Introdução à Física Quântica - Conceitos Básicos

 

Introdução à Física Quântica, pequeno vídeo com os professores 

Eliane Xavier e Márcio Bettega 

Conceitos básicos. Vale a pena assistir!
Salto Quântico, Colapso da onda de possibilidades, Emaranhamento Quântico, Princípio da Incerteza e mais...

Produção Luiza Barone, TV UFPR

 

Para assistir ao vídeo clique abaixo: 

 

Física Quântica - TV UFPR 

Ciência e Espiritualidade

 

Os Tipos de Mente e o Salto Quântico

 

Nossa mente pode operar em faixa 1, 2, 3 e 4, conforme nosso nível de consciência. Podemos aqui usar a física quântica e fazer uma analogia com as órbitas quantizadas dos elétrons, associando os diferentes níveis de energia aos níveis de consciência.

Niels Bohr em 1913 utilizou a ideia de Planck, da quantização da energia, para criar um modelo atômico onde as orbitas dos elétrons dentro do átomo são quantizadas. Bohr postulou que os elétrons orbitam o núcleo atômico em órbitas definidas, ou seja, os elétrons estariam em apenas algumas regiões permitidas, e não aleatoriamente em "qualquer lugar" ao redor do núcleo.

Desta forma os elétrons serão encontrados sempre em algumas destas órbitas. Como na figura abaixo, o elétron pode estar na órbita K, L, M... e assim por diante, mas nunca no espaço entre elas.

figura 1 - Modelo de Bohr para o átomo

O elétron pode mudar de uma órbita para outra, recebendo ou emitindo um quantum (pacotinho) de energia. Se ele absorve um quantum de energia ele desaparece da órbita L, por exemplo na figura 1, e aparece na órbita M. Este salto representa uma descontinuidade, pois o elétron não faz uma trajetória, ele não passa pelo espaço entre as duas órbitas. Ele simplesmente desparece de uma órbita e aparece na outra. O outro exemplo que podemos ver na figura 1 é o do elétron passando da órbita M (mais externa) para a órbita L (mais interna). Para isso ele emite um quantum de energia, passando assim de uma órbita mais energética para uma órbita menos energética. Quanto mais próxima do núcleo for a órbita menor é a energia do elétron associado a ela.

No Budismo, o Lama Padma Samten nos ensina que a mente pode operar em 4 faixas. Podemos fazer uma analogia destas faixas com as órbitas do átomo de Bohr.

A mente que opera em faixa 1 é aquela mente que apenas responde automaticamente aos impulsos externos. Age de forma responsiva, ou seja, totalmente no automatismo e no condicionamento, respondendo de forma imediata.
A mente em faixa 2 ainda é uma mente que responde dentro do condicionamento, mas é uma mente que consegue traçar um pouco de estratégia.
Para ilustrar vamos tomar como exemplo um jovem universitário que tem uma prova de manhã cedo no dia seguinte, e recebe o telefonema de um colega convidando-o para sair para a balada. Se ele está operando em faixa 1 ele nem pensa, sai imediatamente para a balada "se esquecendo" da prova no dia seguinte. Com a mente operando em faixa 2 o jovem pode deixar a balada para um outro dia, já que tem a prova no dia seguinte. É importante ressaltar que nestes dois casos (faixa 1 e faixa 2) a mente está apenas lidando com os aspectos externos do mundo, respondendo ao que surge.

Na mente em faixa 3 existe um "ganho de energia" maior. A consciência dará um salto quântico mais amplo, pois a mente que opera nesta faixa é a mente que percebe o mundo interno. Nesta etapa do desenvolvimento de nossa consciência passamos a perceber que existe um mundo interno que não é separado do mundo externo. Percebemos que nosso mundo interno dá significado aos acontecimentos externos, e que desta forma podemos alterar situações que surgem em nossa vida alterando o significado que atribuímos a elas. Podemos ver como exemplo, situações que aconteceram em nossa vida há anos atrás, que na época víamos como coisas ruins e hoje vemos como coisas boas, ou vice-versa. O fato em si continua o mesmo, não mudou, mas com o passar do tempo mudamos o significado que nosso mundo interno dá ao fato. Neste momento percebemos que nossa mente cria o que chamamos de "paisagem", que todo fato que observamos está dentro de uma determinada paisagem criada pela nossa mente. Descobrimos então que nossa mente tem essa mobilidade, esta capacidade de mudar de paisagem contornando assim vários obstáculos que poderiam nos trazer muito sofrimento.

figura 2 - Faixas 1, 2 e 3 de operação da mente.

 

 

Finalmente temos a mente que opera em faixa 4. A faixa 4 já não estaria representada nas órbitas do átomo, pois esta faixa já representaria uma mente que transcendeu. Na faixa 3 percebemos que temos esta liberdade de mudar de um tipo de paisagem para outro. Desta forma percebemos uma Natureza Livre da mente. Percebemos que existe uma Natureza que está além das paisagens da mente, que está conectada a esta Liberdade Criadora. A mente totalmente livre dos carmas e condicionamentos opera em faixa 4.

Podemos ainda fazer uma analogia do núcleo atômico com a identidade (ou ego limitante). Quanto menor é o nível de energia mais próximo do núcleo o elétron estará. Ao ganhar energia o elétron se afasta do núcleo até que se libera do átomo. Assim seria também com a consciência, que se amplia e se afasta da identificação com o ego, operando em faixas de maiores níveis de energia, até a liberação total.



Bibliografia:

Física Quântica - Eisberg / Resnick
A Mandala do Lotus - Lama Padma Samten

Introdução a Física Quântica para o Público Leigo

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O objetivo deste curso é introduzir de forma didática e clara os conceitos da Física Quântica para o público leigo. Para entender a Física Quântica precisamos nos familiarizar com conceitos estranhos ao nosso senso comum, como Incerteza, Onda de Probabilidades, Dualidades, entre outros. Por isso a importância deste diálogo onde poderemos colocar as dúvidas e realmente absorvermos um pouco de todo este novo e importante conhecimento científico.

Não há pré-requisitos para a participação. O curso é aberto para pessoas de qualquer área de trabalho/estudo.

Tópicos:

1)     A física de partículas:

-          Partículas fundamentais

-          Partículas transportadoras de forças

-          Antimatéria

-          Bóson de Higgs (a partícula de Deus)

2)      Conceitos básicos de física quantica:

- O quantum

-          Dualidade onda-partícula

-          Colapso da função de onda

-          O papel do Observador

-          Princípios da Incerteza e da Complementariedade

Eliane Xavier é mestre em Física Teórica na área de Física Quântica pela UFPR, especialista em Ensino de Física pela UFRJ e pesquisadora do grupo “Física e Humanidades” do CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas). Atualmente ministra aulas em vários cursos de Pós-Graduação promovendo a interdisciplinaridade da Física Quântica com outras áreas de Estudo e Pesquisa.

Local: Edifício Biocentro – Sala de Convenções

Rua Padre Anchieta 1846, Champagnat. Curitiba.

Data e Horário: 30 de outubro, quarta-feira, das 19: 30 às 22h.

 

Inscrições e informações com Cristiane pelo cel (TIM): 41 – 9716-2522 ou pelo e-mail fisicaquantica@uol.com.br

 

Investimento: R$ 60,00

 

Bóson de Higgs

Indico a entrevista do Físico Rogério Rosenfeld, do IFT (Instituto de Física Teórica) falando sobre o Bóson de Higgs (popularmente conhecida como Partícula de Deus) e outros assuntos. Excelente participação, considerando que o tema é super complexo e que nesta área científica não temos respostas simples e exatas. Deixo meu agradecimento pela divulgação científica.

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Física Quântica, Múltiplas Dimensões e Universos Paralelos no Rio de Janeiro

 

A ciência hoje nos diz que o mundo é algo fascinante e misterioso, além do que jamais poderíamos imaginar. Nós, como observadores estamos a todo momento participando e influenciando esta realidade que nos cerca. Assim, o intuito deste curso é mostrar como os conceitos da física moderna podem influenciar no cotidiano e modificar as nossas vidas de modo profundo. Também aborda a conciliação entre física quântica, espiritualidade, estudos sobre a consciência e universos paralelos.

Não há pré-requisitos para a participação. O curso é aberto para pessoas de qualquer área de trabalho/estudo.

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Veja abaixo os temas explorados:
1) A física de partículas
- Partículas fundamentais
- Partículas transportadoras de força
- Antimatéria
- Bóson de Higgs (a partícula de Deus)

2) Conceitos básicos da física quântica
- Dualidade onda-partícula
- Colapso da função de onda
- O papel do Observador
- Princípios da Incerteza e da Complementariedade

3) Teoria das Cordas e Teoria M.
- O sonho de Einstein - A Teoria de Tudo
- As múltiplas dimensões
- Entendendo a quinta dimensão

4) Teoria M.
- Como a nossa consciência nos leva aos Universos Paralelos

5) Física Quântica, espiritualidade e consciência
- A natureza do mundo material
- A mente quântica
- A onipresença do elétron

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Sobre a palestrante

Eliane Xavier é mestre em Física Teórica na área de Física Quântica pela UFPR e especialista em Ensino de Física pela UFRJ. Também é pesquisadora do grupo “Física e Humanidades” do CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), no Rio de Janeiro. Praticante budista desde 2004, desenvolveu o curso de Física Quântica para o público leigo ao perceber a importante mudança de paradigma que esta nova área da ciência está trazendo.

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Data:

04 e 05 de outubro de 2013

Horários:
04 (sexta): 19:30 às 22h
05 (sábado): 9h às 18h

Local: Centro de Estudos Budistas
Rua Correa Dutra 149, sala 202, Catete, Rio de Janeiro

Informações com Cristiane pelo cel (TIM) 41- 9716-2522 ou pelo e-mail fisicaquantica@uol.com.br



 

Sobre gatos, fótons e mundos estranhos

 Olá colegas do blog,

Muito boa esta pesquisa da FAPESP! E vamos tentando entender o mundo quântico! Como e quando o mundo quântico vira clássico??

Abraços,

Eliane

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Para entender transição do mundo quântico para o clássico, físicos brasileiros medem troca de informação entre partículas de luz e o ambiente

RICARDO ZORZETTO | Edição 202 - Dezembro de 2012

© CATARINA BESSELL

Pergunte a um físico de que é feito o Universo e provavelmente ouvirá que tudo, das estrelas aos seres vivos, é formado por partículas atômicas que apresentam um comportamento bastante exótico, descrito à perfeição pelas leis da mecânica quântica. No dia a dia não se notam propriedades estranhas das partículas, como a capacidade de se estar em mais de um lugar do espaço ao mesmo tempo, porque elas interagem com o ambiente ao redor. O meio no qual as partículas se encontram imersas, exatamente por ser muito complexo, absorve essas características quânticas e as dissipa de modo que não podem mais ser recuperadas. Perdidas essas propriedades, os componentes mais elementares da matéria passam a se comportar como qualquer objeto visível a olho nu. Mas em um experimento com partículas de luz realizado meses atrás na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) um grupo de físicos brasileiros demonstrou que nem sempre a informação quântica que chega ao ambiente é perdida para sempre. Ou, ao menos, não imediatamente. Sob condições especiais, parte da informação é retida e talvez possa até ser recuperada. “É como se a interação da partícula com o entorno deixasse uma impressão digital no ambiente”, explica o físico Luiz Davidovich, que, ao lado de Paulo Henrique Souto Ribeiro e Stephen Walborn, coordenou a equipe que conduziu os testes.
Apresentada na edição de 12 de outubro da revista Physical Review Letters, a constatação de que a perda de informação não é completa pode despertar o interesse de físicos e especialistas em teoria da informação por dois motivos. O primeiro é de ordem prática. Como a informação não se esvai completamente, nem de uma só vez, pode se tornar um pouco mais simples construir sistemas mais estáveis, que permitam usá-la para realizar cálculos, caso dos computadores quânticos, ou para transmiti-la com segurança, por meio da criptografia quântica. É que o funcionamento desses sistemas depende diretamente das propriedades quânticas das partículas, razão por que os protótipos já produzidos – até mesmo o que parece ser o primeiro computador quântico comercial, construído pela empresa canadense D-Wave Systems (ver Pesquisa FAPESP nº 193) – precisam ser mantidos a temperaturas baixíssimas e isolados o máximo possível da influência do ambiente que os cerca.
Já o segundo motivo é de ordem teórica – e até filosófica. Conhecer melhor como as partículas atômicas interagem com o meio pode contribuir para estabelecer os limites (de tamanho, massa ou energia) que separam o mundo clássico do quântico. Em outras palavras, saber até que ponto valem as leis da mecânica quântica. Essa, a propósito, é uma questão tão perturbadora quanto antiga. Segundo os físicos, nada nessa teoria que começou a ser formulada há pouco mais de um século indica haver esse limite. Desse modo, se as partículas individualmente apresentam características quânticas, provadas e comprovadas pelos experimentos já realizados, tudo o que é feito de partículas (plantas, animais, planetas e estrelas) também deveria ter um comportamento quântico, como o do gato simultaneamente vivo e morto do experimento mental de Erwin Schroedinger.
Em 1926 esse físico austríaco formulou uma equação em que as partículas eram tratadas como ondas. Segundo seu colega alemão Max Born, as ondas indicavam a probabilidade de uma partícula ser encontrada em uma região do espaço-tempo. Incomodado com certas interpretações muitas vezes associadas a essa distribuição de possibilidades – que atribuíam, por exemplo, a incerteza sobre a posição de uma partícula à ignorância do observador, mas não a uma propriedade objetiva da partícula –, Schroedinger tentou demonstrar as consequências absurdas que poderiam decorrer. Para exemplificar a estranheza dos resultados, Schroedinger sugeriu em 1935 que se imaginasse o que aconteceria com um gato colocado em uma caixa hermeticamente fechada contendo um punhado de material radioativo, um detector de radiação, um martelo e um recipiente de vidro com um gás letal. Quando decai, a partícula libera radiação e aciona o detector, que, por sua vez, ativa o mecanismo que faz o martelo quebrar o frasco de veneno. Como consequência, o gato morre.
A complicação viria a seguir. Supondo que houvesse uma probabilidade de 50% de uma partícula decair a cada hora, haveria uma probabilidade igual (também de 50%) de o gato estar vivo ou estar morto passados 60 minutos do início do experimento. Segundo Schroedinger, o caráter probabilístico da física quântica daria margem a uma interpretação de que, ao fim do teste, o gato não estaria nem vivo nem morto, mas em uma combinação das duas condições (morto e vivo) ao mesmo tempo – os físicos chamam essa situação contraintuitiva de superposição de estados, possível apenas no mundo quântico. Com essa situação absurda, Schroedinger pretendia mostrar que era necessário interpretar com cuidado a mecânica quântica que ele havia ajudado a formular.
Nesses quase 80 anos não se encontraram furos na teoria que permitissem desfazer esse aparente paradoxo. A mecânica quântica é considerada uma das teorias mais testadas e bem-sucedidas da física, capaz de predizer os fenômenos com uma precisão jamais vista antes. Juntas, ela e a teoria da relatividade geral, formulada por Einstein, são os pilares da física moderna. “Há consenso entre os físicos de que o mundo é quântico”, comenta George Matsas, físico teórico da Universidade Estadual Paulista (Unesp). “Mas não se sabe como recuperar o mundo clássico a partir de uma descrição puramente quântica.” Ao menos, não de modo que a solução não pareça mágica aos olhos de um leigo.
À medida que a sofisticação da mecânica quântica fazia esvanecer a conexão entre o mundo das partículas e a realidade acessível às pessoas, diversas tentativas de reconciliação foram propostas. Logo que surgiu o paradoxo, o próprio Born teria afirmado que o impasse desapareceria ao abrir a caixa: o mero ato de observar eliminaria a superposição de estados e o gato se revelaria simplesmente morto ou vivo. Outras ideias se seguiriam. A explicação mais aceita de por que não se observam propriedades quânticas em objetos macroscópicos foi apresentada pelo físico alemão Heiz-Dieter Zeh no início dos anos 1970. Ele teria observado que os sistemas macroscópicos que compõem o mundo clássico, regido pelas leis da física de Newton, jamais estão isolados do ambiente, com o qual interagem continuamente. Assim, esses sistemas não poderiam ser descritos pelas equações de Schroedinger, aplicáveis somente a sistemas fechados. A consequência dessa conclusão foi verificada tempos mais tarde por Wojciech Zurek, físico polonês do Los Alamos National Laboratory (LANL), nos Estados Unidos. Nessa interação, a informação do sistema quântico escapa para o ambiente por meio de um fenômeno que Zurek chamou de decoerência.

© CATARINA BESSELL

Para entender o que é a perda de coerência, primeiro é preciso saber o que é coerência, uma propriedade das ondas, como as que se propagam quando uma pedra é atirada na água ou uma corda é agitada. Um teste clássico da física, o experimento da fenda dupla, que o inglês Thomas Young usou há mais de 200 anos para investigar se a luz é composta de ondas ou partículas – a mecânica quântica mostraria que é simultaneamente ambas –, pode ajudar na compreensão. Uma forma de fazer o experimento é acender uma luz monocromática diante de duas placas. Na primeira, mais próxima da lâmpada, são feitas duas fendas paralelas que permitem parte da luz passar e iluminar a segunda placa, um pouco mais distante. Por ter natureza ondulatória, assim como as ondas da superfície de um lago, a luz ao atravessar o primeiro anteparo se recombina como se em cada fenda houvesse uma fonte de luz. Quando a crista de uma onda encontra a de outra, elas se somam gerando uma crista mais alta – o mesmo acontece quando dois vales se encontram. Já quando uma crista coincide com um vale, há um efeito destrutivo e eles se anulam. A combinação de cristas e vales produz faixas iluminadas e escuras que se intercalam no segundo anteparo – é o que os físicos chamam de padrão ou franja de interferência. “Coerência é a propriedade que os sistemas têm de produzir esse padrão de interferência”, explica Davidovich.
No século passado, porém, os físicos descobriram que o que acontece com as ondas também ocorre com átomos ou partículas atômicas, como os elétrons. Lançados um a um aleatoriamente contra o primeiro anteparo, os átomos produzem um padrão de interferência semelhante ao da luz. Para a mecânica quântica, isso só se explica se cada átomo passar simultaneamente pelas duas fendas. Quando o que se deseja observar é o padrão de interferência que se forma na segunda placa, o experimento funciona como a caixa lacrada com o gato de Schroedinger. Diversos experimentos já demonstraram que, quando se usa qualquer tipo de detector para tentar saber por qual das duas fendas a partícula de fato passou, a resposta é sempre única: a partícula passa pela fenda da direita ou da esquerda. Quando esse tipo de medição é feita, porém, a franja de interferência desaparece do segundo anteparo e, portanto, perde-se a coerência. Na analogia com o experimento do gato, o uso do detector nas fendas corresponde a abrir a caixa.
Os físicos entendem essa segunda medição – ou a abertura da caixa para espiar o gato – como sendo a interação do sistema com o ambiente. Antes isolado, o sistema mantinha um comportamento quântico. Nesse estado, o fóton ou o elétron, por exemplo, podia passar pelas duas fendas ao mesmo tempo. Quando a coerência se desfaz, essa capacidade some e as partículas passam a exibir comportamento clássico (atravessam uma das duas). Nessa transição para o mundo clássico, perde-se informação quântica, como a que permitia a partícula estar em dois lugares ao mesmo tempo – ou o gato de Schroedinger morto e vivo. “Não há como reproduzir o mundo clássico sem perder informação do mundo quântico”, comenta Matsas.
Para Zurek, a decoerência ocorre porque o ambiente faz medições sobre os sistemas quânticos o tempo todo. Assim como a tentativa de descobrir por qual fenda passou o elétron, essas medições eliminam informações ou estados quânticos mais frágeis e deixam apenas os mais estáveis, que são os que se percebem no mundo clássico. Zurek deu o nome de darwinismo quântico a essa destruição seletiva de informação.
Em um artigo publicado em 2002 na Los Alamos Science, revista de divulgação do LANL dedicada a abordar temas da fronteira da ciência, Zurek escreveu: “Uma forma de compreender a existência objetiva induzida pelo ambiente é reconhecer que os observadores – em especial, os humanos – não medem nada diretamente. Em vez disso, a maior parte dos dados que obtemos sobre o Universo é adquirida quando as informações sobre os sistemas que nos interessam são interceptadas pelo ambiente”.
Complicado? Muitos físicos também acham. O próprio Einstein não se sentia confortável com muitas das interpretações que a mecânica quântica oferecia sobre o mundo. Certa vez caminhando pelos jardins da Universidade Princeton com seu biógrafo, o físico e historiador da ciência Abraham Pais, Einstein teria comentado algo como: “Você acredita mesmo que a Lua só está lá quando olhamos para ela?”. No livro Introducing quantum theory – A graphic guide, o escritor Joseph P. McEvoy relata que em dezembro de 2000 o físico norte-americano John Wheeler, estudioso da mecânica quântica que trabalhou com um dos expoentes na área, o dinamarquês Niels Bohr, e ajudou a desenvolver as bombas atômica e de hidrogênio, lhe escreveu por ocasião do 100^o aniversário da descoberta do quantum. Em 1900, o físico alemão Max Planck chegou a uma conclusão que levaria ao desenvolvimento de toda a mecânica quântica. Planck verificou que na natureza a energia era trocada entre átomos e a radiação em quantidades discretas (pacotes) que ele chamou de quanta, plural de quantum. No texto a McEvoy, Wheeler dizia: “Para celebrar, eu proporia o título: ‘O Quantum: a Glória e a Vergonha’. Por que glória? Porque não há área da física que o quantum não tenha iluminado. A vergonha porque ainda não sabemos ‘por que razão o quantum?’”.
No mundo macroscópico, fótons como os vindos das estrelas – e são muitos os fótons que, por exemplo, chegam à Terra – estão colidindo o tempo todo com os objetos. “É como se fizessem medições que destroem a informação quântica e nos permitem ver o mundo como clássico”, diz Davidovich, que há quase três décadas investiga os fenômenos complexos da mecânica quântica. Entre eles, a perda de coerência, que determina a passagem do mundo quântico para o clássico.
Até hoje não se observou um limite de tamanho, massa ou energia que estabeleça uma espécie de fronteira entre um mundo e outro. Em um encontro que reuniu os grandes físicos do mundo em 1927, Niels Bohr propôs que essa fronteira variaria de um sistema para outro. Na Áustria anos atrás a equipe do físico Anton Zeillinger demonstrou que moléculas de fulereno, formadas por 60 átomos de carbono e com estrutura semelhante à de uma bola de futebol, mantêm um comportamento quântico (como onda e partícula) no teste da fenda dupla. O grupo já anunciou que planeja repetir o teste com vírus, bem maiores.

© CATARINA BESSELL

Embora não se conheçam esses limites, os físicos hoje têm uma ideia mais precisa dos fatores que influenciam essa transição. Quando foi para o laboratório do físico francês Serge Haroche na École Normale Supériere, em Paris, em 1986, Luiz Davidovich começou a investigar essa questão. Com a equipe da França, ele e o colega brasileiro Nicim Zagury, também da UFRJ, começaram a planejar um sistema que permitisse simular a medição que o ambiente faz sobre os sistemas quânticos. Dez anos mais tarde, Davidovich publicou com seus colegas franceses um artigo na Physical Review A detalhando como o sistema poderia ser construído de modo a medir a informação do sistema quântico e acompanhar sua transformação em clássico devido ao efeito do ambiente. A ideia era aprisionar fótons de uma luz muito pouco energética (na frequência das micro-ondas) que se encontram em superposição de estados no interior de uma cavidade feita com espelhos especiais – essa superposição é análoga a ter uma cavidade “acesa”, com fótons, e “apagada”, sem fótons, ao mesmo tempo – e em seguida fazer um átomo atravessá-la. Quando passa pela cavidade, o átomo altera a energia dos fótons, que, por sua vez, alteram o nível de energia do átomo. Ao avaliar o átomo que saiu da cavidade, os pesquisadores conseguiriam conhecer as características dos fótons aprisionados – se estavam ou não em uma superposição de estados. Segundo Davidovich, nesse experimento, realizado no mesmo ano em que foi publicado o artigo na Physical Review A, o átomo, que é transparente à luz aprisionada, funciona como uma espécie de “ratinho quântico” que os pesquisadores enviam para a caixa do gato de Schroedinger. “É uma forma de espiar o gato sem abrir a caixa”, diz Davidovich. “Dependendo de como sai o rato quântico, podemos saber se o gato estava ou não em uma superposição de dois estados – morto e vivo”, explica.
Esse experimento demonstrou que o tempo em que ocorre a perda de informação quântica – ou tempo de decoerência – é inversamente proporcional ao número de fótons aprisionados na cavidade e integrou uma série de trabalhos que conferiu a Haroche o Prêmio Nobel de Física de 2012 (honraria dividida com o americano David Wineland, da Universidade do Colorado, também pesquisador dessa área). Essa relação que encontraram explica por que não se observam objetos macroscópicos em mais de um lugar ao mesmo tempo. Como são feitos por um número muito elevado de partículas, esses objetos perdem suas características quânticas num tempo absurdamente curto.
Anos atrás Wojciech Zurek demonstrou que à medida que o sistema quântico interage com o meio que o envolve e perde informação – ou seja, sofre decoerência –, registros dessa informação ficam no ambiente. Agora, no estudo da Physical Review Letters, Davidovich e os físicos Souto Ribeiro, Walborn, Osvaldo Jimenez Farias, Gabriel Aguillar e Andrea Valdéz-Hernández mostraram em um experimento com fótons que o mesmo ocorre com uma propriedade fundamental para a computação e a criptografia quânticos chamada emaranhamento. O emaranhamento ou entrelaçamento é um elo quântico que partículas (ou conjunto de partículas) mantêm entre si, mesmo quando distantes umas das outras. Essa conexão, tão intensa quanto frágil, é tal que as modificações sofridas por algumas das partículas refletem nas outras (ver Pesquisa FAPESP n^os 102, 123 e 136).
Usando um feixe de laser que incide sobre uma série de cristais e filtros, o grupo da UFRJ conseguiu observar o que ocorre com o entrelaçamento num ambiente bem simples – extremamente mais simples do que o ambiente em que vivemos – sobre o qual tinham completo controle e podiam realizar medições e saber quanto de informação foi perdida por decoerência. “Talvez esse seja o único sistema físico em que se consegue medir completamente o estado do ambiente”, conta Souto Ribeiro.
Ao atravessar o primeiro cristal, o feixe de laser contendo trilhões e trilhões de fótons gera apenas um par de fótons entrelaçados – no caso, os pesquisadores entrelaçaram o plano de vibração da luz, a polarização, que podia ser vertical ou horizontal. Após essa primeira etapa, cada um dos fótons segue um caminho distinto rumo ao detector. Antes que a medição da polarização seja conferida no final do percurso, um dos fótons passa por outra série de cristais e filtros e ganha mais um tipo de informação, codificada no caminho que percorreria em seguida (direita ou esquerda). É como se os fótons tivessem interagido com o ambiente externo ao sistema e transmitido para ele parte da informação. Na analogia com o gato de Schroedinger, essa transferência de informação seria o equivalente a moléculas de odor escaparem da caixa indicando se o gato está morto ou ainda vive.
Os físicos observaram que o entrelaçamento inicial entre a polarização dos dois fótons começou a desaparecer depois da interação com o ambiente. Mas, em alguns casos, surgiu no final uma forma distinta de emaranhamento, em que os dois fótons se apresentavam emaranhados com o ambiente. Segundo os pesquisadores, ao conhecer a parte da informação que é perdida para o ambiente, talvez seja possível recuperá-la. “Ainda não fizemos isso, mas vimos que é possível”, afirma Davidovich.
“Nossa ideia é tentar entender o emaranhamento como sendo uma grandeza física qualquer, como a energia ou a velocidade, para tentarmos estabelecer leis de evolução dessa quantidade”, diz Souto Ribeiro, que coordenou, com o colega Walborn e Amir Caldeira e Marcos Oliveira, da Unicamp, outro estudo publicado em novembro na Physical Review Letters mostrando que aqueles estados mais estáveis previstos por Zurek podem se tornar evidentes antes mesmo que o sistema se torne clássico.
Para Souto Ribeiro, o fato de ter funcionado em um ambiente simples indica que também deve dar certo com ambientes mais complexos, uma vez que as equações que descrevem a interação com ambientes simples são exatamente as mesmas que descrevem com os complexos, nos quais é difícil realizar medições. Davidovich considera que ele e seus colaboradores apenas começaram a trilhar um caminho novo. “O experimento que fizemos nos dá apenas informação parcial sobre o que acontece porque o objeto está longe de ser considerado macroscópico”, explica. “Gostaria de estudar as impressões digitais que objetos macroscópicos deixam no ambiente.” O próximo passo deve ser explorar, do ponto de vista teórico, o que ocorreria nesse caso. “Planejar um experimento para observar isso”, diz, “seria extremamente difícil”.
Artigos científicos
FARIAS, O.J. et al. Observation of the emergence of multipartite entanglement between a bipartite system and its environment. Physical Review Letters. 12 out. 2012.
CORNELIO, M.F. et al. Emergence of the pointer basis through the dynamics of correlations. Physical Review Letters. 9 nov. 2012

fonte: http://revistapesquisa.fapesp.br/2012/12/10/sobre-gatos-fotons-e-mundos-estranhos/

Física Quântica para todos (11) - O Multiverso Quântico

O Multiverso Quântico

O físico Brian Greene e uma ilustração de suas infinitas possibilidades acontecendo todas ao mesmo tempo em Universos Paralelos.

O problema da medida na Física Quântica é um de seus pontos cruciais e ainda não completamente entendido pelos físicos. O que é a medida na física quântica? Consideramos o ato de medir como o próprio ato de observar. Por exemplo, já vimos nos posts anteriores (http://sabedoriaquantica.blogspot.com.br/2012/02/fisica-quantica-para-todos-5.html; http://sabedoriaquantica.blogspot.com.br/2012/02/fisica-quantica-para-todos-4.html; http://sabedoriaquantica.blogspot.com.br/2011/12/fisica-quantica-para-todos-3.html) que o elétron é uma dualidade onda-partícula. O que significa isso? Significa que o elétron pode ser observado (ou medido) como uma onda ou como uma partícula, dependendo do tipo de experimento que montamos para fazer esta observação. Se montarmos o experimento da fenda dupla (quando lançamos um feixe de elétrons contra um anteparo com duas fendas paralelas) veremos que o elétron se divide e passa pelas duas fendas ao mesmo tempo, se comportando assim como uma onda! Se, por outro lado, montarmos o experimento chamado efeito fotoelétrico ( efeito que acontece ao lançarmos um feixe de luz sobre uma placa de metal), observaremos o elétron se comportando como uma partícula que pula da placa de metal ao receber os fótons de luz. Mas tem um aspecto mais estranho ainda no problema da medida em Física Quântica. Antes que a medida seja realizada dizemos que a partícula se encontra em um estado de superposição de todas as possibilidades dos resultados de medidas ao mesmo tempo. No momento de nossa medição esta onda de probabilidades se colapsa em um único resultado. Por exemplo, queremos medir o valor do spin de uma determinada partícula. Antes de efetuarmos a medida já sabemos que no caso do elétron podemos ter como resultado, (simplificadamente), os valores ½ ou -1/2. Antes da medida estes valores seguem “juntos”, numa onda de probabilidades, com 50% de chance que eu obtenha o valor ½ (positivo) e 50% de chance que eu obtenha o valor -1/2 (negativo).
 

Chegando ao tema do multiverso, o que temos hoje na Física Quântica são algumas linhas de raciocínio, algumas interpretações diferentes do que significa e do que acontece neste momento do colapso da onda de possibilidades (ou probabilidades). A  interpretação adotada atualmente pela comunidade científica é a interpretação de Copenhague. Ela diz que no momento da medida temos como resultado apenas uma das possibilidades e todo o restante, as outras possibilidades desaparecem, se aniquilam, ou como o próprio termo diz, se colapsam. 

Voltando ao exemplo do elétron, se no momento da medida, tenho como resultado o valor ½ a outra possibilidade simplesmente desaparece. Temos um resultado e isso é o que importa. O que acontece com as outras possibilidades não interessa para nós nesta abordagem. Todo este assunto introdutório que citei até agora é bastante complexo e recomento ao leitor que ainda não está familiarizado com ele leia os posts anteriores antes de prosseguir.

Os físicos Everett, Wheeler e Grahan, propuseram algo bastante diferente.  Através de cálculos matemáticos consistentes, estes físicos defendem a ideia de que todas as possibilidades ocorrem simultaneamente, só que isso acontece em Universos Paralelos. Como seria isso? Vamos tomar como exemplo o famoso Gato de Shrödinger (veja o post http://sabedoriaquantica.blogspot.com.br/2013/06/fisica-quantica-para-todos-9.html) Este gato hipotético vive em uma caixa fechada que contém um vidro de veneno que tem 50% de chance de ser derramado e matar o pobre gato e 50% de chance de não ser derramado e o gato continuar vivo! Antes de abrir a caixa e observarmos, o gato vive em uma superposição e o estado do gato (por mais estranho que pareça!) é vivo E morto (ao mesmo tempo). Apenas no momento da observação é que teremos um estado definido para o gato, de vivo ou morto.

Segundo a interpretação dos Muitos Mundos de Everett, Grahan e Wheeler (ou dos Universos Paralelos), ao observarmos o gato morto, por exemplo, o gato vivo também continua existindo, só que ele existe em uma outra linha de Universo, em um Universo Paralelo. Esta ideia já foi bastante explorada pelos filmes de Hollywood como, por exemplo, no filme “Efeito Borboleta”. Vemos neste filme todas as realidade existindo simultaneamente e o personagem principal consegue visitar várias situações diferentes dependendo das escolhas que ele faz, ou seja, das observações, processos de medida, colapsos, que ele faz como observador para determinadas situações chave em sua vida.


Voltando ao início de nossa conversa, o ponto crucial é "Como passamos do reino das possibilidades, que existe antes que a medição seja feita, ao resultado único revelado pela medição? Ou então dito de uma maneira mais geral, o que acontece com uma onda de probabilidade durante a medição que permite a conformação de uma realidade familiar, definida e única?"

Deixo para vocês esta pergunta, que é um dos pontos mais intrigantes e instigadores da Física atual!


Para saber mais:
"A Realidade Oculta - Universos Paralelos e as Leis Profundas do Cosmo". - Brian Greene
"Universo Autoconsciente". - Amit Goswami