Heisenberg – sobre Física, Filosofia… & Incerteza

“Se não é possível determinar exatamente, todas as condições iniciais de um sistema, então também não é possível prever seu comportamento futuro… – Os fenômenos só podem ser previstos, conforme a probabilidade de que aconteçam.” (W. Heisenberg)

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Werner Heisenberg (1901-1976)

Elaborado a partir de uma série de conferências, feitas pelo físico alemão Werner Heisenberg… – entre 1956 e 1957, na Universidade de St. Andrews, Escócia…o livro “Física e Filosofia“…pretende analisar as complexas relações existentes entre estas duas disciplinas … — ao comentar sobre o profundo impacto, que o advento da física moderna… – sobretudo a “mecânica quântica” – exerceu… nas primeiras décadas do século XX… sobre certas ideias filosóficas fundamentais… – tais como: EspaçoTemporelações de causa e efeito… e,  o ‘grau de objetividade‘…passível de ser alcançável em toda… “observação humana”… — sobre a natureza. 

Neste último aspecto…a grande contribuição recebida vem do próprio Heisenberg…através da elaboração do seu…”princípio da incerteza“, formulado em 1927.

A física clássica garantia ser possível medir – precisamente – as várias grandezas em jogo; nada poderia perturbar a exatidão do fenômeno observado… Estabelecendo ser impossível especificar e determinar, simultaneamente – com precisão absoluta… posição e velocidade de uma partícula, Heisenberg mostra como, no processo de medida de grandeza no campo da microfísica, se atinge um limite onde – mesmo que teoricamente…a “precisão” se torna impossível…pois o próprio… – “ato de medida”… até certo ponto… – perturba o fenômeno.

Este enunciado ao colocar em questão a própria noção de “causalidade”, evidentemente… representa um duro golpe ao…”determinismo clássico”.

O status de Heisenberg como um dos agentes principais…nas transformações da física moderna o coloca numa posição privilegiada para pensar este processo. Na análise daí resultante, seu livro ‘Física e Filosofia’ levanta 2 questões fundamentais… – “A física é totalmente independente da filosofia?…A física tornou-se mais eficaz após desligar-se        da filosofia?”…Ao longo de seu livro o autor nos diz que a resposta para ambas é NÃO.

Para Heisenberg, Isaac Newton legou-nos a impressão de que, em seu labor científico, não teriam sido feitas suposições… além daquelas exigidas pelos “dados experimentais”. Depreende-se isso da sugestão newtoniana, de não lançar mão de hipóteses…e deduzir seus conceitos básicos e leis… tão somente dos fatos da experiência… – Fosse correta a ideia de Newton sobre tal relação, entre ‘resultados experimentais’ e ‘teoria’…e, jamais        a física newtoniana (nos diz o autor) exigiria qualquer modificação; pois nunca levaria        a resultados em desacordo com a experiência…E, sendo uma teoria resultante de fatos experimentais, estaria “acima de qualquer suspeita”… tão definitiva quanto estes fatos.

no experimento de Michelson-Morley não foi detetada diferença ótica que justificasse a existência do éter no meio interestelar.

Em 1885, todavia, uma experiência realizada por Michelson e Morley…veio revelar um fato que não poderia ocorrer, caso as teorias newtonianas encerrassem toda verdade. Dessa maneira então,  Heisenberg afirma ter ficado evidente…que uma relação entre ‘fatos experimentais‘ e suposições teóricas‘…é muito diversa…daquela que Newton levara muitos físicos modernos a supor… E, essa  conclusão tornou-se ‘incontestável’ quando, cerca de 10 anos mais tardeexperiências sobre “radiação do corpo negro”… vieram a exigir alternativasàquele pensamento newtoniano.

Expresso de maneira afirmativa… isso significa que as ‘teorias da física’ não são uma mera descrição de fatos experimentais…e, nem algo dedutível de tal descrição… – ao invés disso, como enfatizam Heisenberg e Einstein…‘o físico só chega à formulação de sua teoria pela via especulativa’. No método que o físico utiliza, suas inferências não caminham dos fatos à teoria, mas sim – da teoria que assumiuaos ‘fatos experimentais. Portanto…as teorias são propostas especulativamente, para delas serem diretamente deduzidas todas possíveis consequências, a fim de, indiretamente, serem confrontadas com os “fatos experimentais”.

“Qualquer teoria física (escreve Heisenberg) faz mais suposições, do que os fatos experimentais…por si mesmos…fornecem ou implicam.”

Por esta razão… qualquer teoria está sujeita a ser modificada e reconstruída – quando do advento de novas evidências incompatíveis com suas suposições básicas; como ocorreu à física newtoniana após a experiência de Michelson e Morley. Além do mais, como afirma Heisenberg, tais suposições são de “caráter filosófico”; podendo ser ‘ontológicas‘, ao se referirem ao objeto do conhecimento científico (independente do observador)…ou ainda, ‘epistemológicas‘, numa relação envolvendo o cientista com o objeto que experimenta.

Princípio da Incerteza
(entre a posição e o momento de uma partícula)

As teorias da relatividade – restrita e geral, modificam a filosofia da física moderna no aspecto ontológico, acima referido – alterando, radicalmente, a teoria filosófica de espaço e tempo…e a relação desses com a matéria… – A mecânica quântica… – por seu turno…mormente com o ‘Princípio de Incerteza’, notabiliza-se pela mudança que trouxe à “epistemologia” da física…na relação entre experimentador e objeto da experiência – retornando o conceito aristotélico de ‘potencialidade‘ à física atual.

Foi com base na introdução da ‘aleatoriedade na definição do objeto físico – conceito que não pertencia às categorias epistemológicas tradicionais da disciplina…que Einstein fez sua crítica à mecânica quântica, declarando que Deus não joga dadosCom isso, ele queria dizer que o conceito de “acaso encontra seu sentido na ciência, tão somente pelas “limitações epistemológicas” que decorrem da finitude da mente humana, em sua relação com o objetivo supremo do conhecimento científico; sendo assim erroneamente aplicado, quando, ontologicamente, diz respeito ao próprio objeto; e Einstein completa:

“Sendo o objeto, per si, completo – o conceito de probabilidade                     não é adequado em qualquer descrição científica desse objeto.”

Heisenberg então, tenta responder às objeções de Einstein, levando em conta 2 aspectos:

(1) A “relação probabilística” entre os dados experimentais da física…e os conceitos de sua teoria; (2) a diferença entre o papel que o conceito de probabilidade desempenha na (a) ‘mecânica newtoniana‘ e ‘relatividade‘ einsteniana, e…na (b) ‘mecânica quântica‘.

O item (1) afirma que os dados experimentais da física não implicam sua                  conceituação teórica… Segue-se que o objeto do conhecimento – jamais é                        conhecido diretamente da observação…mas por uma construção teórica,            especulativamente proposta e experimentalmente testada, por meio das                  consequências que são (posteriormente) deduzidas daquela ‘construção’.

No que diz respeito ao item (1), Einstein e Heisenberg                                                                estão de acordo… – A “divergência”… está no item (2).

Para se compreender o objeto do conhecimento científico, devemos…por conseguinte, partir de suposições teóricas a seu respeito. Quando assim procedermos – por um lado,       no caso (a) das mecânicas newtoniana e einsteiniana, e por outro lado… no caso (b) da mecânica quântica … descobriremos — de acordo com Heisenberg — que o conceito de probabilidade – ou…aleatoriedade – entra na definição do estado de um sistema físico;     e, nesse sentido, em seu próprio escopo – somente no caso da mecânica quântica; mas, não em relação à ‘mecânica clássica’ de Newton, e à ‘teoria da relatividade’ de Einstein.

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Para Heisenberg…“Nas teorias de Newton e Einstein, o estado de todo sistema físico isolado… em dado instante, fica definido pelo conhecimento (‘empírico’)  da posição, e ‘momento linear’ de partes do sistema…Sem ter uso de valores probabilísticos.”

Na ‘mecânica quântica’ a interpretação de uma observação experimental de um sistema físico é algo mais complexo. Poderá consistir de uma única leitura, cuja precisão terá de ser avaliada — ou, então… – poderá consistir de um ‘conjunto intrincado de dadosEm ambos os casos o resultado só poderá ser expresso em termos de uma “distribuição      de probabilidades” que diga respeito, por exemplo, à posição…e ao momento linear das partículas do sistema. – A teoria então…poderá prever tal distribuição para tempos futuros, mas não será experimentalmente verificada, em qualquer desses instantes, em que os valores das posições, ou momentos lineares estejam dentro dos limites preditos.

A diferença essencial entre a ‘mecânica quântica’…e as mecânicas de Newton e Einstein… reside – como observa Heisenberg – na maneira de determinar o ‘estado de um sistema físico em qualquer instante de tempo. Para isso a mesma experiência deverá ser realizada repetidas vezes, de maneira que os valores das ‘posiçõese dos ‘momentos lineares, se distribuam de modo a configurar a “função probabilística” então predita…Assim, a  mecânica quântica introduz os conceitos de ‘probabilidade‘ e ‘indeterminação‘… em sua definição de ‘estado‘…o que não acontece nas mecânicas newtoniana e einsteiniana.

Contudo, segundo Heisenberg, ainda existe – em Newton e Einstein…lugar                            para o conceito de probabilidade… só que, nesses 2 casos, se restringiria                          à “teoria dos erros” para determinar a precisão do ‘Sim‘ e do ‘Não‘…na                          verificação da previsão teórica. Isso porque o conceito de probabilidade se                            refere à relação epistemológica do cientista na verificação do que conhece;                        estando, contudo…ausente na formulação teórica (ontológica) desse saber.

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Assim, para Einstein… — a ‘indeterminação‘ não está presente na “ontologia” do objeto de conhecimento da mecânica quântica, mas sim, nas limitações perceptivas da relação entre o fenômeno observado, e o observador.

A divergência entre os pontos de vista de Einstein… e, os da mecânica quântica suscitou uma série de debates nos meios científicos e filosóficos…Alguns físicos e filósofos, realçando o papel das “definições operacionais” — argumentaram que, como todas as teorias físicas (as clássicas, inclusive)… – são acompanhadas de erros…e, incertezas humanas – não há o que decidir entre Einstein… e físicos quântico-mecanicistas.

Mas, para Heisenberg essa posição não leva em conta a presença, no método científico, de definições operacionais axiomaticamente construídas – bem como das definições teóricas constitutivas…além da ‘teoria dos erros’, e também supõe que o conceito de probabilidade, e mesmo o conceito mais complexo de “relação de incerteza“…só apareça na mecânica quântica no sentido de uma definição operacional, isto é, um contexto epistemológico suposição que Heisenberg não admite… Outros pensadores, que adotaram uma atitude diametralmente oposta – argumentaram que…só o fato de haver incerteza na predição de certos fenômenos… não é suficiente para se sustentar a tese…de que esses fenômenos não sejam passíveis de total determinação. Esse argumento combina o “problema estático” de definir o estado de um sistema mecânico, em dado instante de tempo…ao “problema dinâmico” ou “causal”, de predizer mudanças no estado do sistema…ao longo do tempo.

Heisenberg esclarece que o conceito de probabilidade só                  comparece em mecânica quântica, no ‘aspecto estático‘                              dessa teoria… em sua definição de “estado do sistema“.

O autor pede para tenhamos em mente a diferença entre a definição teórica (estáticade estado; e o aspecto dinâmico, ou causal, da mudança do estado, no passar do tempo. No que concerne ao primeiro desses aspectos — os conceitos de probabilidade, e de incerteza, comparecem teoricamente… e em princípio – não se referindo meramente às incertezas e erros de natureza operacional, e epistemológica… – frutos da ‘imprecisão’ do pensamento humano…que pertencem a qualquer teoria física e a suas experimentações. – Poderíamos perguntar se o conceito de… ‘probabilidade’… deveria ser introduzido – em princípio… ressalta Heisenberg – na definição teórica de estado…em qualquer instante estático T1.

A justificação para esse procedimento adotado pela mecânica quântica,      é justamente a acima mencionada tese (1), aceita pelo próprio Einstein.

A tese (1) afirma que conhecemos o objeto do conhecimento científico somente por meios especulativos de construção axiomática teórica… – a sugestão feita por Newton…de que o físico possa inferir conceitos teóricos, a partir dos dados experimentais, portanto…é falsa.  Como consequência, não existe – em qualquer sentido, a priori ou empírico, base para se afirmar que o objeto do conhecimento científico, ou mais especificamente…o ‘estado’ de um sistema mecânico em um dado instante T1, deva ser definido de certa forma. O único critério a respeito como assim afirma Heisenberg decorre da seguinte pergunta:

‘Qual o conjunto de suposições teóricas referentes ao objeto da mecânica, cujas consequências possam ser confirmadas por dados experimentais?’

Para Heisenberg, quando definimos, teoricamente e em princípio, o estado de um sistema físico, para fenômenos subatômicos, somente em termos de números associados à posição e momento linear, como Einstein gostaria que fizéssemos… e deduzimos as consequências teóricas no caso, por exemplo, da ‘radiação do corpo negro’ – esta se revela em desacordo com a evidência experimental. — Os fatos experimentais simplesmente não respondem ao que a teoria prevê. – Todavia… quando se modifica a teoria tradicional pela introdução da “constante de Planck – ecom a inclusão de um 2º conjunto de valores associados às probabilidades de se encontrar certos números para ‘posições’ e ‘momentos lineares’, pelo ‘princípio da incerteza’…daí então, os dados experimentais confirmam os novos conceitos.

curva de radiação de um corpo negro (9.000º k)

A situação em ‘mecânica quântica’… no que diz respeito às experiências sobre a ‘radiação do corpo negro’ – é análoga àquela…com que Einstein se defrontou, face à experiência de Michelson-Morley. Em ambos os casos, foi a introdução de uma nova suposição teórica que logrou reconciliar a teoria física…com os fatos experimentais…Assim, conclui o autor:

“Afirmar que, apesar da teoria quântica,  “posições”…e “momentos lineares”… de partículas subatômicas estejam, de fato, precisamente localizados — no tempo e espaço, apenas por um par de valores, correspondendo a uma descrição completa, causal    e determinista (como queria Einstein)… significa adotar uma teoria sobre o ‘objeto físico’ falsa, cujos dados da radiação do corpo negro não se confirmam experimentalmente”.

Heisenberg afirma que não devemos concluir – do que acima foi exposto, ser impossível a descoberta de uma nova teoria, compatível com os fatos experimentais, na qual o conceito de probabilidade não apareça, em princípio, em sua definição de ‘estado’… Essa teoria, no entanto, teria que rejeitar a definição de “estado”…no espaçotempo quadridimensional da relatividade restrita einsteiniana… – sendo portanto, incompatível com a tese de Einstein.

Mesmo assim – estabelece o autor, até que uma nova teoria alternativa seja apresentada, qualquer um que não possua fonte alguma de informação, a priori ou pessoal, sobre qual deva ser o objeto do conhecimento científico, não terá outra recurso – a não ser aceitar a definição de ‘estado’ proposta pela teoria quântica, aceitando que esta definição restaura     o conceito aristotélico de potencialidade, no objeto do conhecimento científico moderno.

As experiências sobre…”radiação do  corpo negro” exigem que se conclua,        ao menos por enquantoque “Deus      está jogando seus dados”…e como já    dizia Stéphane Mallarmé“Un coup        de dés jamais n’abolira le hasard”, livremente traduzido por “Um golpe        de sorte… jamais eliminará o acaso”.

O impacto exercido por esta enorme ‘revolução científica’ no pensamento moderno foi devastador. A incerteza        na definição dosfenômenos físicos subatômicos, fez tremer as até então monolíticas ‘estruturas clássicas’, da antiquada “racionalidade científica”.

A existência de fenômenos que o homem é incapaz de prever com exatidão, representa    um duro golpe na crença da razão humana onipotente e determinista… O homem, que  antes podia – determinar… mensurar… esquadrinhar… e prever todas as instâncias da realidade, descobriu que esta, não lhe permite o acesso a algumas de suas dimensões.

Ciente da magnitude das transformações envolvidas no advento da física moderna, Heisenberg – um dos importantes partícipes deste processo, conclui que, a ciência moderna, é na atualidade, uma realidade cada vez mais tangível nas mais diversas    regiões, e tradições culturais do planeta. Não obstante, a ‘física moderna’ é apenas        uma parte, embora fundamental, de um processo histórico, que tende à unificação            do nosso mundo. Este processo – hoje cada vez mais intensoem tese, tenderia a diminuir as tensões culturais, que põem em perigo nossa civilização. – Ele todavia,             se faz acompanhar por outro processo…agindo — justamente… em sentido oposto.

A tarefa mais importante do pensamento moderno é a tentativa de se estabelecer uma ponte entre o progresso científico… e as concepções culturais…e religiosas da tradição.      A construção desta ponte é uma tarefa extremamente complexa cheia de desafios, mas, segundo Heisenberg poderá guiar essa ‘evolução’ por caminhos menos tortuosos,      em 2 pontos decisivos…Inicialmente…mostra que o ‘recurso às armas’, neste processo, seria fatalmente…’catastrófico’. E por sua atitude aberta face a todo tipo de conceito,    faz renascer a esperança de que – no “estágio final de unificação” – distintas tradições culturais possam viver lado a lado, combinando diversas iniciativas humanas…em um novo equilíbrio, entre pensar e agir. (texto originalconsulta: ‘Heisenberg’ (biografia)   ********************************************************************************

Heisenberg e a Interpretação de Copenhague                                          Após todas as interdições epistemológicas, ainda existe algum mínimo            rastro de uma ontologia do mundo quântico…na visão de Heisenberg?”

Aristóteles

O mundo físico pode ser conhecido, sem recorrermos a outros mundos (como fez Platão). Basta que, enquanto ciclos individuais se atualizem, a Potência dentro deles se realize. O Ato constitui cada etapa dessa atualização. Os conceitos de Ato e Potência, Forma e Conteúdo o levaram a formular sua Teoria das 4 Causas (Material, Eficiente, Formal, e Final, ou Objetiva), explicando os diversos tipos de atualização.

A oscilação entre epistemologia e ontologia pode ser descrita — na obra de Heisenberg, como um tipo de tensão — entre ‘restrições epistemológicas’ — que se seguem, desde o início da ‘mecânica quântica’… e sua busca por um…”conteúdo ontológico” — que não dependesse das imagens do ‘materialismo’.

Para lidar com esse impasse, e conciliar as restrições epistemológicas que a mecânica quântica impôs à física clássica…com uma ontologia mínima, utilizando conceitos de ‘potência (o que está contido na matéria, e pode vir a existir) e ‘ato‘ (atualização da potência)…ideias de Aristóteles… — e…de conceitos ‘probabilísticos‘…Heisenberg propõe uma nova realidade física objetiva.

A ontologia necessária

Ao distinguir a Interpretação de Copenhague do “positivismo” (que toma as percepções sensoriais do observador como elementos básicos da realidade), Heisenberg afirma que      a “Interpretação de Copenhague”… “considera as coisas e processos — passíveis de uma descrição clássica… isto é…o ‘real’… – como o fundamento de toda interpretação física”.    O real, contudo…não é o de um materialismo além das coisas, mas sim, composto por “processos”. O fato de nosso conhecimento ser incompleto por si mesmo, graças às leis quânticas, não exclui a possibilidade de postulação da existência desse real Em lugar  dos pontos materiais do império da ‘res-extensa’…Heisenberg vê processos e simetrias fundamentais essencialmente platônicas — como “característica genuína da natureza”.

Desse modo, ao tratar de um dos problemas mais espinhosos da mecânica quântica… da medição e do colapso do pacote de onda, Heisenberg consegue harmonizar 2 tendências, em seu pensamento, que se mostravam incomunicáveis. Suas restrições epistemológicas acerca da possibilidade do uso de grandezas que não fossem observáveis…acabaram por receber um tratamento aristotélico, a partir da década de 1950, passando a coadunar-se com a busca por uma “ontologia não-materialista” em rejeição ao “realismo clássico”.

O caminhona direção dessa nova realidade física, isto é, a busca pelo conteúdo ontológico em estruturas matemáticas da…”teoria quântica”,    se torna bem mais nítidoquando Heisenberg afirma que…“ondas de probabilidade … podem introduzir algo…entre a ideia de evento…e o “evento real”… – um tipo estranho    de… ‘realidade física’ mediadora entre … ‘possibilidade’ e realidade”.

O que se pode concluir dessa análise é que, possivelmente Heisenberg apoia-se…em especial, na filosofia platônica, como apelo retórico à ‘Interpretação de Copenhague’,        ou então…o uso que ele faz da filosofia grega pode ser visto como um elemento para construção de uma doutrina homogênea e unitária… — baseada nesta interpretação.

Se por um lado, Platão e Aristóteles são referências positivas, Demócrito e                        Leucipo, assim como Descartes são utilizados como referências negativas,                        na compreensão conceitual dos fenômenos físicos da nova teoria atômica.

A repartição da história da ciência…como uma tendência atomista/materialista, em oposição a uma platônica/idealista…com privilégio nas estruturas matemáticas dos ‘grupos de simetria’…serve, não apenas à sua melhor compreensão – como também funciona como estratégia de desqualificação…daquelas interpretações concorrentes            à Interpretação de Copenhague. (texto base) # O que é o ‘Princípio da Incerteza’?  ***************************(texto complementar)******************************

Sobre o ‘Princípio da Incerteza’… (Orkut – Comunidade de Astronomia!)

Bonin – Na maioria dos sistemas quânticos, só é possível definir a energia totalque é a soma das energias cinética e potencial. Chama-se de energia do estado fundamental,  a menor energia do sistema. Para um ‘oscilador harmônico’ esta energia fundamental não é zero, mas h.ω/2, sendo h a constante de Planck…e ω a frequência angular do oscilador.

Para o átomo de Hidrogênio, a energia do estado fundamental é -13,6eV. Nesses casos,       a menor energia possível para os sistemas não é zero. Mas em nenhum desses casos, o estado fundamental é ‘auto-estado’…nem do momento, nem da posição. Trocando em miúdos, mesmo no estado de mais baixa energia – não se tem nem o momento, nem a posição definidos. – Para o caso de partículas livres, o estado fundamental de fato tem energia nula e é auto-estado do momento com ‘autovalor zero’ – o que significa que as partículas estão todas paradas…Porém, esses estados não são auto-estados da posição, consequentemente, essas partículas não estão em posições definidas. – Por outro lado, para o caso de uma partícula livre, podemos medir sua posição…e ela estará num auto-estado da posição. – Isso significa que ela possui (pelo menos instantaneamente) uma posição definida. – Contudo, nesse caso, em contrapartida, seu momento é indefinido.

Resumindo a situação de um sistema livre: ele pode estar parado, mas não faz sentido afirmar alguma coisa sobre onde ele está parado, ou ao contrário … podemos afirmar onde ele está – porém, nesse caso… não faz sentido dizer que ele está parado.

Sistema-Solar-PlanetasCesar – se o corpo está parado, ele está parado, em relação ao seu próprio referencial…logo, não faz sentido – para alguém de fora do referencial, afirmar onde ele está parado…Já se o corpo está em movimento, tal movimento pode ser medido em relação a outro referencial… – que não o seu próprio, para o qual estaria parado. A propósito, se considerarmos o sistema solar‘, o Sol está parado em relação aos planetas, na condição de seu ‘auto-referencial’. – Mas, vendo de fora do sistema solar:o sol sempre se move‘.

Bonin – Como saberíamos se uma partícula esta parada? A partir de que referencial?
É como o Cesar falou, a velocidade é relativa. Um objeto pode estar parado em relação a outro e ambos em movimento em relação a um terceiro. – Na Mecânica Quântica, então dizemos que a partícula está parada (‘momento nulo’) em relação ao ‘aparelho medidor’.  **********************************************************************************

boladegudeUm‘estranho’jogo quântico

Imaginemos um jogo de bolas de gude quânticas, onde a ‘búlica’ está atrás de um muro – com apenas 2 orifícios por onde a bola irá passar…O jogador está de olhos vendados…e um dos orifícios está fechado… Após muitas tentativas, o jogador consegue acertar a‘búlica’.

A seguir, o orifício é aberto e o outro é fechadoO resultado é o mesmo. Finalmente,        os 2 orifícios são abertos. O resultado esperado é que, com o dobro de possibilidades        de passagem das bolas…o número médio de tentativas para acertar a búlica – seria a metade, mas acontece algo totalmente inesperado…Por mais que o jogador tente, ele nunca acerta a búlica!… E o pior…é que, se por acaso, aparece alguém para olhar por      qual orifício a bola passa, o jogador então acerta a búlica com a frequência esperada!

Em 1927, no congresso de Solvay, na Bélgica, esses bizarros fenômenos foram discutidos à exaustão pelos físicos. — Todos sabiam que a situação descrita acima…embora envolvendo bolas (partículas), é típica dos fenômenos ondulatórios. Portanto, havia o consenso de que uma onda estaria associada a esses fenômenos, mas qual o seu papel?… – Louis de Broglie propôs que associada à partícula existiria uma ‘onda‘…informando à partícula tudo sobre o que está a sua volta (tal como se alguém a estivesse observando)... Já Erwin Schrödinger sugeriu em sua equação que partículas seriam ‘pacotes de onda, localizados num espaço.

Finalmente, os físicos Max Born e Werner Heisenberg… propuseram que o mundo quântico seria um…”mar de potencialidades”… que só teriam realidade através de              alguma observação concreta. A onda descreveria a probabilidade de determinado acontecimento “potencial“… — se tornar “real“… — por meio de um experimento.

Durante aquela conferência não se chegou a um consenso sobre a melhor maneira de abordar os fenômenos quânticos. Entretanto, uma postura pragmática foi adotada, e          a 3ª opção foi escolhida. A partir daí…a maioria dos físicos se preocupou muito mais        em aplicar a teoria aos mais variados domínios – e testá-la experimentalmente (com grande sucesso) a partir do algoritmo mínimo de produção de resultados com o qual    todos concordavam, do que investigar questões fundamentais…sobre este algoritmo.    Esse império prático-conceitual tornou-se tão poderoso, que questioná-lo, ou tentar entendê-lo profundamente, era considerado como território supérfluo da metafísica.

Felizmente, alguns físicos continuaram buscando um entendimento maior dos fenômenos quânticos, produzindo artigos cruciais ao desenvolvimento da teoria quântica… realizando novos experimentos – que não teriam sido sequer pensados – sem esses questionamentos. Com efeito, as diversas discussões e críticas propostas não são meras questões metafísicas. Elas podem sim…resultar em uma compreensão muito mais profunda da ‘teoria quântica’.  Hoje pode-se dizer que existem várias alternativas de se entender…’fenômenos quânticos’, sem preponderância entre estas…Cada uma com suas virtudes e lacunas…mas nenhuma é suficientemente completa para se tornar consensual. E a cosmologia pode ter uma função importante nessa empreitada. De fato, o universo pode não ter tido um começo, se efeitos quânticos forem considerados na sua evolução (o que poderia ser passível de observação).

É importante dizer, que todos esses estranhos fenômenos quânticos não ocorrem a escalas de tamanho e temperatura nas quais vivemos. A interação das partículas quânticas em um ambiente com um nº imenso de outras destas partículas — faz com que o ‘comportamento global’ do sistema seja clássico…isto é – convencional. – Por isso uma bola de gude jamais apresentará “comportamento quântico”. (texto base) (Nelson Pinto Neto – JB – jul/2018) **********************************************************************************

Experimento confirma a ‘incerteza quântica’em certo sentido (jun/2019)          Em 1924, relacionando o comprimento de onda (λ) com a quantidade de movimento          (p) da partícula, na fórmula λ = h/p (h é a constante de Planck), de Broglie postulou          que partículas também possuíam comprimento de onda… umaonda de matéria“.

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Partículas quânticas não são apenas partículas… elas também são ondas. [Shutterstock/agsandrew]

A palavra “incerteza” é muito usada na mecânica quântica. Normalmente, significa      que há algo no mundo sobre o qual não temos certeza… — Mas…a maioria dos físicos acredita que a própria natureza é incerta…Esta incerteza intrínseca foi o ponto de partida à forma pela qual o físico Werner Heisenberg…um dos criadores da moderna mecânica quântica, apresentou o Princípio da Incerteza, demonstrando que nunca poderemos conhecer… – simultaneamente… todas as propriedades de uma partícula.

Por exemplo… — medir a posição da partícula…nos permitiria conhecer sua                        posição… — Mas essa medida, necessariamente, perturbaria sua velocidade,                      numa quantidade inversamente proporcional à precisão da posição medida.

Heisenberg estava errado?

Heisenberg usou o “Princípio da Incerteza” para explicar como a medição destruiria aquele recurso clássico da mecânica quântica… – o ‘padrão de interferência’ de 2 fendas.    Mas, na década de 1990, alguns físicos quânticos afirmaram ser possível determinar por qual das 2 fendas uma partícula passa, sem perturbar significativamente sua velocidade.  Isso então significaria que a explicação de Heisenberg está errada? Num trabalho recém publicado na…“Science Advances“…meus colegas e eu mostramos que não seria sensato chegar a essa conclusão ao demonstrarmos que um distúrbio de velocidade do tamanho previsto pelo Princípio da Incerteza – em certo sentido…sempre existe. – Mas, antes de entrar em detalhes, explicaremos brevemente…o famoso “experimento de duas fendas”.

fendaduplaO experimento das 2 fendas

Neste tipo de experimento, há uma barreira com 2 orifícios…ou fendas. Também temos um elétron (…uma partícula quânticaem geral) com uma incerteza de posição grande o suficiente…para cobrir as 2 fendas, ao ser disparada em um ‘anteparo’.

Como não podemos saber por qual fenda a partícula passa, ela age como se passasse simultaneamente pelas 2 fendas…resultando no chamado “padrão de interferência”;      isto é, ondulações na distribuição da localização onde é provável que a partícula seja encontrada projetadas em uma tela além das fendas. Entretanto…ao colocarmos um dispositivo de medição próximo ao…anteparo… – na tentativa de descobrir por qual      fenda a partícula passa – esse padrão de interferência… simplesmente… desaparece.

A explicação de Heisenberg foi que, se a medição da posição for precisa o suficiente      para dizer por qual fenda a partícula passa…isso causará uma perturbação aleatória            na sua velocidade – suficientemente grande para afetar sua localização no anteparo, eliminando assim ‘ondulações de interferência’. Mas, o que se percebeu agora é que        saber por qual fenda a partícula passa não requer uma específica posição. Qualquer medida com resultado diferente, em função de qual fenda a partícula passe, servirá.

Isso porque foi criado um dispositivo, cujo efeito na partícula não é o de um                    incremento aleatório de velocidade à medida que ela passa. Portanto, pode-                          se argumentar que não é o Princípio da Incerteza de Heisenberg que explica                            a perda de interferência, mas algum outro tipo desconhecido de mecanismo.

Como Heisenberg previu…(e De Broglie também)

dualidad ondapartículaeNão precisamos entrar no mérito do que se alegava ser o mecanismo para destruição da interferência, pois o nosso experimento identificou um efeito na velocidade da partícula…com a mesma intensidade prevista por Heisenberg…Mostramos também, que tal distúrbio de velocidade…não acontece quando a partícula passa pelo dispositivo de medição…Esse efeito é adiado, até que a partícula esteja bem além das fendas…em direção ao anteparo. – Isso porque “partículas quânticastambém sãoondas“.

De fato a teoria por trás de nosso experimento é aquela onde a natureza das ondas e das partículas se manifesta simultaneamente – a onda guia        o movimento da partícula, segundo a interpretação das…ondas-piloto“, reintroduzida pelo físico David Bohm – uma geração após…Heisenberg.

Já em um experimento mais recente na China…cientistas seguiram uma técnica sugerida por mim em 2007…ao reconstruir o movimento hipotético das partículas quânticaspor ambas as fendas, a partir de muitos possíveis pontos de partida, e para ambos resultados da medição. Foram comparadas as velocidades ao longo do tempo, quando não havia um dispositivo de medição presente, com aquelas quando este existia, e assim determinaram    alterações na velocidadecomo resultado da medição. O experimento demonstrou que o distúrbio na medição da velocidade das partículas permaneceu…muito tempo depois das partículas transporem o próprio ‘dispositivo medidor’…a uma distância de 5 metros dele. Nesse ponto…a mudança cumulativa média na velocidade já era grande o suficiente para eliminar ondulações no padrão de interferência, corroborando o “princípio da incerteza”.

Moral da história?… Não faça afirmações prévias sobre qual princípio pode ou não        explicar um fenômeno, até que você tenha considerado todas formulações teóricas possíveis deste princípio…Sim…essa mensagem soa um pouco abstrata…mas é um        bom conselho, que pode ser aplicado em diversos campos da física. (texto original)

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em física, filosofia e marcado . Guardar link permanente.

Uma resposta para Heisenberg – sobre Física, Filosofia… & Incerteza

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