Realismo local

Um experimento histórico obteve a refutação mais forte até hoje do princípio do “realismo local”, defendido por Albert Einstein, que afirma que o Universo obedece a leis, e não ao acaso – uma crítica à mecânica quântica – e que não há forma de viajar ou trocar informações mais rápido que a luz.

O experimento, executado na Universidade Tecnológica de Delft, na Holanda, é o chamado “teste de Bell incontestável” (loophole-free Bell test), cujos resultados abrem ou a possibilidade da existência de influências “escondidas” além do espaço-tempo, ou elimina olimite de velocidade universal – a velocidade da luz.

No experimento, dois elétrons presos dentro de dois cristais de diamante diferentes foram entrelaçados (ou emaranhados), o que significa que tudo o que acontece a um afeta imediatamente o outro. A seguir, a equipe mediu o spin de cada um dos elétrons.

Na teoria quântica, o entrelaçamento é poderoso e misterioso: matematicamente os dois elétrons são descritos por uma única função de onda, que somente especifica se eles têm o mesmo spin ou spins diferentes, mas não qual em que direção seus spins apontam.

O realismo local, preferido por Einstein, tenta explicar esse fenômeno com menos mistério, dizendo que as partículas devem estar apontando para algum ponto, mas nós simplesmente não sabemos em que direção até que façamos uma medição.

Einstein em um beco sem saída

No experimento, contudo, quando foram medidos, os elétrons aparecem individualmente aleatórios, mas concordam bem demais em que direção apontar. Tão bem, na verdade, que eles não poderiam ter orientações prévias à medição, como afirma o realismo.

O comportamento observado dos elétrons só é possível se eles se comunicassem um com o outro, algo que seria muito surpreendente para elétrons presos em cristais diferentes – mais do que isso, os dois diamantes estavam em edifícios diferentes, a 1,3 km de distância um do outro.

Além disso, as medições foram feitas tão rapidamente em cada um dos diamantes – usando relógios atômicos para sincronizá-las – que não haveria tempo suficiente para que os elétrons se comunicassem, nem mesmo se seus sinais de um para o outro viajassem à velocidade da luz.

Isto coloca o realismo local em um beco sem saída: se os spins dos dois elétrons são reais, ou a ação fantasmagórica à distância é real, ou os elétrons devem ter-se comunicado. Mas, se eles se comunicaram, eles fizeram isso mais rápido do que a velocidade da luz.

Assim, o experimento dá uma refutação quase perfeita da visão de mundo de Einstein, em que “nada viaja mais rápido do que a luz” e “Deus não joga dados”. Pelo menos uma destas declarações deve estar errada.

Para usar as palavras de Einstein, ou Deus de fato joga dados com o Universo e a ação fantasmagórica à distância é real, ou os spins dos elétrons podem conversar entre si mais rapidamente do que a velocidade da luz, e a velocidade da luz não seria o limite universal de velocidade.

Gerações de teorias

Max Planck, o homem que tirou Einstein de um emprego de funcionário público e o levou para a universidade, costumava dizer que não é possível convencer opositores de uma nova teoria: uma nova teoria só triunfa quando esses opositores finalmente morrem e cresce uma nova geração acostumada com a nova teoria.

Neste caso, mais de uma geração vem trabalhando na construção desse experimento incontestável. Contudo, parece não existir ainda a nova teoria triunfante, mas tão somente a negação da completude da teoria antiga. Assim, para compreendermos totalmente o alcance das possibilidades que se abrem, talvez seja necessário esperar, não o morrer, mas o nascer de uma nova geração – ou, talvez, de um novo Einstein.

Mas os frutos do experimento já estão sendo colhidos.

“Trabalhar neste experimento nos levou a desenvolver tecnologias que agora podemos aplicar para melhorar a segurança das comunicações e a computação de alto desempenho, e outras áreas que requerem números aleatórios de alta qualidade e alta velocidade,” disse o professor Morgan Mitchell, membro da equipe.

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Há poucos dias, em um experimento histórico, físicos finalmente mostraram de forma incontestável que Einstein estava errado ao menos em uma de duas de suas ideias fundamentais, uma delas envolvendo as incertezas e as leis probabilísticas da mecânica quântica.

Para não deixar margens a dúvidas, outra equipe finalmente demonstrou de forma inequívoca uma das previsões mais estranhas da teoria quântica – a previsão de que um sistema quântico não pode mudar enquanto o pesquisador o estiver observando, confirmando que o observador de fato influencia os experimentos quânticos.

Segundo os físicos da Universidade de Cornell, nos EUA, responsáveis pelo experimento, esse comportamento quântico foi bem ilustrado na série Dr. Who pelos “Anjos Lamentadores”, criaturas predatórias que assumem a forma de estátuas e que apenas se movem e atacam quando não estão sendo olhadas.

Além de resolver uma disputa de longa data entre os físicos, o experimento abre o caminho para uma técnica fundamentalmente nova para controlar e manipular os estados quânticos de átomos – em um primeiro momento, permitindo ao menos a criação de novos tipos de sensores.

Efeito Zeno Quântico

Para testar a influência do observador sobre os experimentos quânticos, Yogesh Patil e Srivatsan Chakram resfriaram um gás contendo cerca de um bilhão de átomos de rubídio, no interior de uma câmara de vácuo, até próximo do zero absoluto, e suspenderam a massa usando feixes de laser. Nesse estado, os átomos se organizam em uma grade ordenada como se estivessem em um cristal sólido e funcionam como se fossem uma entidade única – por isso essa estrutura é muitas vezes chamada de “átomo artificial“.

Em temperaturas tão baixas, os átomos podem tunelar de um lugar para outro na rede atômica. O famoso princípio da incerteza de Heisenberg diz que a posição e a velocidade de uma partícula estão relacionadas e não podem ser simultaneamente medidas com precisão.

Como a temperatura é uma medida do movimento de uma partícula, no frio extremo do quase zero absoluto a velocidade é praticamente zero, de forma que há muita flexibilidade na posição: quando você os observa, os átomos são tão susceptíveis de estar em um lugar na rede como em qualquer outro.

Os pesquisadores demonstraram então ser possível suprimir o tunelamento quântico – as mudanças de posição – meramente observando os átomos. Olhe para eles, e eles “congelam” no lugar; interrompa a medição, e eles voltam a tunelar. Isto foi feito repetindo rapidamente as medições: quanto mais rapidamente elas são feitas, menor é a probabilidade de os átomos terem saído do lugar.

Este assim chamado “Efeito Zeno Quântico” – ou “Efeito do Observador” – deriva de uma proposta feita em 1977 por George Sudarshan e Baidyanath Misra, da Universidade do Texas, que notaram que a natureza estranha das medições quânticas permite, em princípio, que um sistema quântico seja “congelado” por medições repetidas, feitas em sequência. 

Classicalidade emergente

“Esta é a primeira observação do Efeito Zeno Quântico por uma medição do movimento atômico no espaço real,” disse o professor Mukund Vengalattore, orientador da equipe. “Além disso, devido ao alto grau de controle que conseguimos demonstrar em nossos experimentos, nós podemos ‘sintonizar’ gradualmente a maneira pela qual observamos esses átomos. Usando este ajuste, nós fomos capazes de demonstrar também um efeito chamado ‘classicalidade emergente’ neste sistema quântico.”

Na classicalidade emergente, os efeitos quânticos desaparecem, e os átomos começam a se comportar da maneira prevista pela física clássica, que nos parece muito mais intuitiva.

A propósito, com o estabelecimento desses experimentos definitivos mostrando a realidade das esquisitices quânticas, as atenções começam a se voltar justamente para essa fronteira entre o clássico e o quântico – entre os “reinos” que obedecem às leis da física clássica ou às leis da mecânica quântica.

Embora tradicionalmente associados com as dimensões – o tamanho – das partículas envolvidas, alguns indícios apontam que a gravidade possa ser usada para explicar a fronteira clássico-quântico, enquanto outros físicos vão ainda mais longe, propondo que a física quântica emerge na fronteira entre múltiplos universos.

 

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