Einstein errou: Experiência confirma “ação fantasmagórica à distância”

Donkey Hotey / Flickr

Einstein por Donkey Hotey

A maior experiência quântica deste tipo alguma vez realizada confirmou recentemente a “ação assustadora à distância”, ou “ação fantasmagórica à distância”, um bizarro fenómeno do qual Einstein duvidava.

Foram precisas “apenas” 12 equipas de físicos em 10 países, mais de 100.000 jogadores voluntários e mais de 97 milhões de unidades de dados, todas geradas aleatoriamente à mão, para chegar a essa conclusão.

Einstein deu o nome de “ação assustadora à distância” à interação contínua entre ftões distantes entre si. Essa interação é possível graças ao entrelaçamento ou emaranhamento quântico dessas partículas – se entrelaçadas, qualquer mudança experimentada por uma delas afetará imediatamente a outra. No entanto, o cientista não gostava dessa possibilidade e queria desfazer a teoria.

Os dados utilizados no estudo foram gerados através de um jogo online em 30 de novembro de 2016, que produziu milhões de bits, ou “dígitos binários” – a menor unidade de dados de um computador.

Os físicos usaram esses bits aleatórios para realizar um “Grande Teste de Bell” e mostrar que partículas entrelaçadas podiam de alguma forma transferir informações mais rapidamente do que a luz, e que essas partículas parecem “escolher” os seus estados no momento em que são medidas.

As descobertas contradizem a descrição de Einstein de um estado conhecido como “realismo local”. “Mostramos que a visão de mundo de Einstein sobre o realismo local, em que as coisas têm propriedades, sejam observadas ou não, e nenhuma influência viaja mais rápido que a luz, não pode ser verdade – pelo menos uma dessas coisas deve ser falsa”, disse um dos autores do estudo, Morgan Mitchell, professor de ótica quântica do Instituto de Ciências Fotónicas da Universidade de Barcelona, na Espanha.

Isso introduz a probabilidade de dois cenários intrigantes: ou as nossas observações do mundo realmente o mudam, ou as partículas estão a comunicar umas com as outras de alguma maneira que não podemos ver ou influenciar. “Ou possivelmente os dois”, acrescentou Mitchell.

Desde a década de 1970, os investigadores testam a plausibilidade do realismo local usando experiências chamadas “testes de Bell”, propostos pela primeira vez pelo físico irlandês John Bell.

Para conduzir esses testes, físicos comparam medições escolhidas aleatoriamente, como a polarização de duas partículas (por exemplo, fotões) emaranhadas que existem em diferentes locais.

Se um fotão estiver polarizado numa direção (digamos, para cima), o outro estará numa direção diferente (digamos, para o lado) apenas uma certa percentagem do tempo.

Se o número de vezes que as medições de partículas espelham uma à outra – ou seja, estiverem na mesma direção – ultrapassa esse limiar, independentemente de quais são as partículas ou de quantas medições são feitas, isso sugere que “escolhem” o seu estado apenas no momento em que são medidas. E isso implica que as partículas podem se comunicar instantaneamente umas com as outras: a chamada “ação assustadora à distância”.

As respostas sincronizadas contradizem a noção de uma existência genuinamente independente, uma visão que forma a base do princípio do realismo local sobre o qual as regras da mecânica clássica são baseadas.

Vez após vez, testes de Bell provam que partículas emaranhadas demonstram estados correlacionados que excedem o limiar. O mundo é, de facto, assustador, mesmo que Einstein não gostasse dessa ideia.

No entanto, os testes de Bell exigem que a escolha do que medir seja verdadeiramente aleatória. E isso é difícil de se alcançar, já que fatores invisíveis podem influenciar nas seleções dos cientistas. Mesmo a geração de dados aleatórios em computadores não é realmente aleatória.

Isso cria uma falha nos testes de Bell conhecida como “brecha da liberdade de escolha” – a possibilidade de que “variáveis ocultas” possam influenciar as configurações usadas nos experimentos. Se as medições não são verdadeiramente aleatórias, os testes de Bell não podem descartar definitivamente o realismo local.

Superar obstáculos

Para o novo estudo, os investigadores queriam reunir uma enorme quantidade de dados produzidos por seres humanos, para ter certeza de que estavam a incorporar uma aleatoriedade verdadeira nos seus cálculos.

Esse foi o teste mais amplo de realidade local já realizado, permitindo que os investigadores finalmente chegassem a uma conclusão mais satisfatória.

O esforço, apelidado de “Grande Teste de Bell”, envolveu jogadores numa plataforma online que tocavam rápida e repetidamente dois botões num ecrã, que geravam os respetivos valores de um e zero.

As suas escolhas aleatórias foram enviadas para laboratórios em cinco continentes, onde foram usadas para selecionar configurações de medição para comparar partículas entrelaçadas.

Cada um dos laboratórios realizou diferentes exeriências, usando diferentes partículas – átomos individuais, grupos de átomos, fotões e dispositivos supercondutores – e os seus resultados mostraram “forte desacordo com o realismo local” numa variedade de testes.

As experiências também demonstraram uma semelhança intrigante entre humanos e partículas quânticas, no que diz respeito à aleatoriedade e ao livre arbítrio.

Se as medições a partir das escolhas humanas foram verdadeiramente aleatórias – não influenciadas pelas próprias partículas -, então os comportamentos tanto dos humanos quanto das partículas são aleatórios.

Um artigo sobre o estudo foi publicado na revista científica Nature no início de maio.