Poderia o gato de Schrödinger existir na vida real? Uma equipa de investigadores propõe uma experiência que pode resolver essa questão espinhosa de uma vez por todas.
Já alguma vez esteve em mais de um sítio ao mesmo tempo? Se é maior do que um átomo, provavelmente a resposta é não. Mas átomos e partículas são governados pelas regras da física quântica, nas quais várias situações diferentes podem coexistir ao mesmo tempo.
Os sistemas quânticos são regidos pelo que é chamado de “função de onda”: um objeto matemático que descreve as probabilidades dessas diferentes situações possíveis.
E essas diferentes possibilidades podem coexistir na função de onda naquilo a que se chama de “sobreposição” de diferentes estados. Por exemplo, uma partícula existente em vários lugares diferentes ao mesmo tempo é aquilo a que chamamos de “sobreposição espacial”.
É apenas quando uma medição é realizada que a função de onda “entra em colapso” e o sistema termina num estado definido.
Geralmente, a física quântica aplica-se ao minúsculo mundo de átomos e partículas. Ainda não se decidiu o que isso significa para objetos de grande escala.
Num novo estudo publicado esta semana na revista científica Optica, uma equipa de investigadores propõe uma experiência que pode resolver essa questão espinhosa de uma vez por todas.
O gato de Erwin Schrödinger
Na década de 1930, o físico austríaco Erwin Schrödinger apresentou a sua famosa experiência sobre um gato numa caixa que, de acordo com a física quântica, poderia estar vivo e morto ao mesmo tempo.
Nela, um gato é colocado numa caixa lacrada na qual um evento quântico aleatório tem uma probabilidade de 50/50 de matá-lo. Até que a caixa seja aberta e o gato seja visto, o gato está morto e vivo ao mesmo tempo.
Por outras palavras, o gato existe como uma função de onda (com múltiplas possibilidades) antes de ser observado. Quando é observado, torna-se um objeto definido.
Depois de muito debate, a comunidade científica da época chegou a um consenso com a “Interpretação de Copenhaga”. Isto basicamente diz que a física quântica só pode ser aplicada a átomos e moléculas, mas não pode descrever objetos muito maiores.
Acontece que eles estavam errados.
Nas últimas duas décadas ou mais, os físicos criaram estados quânticos em objetos feitos de biliões de átomos – grandes o suficiente para serem vistos a olho nu. Embora, isso ainda não tenha incluído a sobreposição espacial.
Como é que uma função de onda se torna real?
Mas como a função de onda se torna um objeto “real”? Isso é o que os físicos chamam de “problema de medição quântica”, que intrigou cientistas e filósofos durante cerca de um século.
Se houver um mecanismo que remova o potencial de sobreposição quântica de objetos de grande escala, seria necessário “perturbar” de alguma forma a função de onda – e isso criaria calor.
Se esse calor for encontrado, isso implica que a sobreposição quântica em grande escala é impossível. Se esse calor for descartado, então é provável que a natureza não se importe em “ser quântica” em qualquer tamanho.
Se o último caso for o caso, com o avanço da tecnologia poderíamos colocar grandes objetos, talvez até seres sencientes, em estados quânticos.
Os físicos não sabem como seria um mecanismo de prevenção de sobreposições quânticas em grande escala. De acordo com alguns, é um campo cosmológico desconhecido. Outros suspeitam que a gravidade pode ter algo a ver com isso.
O vencedor do Prémio Nobel da Física deste ano, Roger Penrose, acha que isso pode ser uma consequência da consciência dos seres vivos.
Perseguindo movimentos minúsculos
Nesta última década ou mais, os físicos têm procurado febrilmente uma pequena quantidade de calor que indicaria uma perturbação na função de onda. Para descobrir isso, precisaríamos de um método que possa suprimir todas as outras fontes de calor “excessivo” que podem atrapalhar uma medição precisa.
Também precisaríamos de manter um efeito chamado “retrocesso” quântico sob controlo, no qual o ato de observar a si mesmo cria calor.
Neste novo estudo, os cientistas formularam uma experiência semelhante, que poderia revelar se a sobreposição espacial é possível para objetos de grande escala.
Os investigadores usaram ressonadores em frequências muito mais altas do que as usadas noutros estudos. Isso eliminaria o problema de qualquer calor do próprio frigorífico.
Como foi o caso em experiências anteriores, seria necessário usar um frigorífico acima do zero absoluto. Com esta combinação de temperaturas muito baixas e frequências muito altas, as vibrações nos ressonadores passam por um processo denominado “condensação de Bose”.
Também seria usada uma estratégia de medição diferente que não olhe para o movimento do ressonador, mas sim para a quantidade de energia que ele possui. Este método também suprimiria fortemente o calor de retração.
Os investigadores admitem que a experiência proposta é desafiante. Não é o tipo de coisa que se pode configurar casualmente numa tarde de domingo. Pode levar anos de desenvolvimento, milhões de euros e um monte de físicos experimentais qualificados.
No entanto, poderia responder a uma das questões mais fascinantes sobre a nossa realidade: é tudo quântico?
ZAP // The Conversation
