Quantum

Sobreposição Quântica

Ao esclarecer fenômenos da antiga mecânica quântica, tornou-se claro que a aplicação de um certo fenômeno no macromundo significa não necessariamente que o mesmo se aplica no micromundo. Uma das regras básicas do macromundo é que cada objeto tem uma única posição e velocidade. Em outras palavras, é simplesmente impossível viajar da Alemanha a União Europeia à 90km/h enquanto pega um avião da Europa para a Austrália à oito vezes essa velocidade. Antagonicamente, essa regra não parece se aplicar ao mundo quântico. Objetos do micromundo conseguem estar em vários lugares ao mesmo tempo e fazer várias coisas ao mesmo tempo.

Ao conduzir o experimento da fenda dupla, um padrão de interferência é criado apenas quando uma onda (função de onda) de uma fenda interfere a onda que passa pela outra fenda, como foi descrito no capítulo anterior. Se enviássemos ondas (sejam ondas eletromagnéticas ou ondas de matéria) apenas por uma fenda, um padrão de interferência não seria criado, claro. Imaginemos uma situação onde estamos conduzindo o experimento da fenda dupla com partículas massivas, como prótons, mas com uma pequena variação - enviaremos um próton de cada vez, assim a função de onda de prótons individuais não pode interferir com uma outra. Por mais estranho que pareça, mesmo nesse caso, há um padrão de interferência.

Toda a física clássica se baseia numa ideia chamada de determinismo. O princípio básico do determinismo é que o futuro é previsível e que a única coisa necessária para predizer a evolução futura do universo é ter informação suficiente sobre o presente. Por exemplo, conseguimos prever o próximo eclipse solar por termos informação suficiente sobre o movimento da Lua. Toda a física determinista se baseia nessa condição. Outra ideia do determinismo é a de que condições idênticas levam a resultados idênticos. Por exemplo, se atirássemos duas balas idênticas de uma arma nasbmesmas condições (ou seja, mesma direção, mesma temperatura, etc.), ambas as balas acertariam o mesmo lugar. Porém, o mundo quântico se comporta completamente diferente. Se atirássemos elétrons ao invés de balas (de uma arma de elétrons hipotética), cada um desses elétrons acertaria um lugar diferente e cada um deles poderia ter uma velocidade diferente, mesmo que as condições iniciais sejam as mesmas.

O comportamento estranho dos prótons do segundo parágrafo e a imprevisibilidade dos elétrons do terceiro parágrafo são, ambos, uma consequência de um fenômeno crucial da mecânica quântica - o princípio da sobreposição quântica. A sobreposição quântica estabelece que um objeto que não está sendo observado existe em todos os estados possíveis ao mesmo tempo é uma sobreposição. Essa sobreposição é a combinação de todos os estados nos quais o objeto poderia, teoricamente, estar. Isso significa que uma partícula que não está sendo observada pode ter múltiplas velocidades e estar em vários lugares ao mesmo tempo.

Isso pode parecer bastante estranho, mas se levarmos a função de onda em consideração, a sobreposição começa a fazer sentido. Considere, por exemplo, a posição de um objeto. A função de onda pode ser imaginada como uma onda matemática abstrata cercando um dado objeto. Como mencionado antes, a função de onda contém todas as propriedades de um objeto, a posição da função de onda, consequentemente, determina a posição do objeto em si. Isso, no entanto, causa um problema. Lembre-se de que uma onda não se localiza no espaço, mas tende a se espalhar. Essa propriedade se aplica a nossa função de onda também. Disso decorre que, desde que a função de onda de um objeto exista, a posição desse objeto não é completamente definida e o objeto se localiza, basicamente, em todos os lugares onde sua função de onda está. Dizemos que esse objeto está em múltiplos estados próprios. Para que um objeto quântico tenha uma posição claramente especificada, a função de onda deve desaparecer. Como se faz isso? Basta observa-lo.

Quando um objeto quântico é observado, o chamado colapso da função de onda ocorre. O colapso da função de onda é a redução a função de onda para um único estado próprio (uma posição, uma velocidade). O colapso da função de onda assegura que jamais se pode observar um objeto com múltiplas velocidades ou posições, uma vez que a sobreposição é destruída por mera observação. O ato de observar, assim, não apenas identifica as propriedades de um objeto quântico, mas também as determina! Isso significa, basicamente, que determinamos o futuro de um objeto puramente por observá-lo (ou seja, medir suas propriedades).