Revisitando a estranha natureza da realidade quântica

Em 1983, o filósofo neozelandês Harvey Brown, domiciliado em Oxford (Inglaterra), então em visita a uma universidade brasileira, escreveu artigo para a Ciência Hoje com o titulo ‘A estranha natureza da realidade quântica’. Na época, experimentos no chamado ‘regime quântico’ ainda eram incipientes.

Hoje, quase três décadas depois, experimentos sofisticadíssimos desse tipo são realizados pelo mundo todo. Os resultados revelam que a ‘natureza da realidade quântica’ parece ser ainda mais estranha do que se imaginava.

A ‘natureza da realidade quântica’ parece ser ainda mais estranha do que se imaginava

A mecânica quântica é considerada a mais bem-sucedida teoria da física. Com ela, os físicos conseguiram desvendar a estrutura dos átomos e dos núcleos atômicos, os processos de geração de energia no Sol e em outras estrelas, as ligações químicas e estruturas moleculares, as propriedades condutivas dos materiais como metais, isolantes, semicondutores, a estrutura de materiais magnéticos etc., além de levar a importantes inovações tecnológicas como o laser, os LEDs, sensores fotoelétricos, reatores nucleares, nanodispositivos etc.

Um simples telefone celular ou tocador de música e filmes não existiriam não fosse pelo conhecimento sobre materiais gerado a partir da mecânica quântica. No entanto, em seu aspecto mais básico – ou seja, o da descrição dos processos físicos fundamentais –, as controvérsias continuam tão acirradas hoje quanto na época em que Brown publicou seu artigo (CH n° 7).

Matemática e magia negra

A mecânica quântica foi descoberta e estruturada no primeiro quarto do século passado, por um time de físicos brilhantes que teve uma das figuras centrais no físico de origem alemã Albert Einstein (1879-1955).

Em 1905, ele utilizou a então revolucionária ideia dos quanta de luz (posteriormente, batizados fótons), para explicar o efeito fotoelétrico, geração de uma corrente elétrica quando um condutor (metal, por exemplo) é iluminado com luz de determinada cor (frequência) – esse trabalho lhe rendeu o Prêmio Nobel de física de 1921.

Einstein também utilizou a mecânica quântica para fazer a previsão teórica do laser em 1917, fenômeno verificado pela primeira vez em laboratório apenas no início da década de 1950.

Laser
A previsão teórica do ‘laser’ foi feita em 1917, com base na mecânica quântica, pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955), que depois se tornou o principal crítico dessa teoria. (foto: Sxc.hu/ junious)

Apesar de seu profícuo envolvimento com a mecânica quântica nos primeiros anos, Einstein viria a se tornar seu principal crítico e opositor. É dele a frase: “Mecânica quântica: matemática com magia negra”.

Com os anos, as críticas de Einstein sobre a mecânica quântica se desenvolveram sob a forma de fascinantes debates entre ele e o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) e atingiram seu ápice em 1935, quando – com dois físicos colaboradores, o de origem russa Boris Podolsky (1896-1977) e o norte-americano Nathan Rosen (1909-1995) – publicou um artigo histórico em que supunha ter atingido mortalmente os alicerces da mecânica quântica.

Aquele trabalho, cujos argumentos foram refutados no mesmo ano por Bohr, entrou para a história da física como o ‘paradoxo de EPR’.  

Realismo versus não realismo

O aspecto da mecânica quântica que mais contrariava Einstein é o de que a teoria descreve os processos naturais fundamentais como eventos aleatórios. É como se a natureza, em seu nível mais básico de funcionamento, não passasse de uma espécie de ‘jogo de dados cósmico’.

Desse tipo de descrição, resulta um quadro realmente estranho – e difícil de intuir. Por exemplo, objetos físicos como elétrons, prótons e átomos não têm um lugar definido no espaço. De fato, é necessário supor que esses objetos não tenham a propriedade de ‘estar em algum lugar’, a menos que se faça um experimento para se observar sua posição.

A mecânica quântica nos diz que as propriedades físicas dos objetos dependem da observação

O mesmo acontece com outras propriedades físicas mensuráveis, como a energia e a velocidade. Segundo a mecânica quântica, não tem sentido físico, por exemplo, imaginar que um elétron em um átomo ‘esteja em algum lugar’ bem definido, nem mesmo tenha certa energia e velocidade, propriedades que certamente poderíamos atribuir à Lua orbitando em torno da Terra.

Segundo a mecânica quântica, o elétron adquire essas propriedades apenas no instante em que uma medida é feita. Em outras palavras, a mecânica quântica nos diz que as propriedades físicas dos objetos dependem da observação.

A ideia oposta – ou seja, a de que os objetos físicos têm propriedades físicas como posição, energia, velocidade etc., independentes da observação – é chamada de realismo.

A mecânica quântica, portanto, é uma teoria não realista.

Você leu apenas o início do artigo publicado na CH 282. Clique no ícone a seguir para baixar a versão integral. PDF aberto (gif)

Ivan S. Oliveira
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (RJ)

Outras Matérias Nesta Edição

614_256 att-21874
614_256 att-21872
614_256 att-21868
614_256 att-21866
614_256 att-21864
614_256 att-21862
614_256 att-21860

Outras Matéras Nesta Categoria

614_256 att-22975
614_256 att-22985
614_256 att-22993
614_256 att-22995
614_256 att-22987
614_256 att-22991
614_256 att-22989
614_256 att-22999
614_256 att-22983
614_256 att-22997
614_256 att-22963
614_256 att-22937
614_256 att-22931
614_256 att-22965
614_256 att-23039