Ola Cientista,
Apenas para relembrar o texto que coloquei, no passado :
NATURE.COM, 14-02-2007
QUANTUM MECHANICS: THE TRUTH ABOUT REALITY
Gregor Weihs
As esperanças de manter a mecânica quântica 'real' foram varridas por
novas medidas do comportamento quântico de nêutrons. Ao contrário do
que nossas sensibilidades clássicas pedem, o mundo é fundamentalmente
aleatório.
Albert Einstein estava convicto de que "deus não joga dados"; em
outras palavras, ele não poderia aceitar a teoria quântica, com sua
aleatoriedade inerente, como uma descrição fundamental do mundo.
Desenvolvendo o tema em um tabalho posterior com Boris Podolsky e
Nathan Rosen, deu a entender que ele acreditava em uma camada mais
básica de verdade subjacente à mecânica quântica. Isso deveria ser
expresso em 'variáveis ocultas' que reconciliariam a validade
puramente estatística das medidas quânticas com a visão de mundo
clássica e determinista. Em um artigo na Physical Review Letters, Yuji
Hasegawa et al. (2006) dão um novo golpe a esses esforços já
cambaleantes de injetar algum realismo na física quântica.
Dois teoremas desenvolvidos na década de 1960 impuseram sérias
limitações às tentativas de completar a física quântica como Einstein
queria. Na primeira, John Bell demonstrou que as teorias de variáveis
locais, que não permitem nenhuma influência remota, não poderia
explicar certas observações quânticas. Na segunda, Simon Kochen e
Ernst Specker provaram independentemente que as variáveis ocultas mais
gerais, chamadas não-contextuais, também não eram viáveis. Muitos
experimentos desde então têm usado o teorema de Bell para invalidar
variáveis ocultas locais. Muito menos trabalhos foram feitos no
teorema Kochen–Specker, especialmente para outras partículas além dos
fótons.
Nêutrons são cobaias convenientes para esse tipo de experimentos
delicados necessários para investigar esses aspectos da física
quântica: acima de tudo, eles não possuem carga, o que torna mais
fácil de se observar os efeitos envolvidos. O princialmente deles são
os efeitos de spin, a propriedade da partícula que a faz tender a se
alinhar a um campo magnético. A física quântica nos diz que o spin é
quantizado: se ele for medido ao longo de uma dada direção, ele irá
apontar para um sentido ou para outro, mas nunca em uma direção
intermediária. Além disso, se o spin for medido na direção vertical
(z) e for para cima, uma medição subseqüente na direção horizontal (x)
dará, aleatoriamente, para a direita ou para a esquerda. De modo
simlar, se x for medido antes, o valor de z será aleatório.
Esse tipo de aleatoriedade que não era do gosto de físicos como
Einstein. Variáveis ocultas deveriam permitir que os resultados das
medidas de z e de x pudessem ser determinadas simultaneamente. Em
total contraste, a física quântica simplesmente diz que os componentes
z e x do spin não podem ser quantificados ao mesmo tempo. É, na
verdade, uma questão de princípio que ambas as medidas exijam
experimentos diferentes.
Outras características, como a posição do nêutron, podem ser medidas
ao mesmo tempo que o spin. Os procedimentos para medir a posição e o
spin não se interferem mutuamente e as medidas são ditas compatíveis.
Assim é natural querer que qualquer variável oculta introduzida para
explicar as medidas dos componentes do spin também expliquem os
resultados das medidas simultâneas do spin e da posição: o valor
governado pela variável oculta do spin não deve depender de uma medida
específica da posição e vice versa. Essa condição é chamada de
não-contextualidade: que o resultado gerado por qualquer variável
oculta não deve diferir segundo qualquer outra medida compatível
realizada ao mesmo tempo.
Mas parece que, como sempre, a teoria quântica quer ter a última
palavra: ela obstinadamente recusa a admitir variáveis ocultas mesmo
nessas condições aparentemente inocentes. Acontece que os nêutrons
podem ser preparados de tal modo que as medidas de spin e de posição,
embora ainda nominalmente independentes, sejam tão fortemente
correlacionadas que as variáveis ocultas não-contextuais não são
capazes de explicá-las. Sem surpresas para os que conhecem as
esquisitices quânticas, o emaranhamento - o holismo misterioso no qual
o estado de um objeto quântico é ligado ao estado de um segundo objeto
separado - é a chave para esse truque.
O fato de que variáveis ocultas não-contextuais não conseguem explicar
a correlação spin-posição de nêutrons emaranhados é uma variante do
teorema Kochen–Specker. Por muito tempo, pensou-se que fosse
intestável porque, em sua forma original, requeria medições
infinitamente precisas. Com um tratamento estatístico, no entanto, uma
inequação pode ser derivada que restringe as predições para os
resultados das medições feitas por qualquer modelo de variáveis
ocultas não-contextuais.
Com essa teoria à mão, Hasegawa et al. passaram um feixe de nêutrons
através de um inferômetro especialmente projetado que dividia os
nêutrons que chegavam em dois feixes com estados opostos de spin. O
caminho que um nêutron em particular toma se torna emaranhado com seu
spin. Os caminhos são recombinados após o nêutro passar por um
alterador de fase (induzindo a um lapso variável) e o nêutron deixa o
interferômetro atravpes de um de duas portas de saída, dependendo da
alteração de fase. O resultado final é que se pode medir a posição do
nêutron - a porta pelo qual ele sai - bem como seu spin ao longo de
uma de duas direções ortogonais.
As medições da porta de saída para duas alterações de fase seguem a
mesma regra das medições do spin z e x. Não se pode medir ambos
simultaneamente, a segunda medida irá mostrar aleatoriamente o nêutron
em um das duas portas. Por analogia, podemos chamar de medições de
porta z e x.
Hasegawa e seus colaboradores fizeram medições de z e x tanto dos
spins como da porta de saída dos nêutros à medida que saíam do
interferômetro. Sem grandes surpresas, eles demonstraram de modo
convincente que as correlações entre as medidas são mais fortes que
qualquer coisa permitida pela inequação teórica para modelos
envolvendo variáveis ocultas não-contextuais. Em resumo, as medidas de
spin fixam os valores de spin das variáveis ocultas e as medições de
porta fixam os valors de porta. Isso não deixa nenhum espaço para
manobra. Mas, para as variáveis ocultas se tornarem compatíveis com os
resultados das medições conjuntas, é preciso apenas mais latitude.
Mesmo que experimentos desse tipo sejam muito difíceis — o feixe de
nêutrons de Hasegawa e colaboradores é tão débil quanto a luz de uma
velo vista a 16 quilômetros de distância — os dados são incrivelmente
claros e não deixam nada para interpretar. Assim, a menos que se
permita a existência de variáveis ocultas contextuais com influências
mútuas muito estranhas, é preciso abandoná-las — e, por extensão, o
'realismo' na física quântica - todas. Sabia-se disso para os fótons,
mas a corroboração em um sistema distinto deve ajudar a convencer os
céticos, bem como assegurar isso para o resto de nós.
Em um tempo em que o processamento de informações quânticas está se
tornando um campo estabelecido na física e na ciência da computação, é
importante testar os fundamentos da teoria subjacente. Pode parecer
estranho, dado que os últimos 100 anos mostraram que a teoria quântica
é muito boa em perdizer os resultados de experimentos. Mas se se
concorda com Einstein, então não importa quão prática uma teoria seja:
ela pode não ser suficientemente real. (t)
http://www.nature.com/nature/journal/v445/n7129/full/445723a.htmlAbs
Felipe