Vova Krasen
0 
4239
1149
Fatos alternativos estão se espalhando como um vírus pela sociedade. Agora, parece que eles infectaram a ciência - pelo menos o reino quântico. Isso pode parecer contra-intuitivo. Afinal, o método científico é baseado em noções confiáveis de observação, medição e repetibilidade. Um fato, conforme estabelecido por uma medição, deve ser objetivo, de modo que todos os observadores possam concordar com ele.
Mas em um artigo publicado recentemente na Science Advances, mostramos que, no micromundo de átomos e partículas que é governado pelas estranhas regras da mecânica quântica, dois observadores diferentes têm direito aos seus próprios fatos. Em outras palavras, de acordo com nossa melhor teoria dos blocos de construção da própria natureza, os fatos podem ser subjetivos.
Os observadores são jogadores poderosos no mundo quântico. De acordo com a teoria, as partículas podem estar em vários lugares ou estados ao mesmo tempo - isso é chamado de superposição. Mas, estranhamente, isso só acontece quando eles não são observados. No segundo que você observa um sistema quântico, ele escolhe um local ou estado específico - quebrando a superposição. O fato de a natureza se comportar dessa maneira foi provado várias vezes em laboratório - por exemplo, no famoso experimento de dupla fenda.
Relacionado: Os 18 maiores mistérios não resolvidos da física
Em 1961, o físico Eugene Wigner propôs um experimento mental provocativo. Ele questionou o que aconteceria ao aplicar a mecânica quântica a um observador que está sendo observado. Imagine que um amigo de Wigner jogue uma moeda quântica - que está em uma superposição de cara e coroa - dentro de um laboratório fechado. Cada vez que o amigo joga a moeda, eles observam um resultado definitivo. Podemos dizer que o amigo de Wigner estabelece um fato: o resultado do lançamento da moeda é definitivamente cara ou coroa.
Wigner não tem acesso a esse fato de fora e, de acordo com a mecânica quântica, deve descrever o amigo e a moeda para estar em uma superposição de todos os resultados possíveis do experimento. Isso porque eles estão "emaranhados" - assustadoramente conectados, de modo que, se você manipular um, também manipulará o outro. Wigner agora pode, em princípio, verificar essa superposição usando o chamado "experimento de interferência" - um tipo de medida quântica que permite desvendar a superposição de um sistema inteiro, confirmando que dois objetos estão emaranhados.
Quando Wigner e o amigo comparam observações posteriormente, o amigo insistirá que viram resultados definitivos para cada sorteio. Wigner, no entanto, irá discordar sempre que observou amigo e moeda em uma sobreposição.
Isso apresenta um enigma. A realidade percebida pelo amigo não pode ser conciliada com a realidade externa. Wigner originalmente não considerava isso um paradoxo, ele argumentou que seria absurdo descrever um observador consciente como um objeto quântico. No entanto, ele mais tarde se afastou dessa visão, e de acordo com livros formais de mecânica quântica, a descrição é perfeitamente válida.
O experimento
O cenário há muito é um experimento de pensamento interessante. Mas isso reflete a realidade? Cientificamente, houve pouco progresso nisso até muito recentemente, quando Časlav Brukner, da Universidade de Viena, mostrou que, sob certas suposições, a ideia de Wigner pode ser usada para provar formalmente que as medições na mecânica quântica são subjetivas para os observadores.
Brukner propôs uma forma de testar essa noção traduzindo o cenário amigo de Wigner em uma estrutura estabelecida pela primeira vez pelo físico John Bell em 1964. Brukner considerou dois pares de Wigners e amigos, em duas caixas separadas, realizando medições em um estado compartilhado - dentro e fora de suas respectivas caixas. Os resultados podem ser resumidos para finalmente serem usados para avaliar a chamada "desigualdade de Bell". Se esta desigualdade for violada, os observadores podem ter fatos alternativos.
Agora, pela primeira vez, realizamos este teste experimentalmente na Universidade Heriot-Watt em Edimburgo em um computador quântico de pequena escala composto de três pares de fótons emaranhados. O primeiro par de fótons representa as moedas, e os outros dois são usados para fazer o lançamento da moeda - medindo a polarização dos fótons - dentro de suas respectivas caixas. Fora das duas caixas, dois fótons permanecem em cada lado que também podem ser medidos.
Apesar de usar tecnologia quântica de ponta, levou semanas para coletar dados suficientes de apenas seis fótons para gerar estatísticas suficientes. Mas, finalmente, conseguimos mostrar que a mecânica quântica pode de fato ser incompatível com a suposição de fatos objetivos - violamos a desigualdade.
A teoria, entretanto, é baseada em algumas suposições. Isso inclui que os resultados das medições não são influenciados por sinais que viajam acima da velocidade da luz e que os observadores são livres para escolher quais medições fazer. Isso pode ou não ser o caso.
Outra questão importante é se os fótons individuais podem ser considerados observadores. Na proposta da teoria de Brukner, os observadores não precisam estar conscientes, eles devem meramente ser capazes de estabelecer fatos na forma de um resultado de medição. Um detector inanimado seria, portanto, um observador válido. E a mecânica quântica de livros didáticos não nos dá nenhuma razão para acreditar que um detector, que pode ser feito com apenas alguns átomos, não deva ser descrito como um objeto quântico, assim como um fóton. Também pode ser possível que a mecânica quântica padrão não se aplique em escalas de grande comprimento, mas testar isso é um problema separado.
Este experimento, portanto, mostra que, pelo menos para modelos locais da mecânica quântica, precisamos repensar nossa noção de objetividade. Os fatos que vivenciamos em nosso mundo macroscópico parecem permanecer seguros, mas surge uma grande questão sobre como as interpretações existentes da mecânica quântica podem acomodar fatos subjetivos.
Alguns físicos vêem esses novos desenvolvimentos como interpretações de reforço que permitem que mais de um resultado ocorra para uma observação, por exemplo, a existência de universos paralelos nos quais cada resultado acontece. Outros o veem como uma evidência convincente para teorias intrinsecamente dependentes do observador, como o Bayesianismo Quântico, em que as ações e experiências de um agente são preocupações centrais da teoria. Mas outros ainda tomam isso como um forte indicador de que talvez a mecânica quântica irá quebrar acima de certas escalas de complexidade.
Claramente, todas essas são questões profundamente filosóficas sobre a natureza fundamental da realidade. Seja qual for a resposta, um futuro interessante espera.
Este artigo foi publicado originalmente em A conversa. A publicação contribuiu com o artigo para Vozes de especialistas: Op-Ed e Insights.