10 verdades quânticas sobre nosso universo

A partir do momento em que foi descoberto que as regras macroscópicas clássicas que ditavam a eletricidade, o magnetismo e a luz não se aplicavam necessariamente às escalas subatômicas, uma visão inteiramente nova do Universo se abriu para a humanidade. Esta imagem quântica é muito maior e abrangente do que a maioria das pessoas entende, incluindo muitos especialistas. Aqui estão dez princípios básicos da mecânica quântica que podem fazer você reexaminar como você imagina nosso Universo, nas menores escalas e além. Confira essas verdades quânticas interessantes sobre o nosso Universo:

10 O gato de Schrödinger está morto ou vivo, não ambos

Para começar esta lista de verdades quânticas sobre nosso Universo, vamos começar informando que ele não era bem compreendido nos primórdios da mecânica quântica, mas a função quântica dos objetos macroscópicos decai muito rápido. Essa “decoerência” se deve às repetidas interações com o meio ambiente que, em lugares moderadamente quentes e compactos como os necessários à vida, são impossíveis de evitar. Isso demonstra que o que consideramos uma medição não requer um ser humano; apenas interagir com o meio ambiente conta. Também demonstra por que colocar objetos grandes em superposição de dois estados distintos é, portanto, muito difícil e a superposição desaparece rapidamente.

O objeto pesado que até agora foi colocado em uma superposição de locais é uma molécula de carbono-60, enquanto os mais pretensiosos propuseram fazer esse teste para vírus ou até criaturas mais pesadas como bactérias. Assim, o paradoxo que o gato de Schrödinger uma vez levantou – a transferência de uma superposição quântica (o átomo em decomposição) para um objeto grande (o gato) – foi resolvido. Agora entendemos que, embora coisas pequenas como átomos possam existir em superposição por longos períodos de tempo, um objeto grande se acomodaria muito rapidamente em um estado particular. É por isso que nunca observamos gatos vivos e mortos.

9 Mas eles controlam as escalas pequenas

Na mecânica quântica, cada partícula também é uma onda e cada onda também é uma partícula. As conclusões da mecânica quântica tornam-se muito óbvias quando se observa uma partícula a distâncias semelhantes ao comprimento de onda associado. É por isso que a física atômica e subatômica não pode ser explicada sem a mecânica quântica, enquanto as órbitas planetárias são definitivamente inalteradas pela ação quântica.

8 Os impactos quânticos não são necessariamente pequenos

Normalmente não vemos efeitos quânticos em longas distâncias porque as correlações necessárias são muito frágeis. Trate-os com bastante cuidado, entretanto, e os efeitos quânticos podem continuar por longas distâncias. Os fótons, por exemplo, ficaram emaranhados em divisões por até centenas de quilômetros. Nos condensados ​​de Bose-Einstein, um estado degenerado da matéria em baixas temperaturas, até alguns milhões de átomos foram induzidos a um estado quântico coerente. E, por último, alguns pesquisadores até aceitam que a matéria escura pode ter impactos quânticos que se estendem por galáxias inteiras.

7 É tudo uma questão de incerteza

O postulado fundamental da mecânica quântica é que existem pares de visíveis que não podem ser medidos simultaneamente, como por exemplo a posição e o momento de uma partícula. A verdade quântica sobre o nosso Universo é que os pares são chamados de “variáveis ​​conjugadas”, e a impossibilidade de medir seus valores com exatidão é o que faz toda a distinção entre uma teoria quantizada e uma não quantizada. Na mecânica quântica, essa teoria é fundamental, não devido a deficiências experimentais. Uma das manifestações mais estranhas disso é a incerteza de energia e tempo, o que sugere que partículas instáveis ​​têm massas naturalmente incertas, graças ao E = mc2 de Einstein.

6 Einstein não o refutou

Ao contrário da opinião popular, Einstein não era um negador da mecânica quântica. Ele provavelmente não poderia ser – a teoria foi tão bem-sucedida primeiro que nenhum especialista sério poderia descartá-la. Na verdade, foi sua descoberta ganhadora do Nobel do impacto fotoelétrico, provando que os fótons se comportavam tanto como partículas quanto como ondas que foram uma das revelações centrais da mecânica quântica. Em vez disso, Einstein contestou que a teoria fosse incompleta e acreditava que a aleatoriedade natural dos processos quânticos deve ter uma explicação profunda. Não que ele acreditasse que a aleatoriedade estava errada, ele apenas acreditava que esse não era o fim da história. Para uma excelente exposição das visões de Einstein sobre a mecânica quântica, aconselho o artigo de George Musser “O que Einstein realmente pensou sobre a mecânica quântica”.

5 Física Quântica, um campo de pesquisa intenso

A teoria começou há mais de um século. Mas muitos pontos de vista disso se tornaram testáveis ​​apenas com a tecnologia contemporânea. Óptica quântica, computação quântica, termodinâmica quântica, criptografia quântica, informação quântica e metrologia quântica são áreas de pesquisa recentemente formadas e imediatamente muito intensas. Com as novas habilidades adquiridas com essas tecnologias, o investimento nos fundamentos da mecânica quântica foi reativado.

4 Não há nenhuma ação estranha à distância

Em nenhum lugar da mecânica quântica os dados são enviados não localmente, de modo que saltam sobre um trecho do espaço sem ter que passar por todas as posições intermediárias. O entrelaçamento é em si não local, mas não faz nenhuma ação – é uma associação que não está conectada à mudança não local de informação ou qualquer outra visível. Quando você entende uma pesquisa em que dois fótons emaranhados são separados por uma grande distância e o spin de cada um é medido, não há dados sendo transferidos mais rápido do que a velocidade da luz. Na verdade, se você tentar reunir os resultados de duas observações, esses dados só podem viajar na velocidade da luz, não mais rápido! O que forma a “informação” era uma grande fonte de incerteza nos primeiros dias da mecânica quântica, mas sabemos hoje que a teoria pode se encaixar perfeitamente comTeoria da Relatividade Especial de Einstein, na qual os dados não podem ser deslocados mais rápido do que a velocidade da luz. Essa é uma das verdades quânticas mais significativas sobre o nosso Universo.

3 Emaranhamento não idêntico ao da superposição

Uma superposição quântica é a capacidade de um sistema de estar em dois estados distintos ao mesmo tempo e, ainda assim, quando medido, encontra-se constantemente um estado particular e nunca uma superposição. O entrelaçamento, por outro lado, é uma associação entre duas ou mais partes de um sistema – algo completamente diferente. A superposição não é básica: se um estado é ou não uma superposição depende do que você precisa medir. Um estado pode, por exemplo, estar em uma superposição de posições e não em uma superposição de momento – portanto, todo o conceito é vago. O emaranhamento, por outro lado, não é ambíguo: é uma propriedade fundamental de cada sistema e a medida mais conhecida do quantum de um sistema.

2 Quantização Não Implica Certamente Discreta

“Quanta” são partículas discretas, por definição, mas nem tudo se torna grosso ou inseparável em escalas curtas. As verdades quânticas sobre o nosso Universo são que as ondas eletromagnéticas são compostas de quanta chamados “fótons”, portanto, as ondas podem ser consideradas discretizadas. E as camadas de elétrons ao redor do núcleo atômico podem ter raios discretos claros. Mas outras características das partículas não se tornam discretas mesmo em uma teoria quântica. O estado dos elétrons na banda condutora de um metal, por exemplo, não é discreto – o elétron pode preencher qualquer posição contínua dentro da banda.

1 All Is Quantum

Agora sabemos que algumas coisas são mecânicas quânticas e outras não. Tudo segue as mesmas leis da mecânica quântica – só que os efeitos quânticos de objetos grandes são muito difíceis de ver. É por isso que a mecânica quântica chegou mais tarde à evolução da física teórica: não foi até que os físicos tivessem de justificar por que os elétrons ficam em camadas em torno do núcleo atômico que a mecânica quântica se tornou essencial para fazer previsões precisas.

10 verdades quânticas sobre nosso universo

1. All Is Quantum
2. Quantização Não Implica Certamente Discreta
3. Emaranhamento não é idêntico ao da superposição
4. Não há nenhuma ação estranha à distância
5. Física Quântica, um campo de pesquisa intenso
6. Einstein não o refutou
7. É tudo uma questão de incerteza
8. Os impactos quânticos não são necessariamente pequenos
9. Mas eles controlam as escalas pequenas
10. O gato de Schrödinger está morto ou vivo, não ambos

Escrito por: AC Claudia