Quantum

Paradoxos Quânticos

Desde o seu estabelecimento, a mecânica quântica encarou ataques de muitos físicos que não aceitavam esta teoria e, portanto, tentaram provar que estava incorreta. Albert Einstein foi, sem dúvida, o físico mais famoso a tentar derrubar a mecânica quântica. Paradoxalmente, ele foi um dos seus fundadores, quando propôs a dualidade onda-partícula da luz. Einstein não gostava da imprevisibilidade trazida ao mundo da física pela função de onda, e para mostrar sua oposição às incertezas do mundo quantico, ele proferiu sua famosa frase: "Deus não joga dados com o Universo".

Entretanto, mecânica quântica sobreviveu a todas as tentativas de refutação. Atualmente, é uma das teorias mais bem testadas da física. Não obstante, um dos fenômenos mais
relevantes da mecânica quântica, a sobreposição quântica, continua cercado de perguntaas que ninguém consegue responder - como demonstrado pelo paradoxo de Schrödinger (o gato de Schrödinger) Agora, entretanto, discutiremos um outro paradoxo bem conhecido dentro da mecânica quântica - o paradoxo EPR.

O paradoxo EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) é um experimento imaginário no qual três cientistas proeminentes (Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen) buscam demonstrar a incompletude da mecânica quântica. Digamos que tenhamos criado um par de partículas entrelaçadas uma à outra, e imediatamente as isolamos dos seus arredores, de modo que a função de onda do par não entre em colapso. Então, uma das partículas é transportada para a Lua, e a outra é deixada aqui na Terra. A mecânica quântica estabelece que, se alguém observar uma das partículas (a que ficou na Terra, por exemplo), a função de onda de ambas as partículas entra em colapso imediatamente. Isto significa que a partícula que se encontra na Lua sabe, no mesmo momento, que a particula na Terra foi observada.

Porém, os criadores do paradoxo EPR não gostaram dessa "ação assustadora à distância" (nas palavras do próprio Einstein), já que eles pensaram que isso contradizia a teoria da relatividade do próprio Einstein. De acordo com a relatividade especial, nenhuma informação pode viajar pelo espaço mais rápido que a velocidade da luz. Esta regra é fundamental para a teoria da relatividade, e coisas estranhas começariam a acontecer se ela fosse violada se alguma informação viajasse mais rápido que a velocidade da luz, para alguns observadores ela pareceria chegar ao seu destino antes mesmo de ter sido enviada!

O fato de que o entrelaçamento quântico aparentemente viola esta regra fez com que os autores do paradoxo EPR pensassem que a mecânica quântica estava errada. Ao invés das incertezas do mundo quântico, eles propuseram as chamadas variáveis ocultas. Einstein assumiu que partículas entrelaçadas sempre "entram em acordo" previamente em relação ao estado que cada uma delas vai assumir, o que eliminaria a indesejada "ação assustadora à distância". Se esta hipótese fosse verdade, isso significaria que os princípios básicos da mecânica quântica, como o entrelaçamento quântico ou a sobreposição quântica, seriam meras ilusões.

Poucos anos depois, o físico John Stewart Bell veio com um experimento relativamente complexo que poderia provar se as partículas de fato de se comunicavam a uma velocidade superior à da luz, ou se as variáveis ocultas realmente existiam, como proposto por Einstein. Este experimento incluía a medição do spin das partículas entrelaçadas em várias direções, por dois dispositivos de medição. Para a felicidade dos físicos que defendiam a mecânica quântica, o experimento confirmou que nenhuma teoria envolvendo variáveis ocultas poderia substituir a mecânica quântica - os autores do paradoxo EPR estavam errados.

Por outro lado, se o entrelaçamento quânticoé real, como poderíamos explicar a aparente contradição com a relatividade especial? A resposta é que na verdade é impossível transmitir informação através de partículas entrelaçadas, já que o entrelaçamento é baseado unicamente em probabilidade.

Digamos que tenhamos um par de fótons entrelaçados, com spins opostos, que desejamos utilizar para transmitir informação a uma velocidade maior que a da luz. Nós combinamos com o receptor da nossa mensagem como esta mensagem seria codificada - a um dos spins atribuiríamos o valor SIM (1), e ao outro spin atribuiríamos o valor NÃO (0). Então separamos os fótons mantemos um conosco e enviamos o outro ao nosso receptor. Caso o nosso fóton seja observado, a função combinada de ambos os fótons entra em colapso e a mensagem é automaticamente enviada. Digamos que queiramos que o fóton do nosso receptor mostre a mensagem SIM, o que significa que precisamos influenciar o spin do nosso próprio fóton (que neste caso deve ter o valor NÃO, já que os spins são opostos). O problema é que, na verdade, não há meios de determinarmos o spin do nosso próprio fóton - lembre-se que o colapso da função de onda é totalmente aleatório. Isto significa, basicamente, que se enviarmos a mensagem, o receptor tem 50% de chance de receber o valor SIM, e 50% de chance de receber o valor NÃO. Obviamente, tal comunicação não seria nem um pouco eficiente.