemas quânticos, no entanto, o comportamento probabilístico permanece como uma propriedade essencial do sistema, que nada tem a ver com as deficiências de nosso conhecimento. A natureza, em nível atômico e subatômico, simplesmente se comporta assim.

Ao descrever seu experimento do gato, Schrödinger criou o termo emaranhamento. O emaranhamento ou entrelaçamento quântico é um fenômeno que permite que dois ou mais objetos estejam de alguma forma tão ligados que um não pode ser corretamente descrito sem que a sua contraparte seja mencionada, mesmo que os objetos estejam espacialmente separados. As partículas entrelaçadas são as entidades mais bizarras do mundo quântico, pois é como se estivessem unidas por uma espécie de ‘comunicação telepática’. Depois de criadas, essas partículas atômicas mantêm as características de gêmeas, mesmo separadas por milhões de quilômetros. Se alterarmos o estado de uma delas, a outra responde instantaneamente. Na década de 1980, foram criadas as primeiras partículas gêmeas em laboratório.

O emaranhamento é tão esquisito que um físico britânico renomado, John Polkinghorne, que também é pastor anglicano, disse que o único fenômeno semelhante ao emaranhamento é o vodu. “Você espeta um boneco aqui, e a pobre vítima, do outro lado do mundo, sente a dor instantaneamente. O problema é que sabemos que o vodu não existe, mas o emaranhamento, sim”.

O comportamento dessas partículas gêmeas é tão bizarro que Einstein o classificou como uma “fantasmagórica ação a distância”.

Pode parecer loucura, mas o emanharamento quântico é a base para tecnologias que começam a surgir agora, como computação quântica, criptografia quântica e para experiências de teletransporte quântico. É o mundo do futuro.

 Fonte:

Programa Globo Ciência <http://redeglobo.globo.com/globociencia/noticia/2012/02/entenda-evolucao-da-fisica-quantica-de-max-planck-ate-os-dias-de-hoje.html&gt;