Da (i)Realidade Quântica dos Saltos…Tunelamentos & Entrelaçamentos

Werner Heisenberg (1901-1976)

W. Heisenberg (1901-1976)

“O absurdo é a ‘razão lúcida’ – constatando os seus limites”…(Albert Camus). “As proposições da física quântica que desafiam a visão comum da realidade, refletem outro domínio – o da linguagem, e ordem simbólica” … (Slavoj Zizec… — “Menos que Nada”)

EmFísica e Filosofia’, Heisenberg pergunta…“Pode a linguagem descrever a Natureza? Podem modelos matemáticos…  —  com base nos conceitos do saber humano, nos esclarecer os processos subatômicos?”

No ‘mundo do átomo’ acontecem fenômenos tão estranhos, incomuns e misteriosos – que parece impossível descrevê-los apenas em conceitos de nossa linguagem. – Fenômenos que necessitam       de novas palavras…novas ideias…novos paradigmas para serem comunicados…novas experimentações conceituais, novos usos, novos significados. – Um bom exemplo é o   salto quântico.

Trata-se aqui de um problema realmente fundamental  —  o progresso da técnica experimental de nosso tempo coloca, ao alcance da ciência, novos aspectos da Natureza que não podem ser descritos em termos cotidianos.

salto quântico, segundo o modelo de Bohr, para absorção e emissão de energia.

salto quântico, segundo o modelo de Bohr, para absorção e emissão de energia.

De acordo com o ‘modelo de Bohr, um elétron nunca poderá ocupar um espaço intermediário entre 2 órbitas, mesmo durante o salto quântico.

Uma das interpretações deste modelo é que o elétron, instantaneamente, se transfere de uma para outra órbita. Ele desaparece em uma, e reaparece em outra, num salto descontínuo.

Como disse Niels BohrNossa ‘lavagem da louça’ é como nossa linguagem. Temos água e panos        de prato sujos…  No entanto  —  conseguimos deixar limpos os pratos, e os copos“.

Também na linguagem, temos de trabalhar com conceitos pouco claros, e com um tipo de lógica cujo alcance é restrito e desconhecido. Não obstante, nós a usamos para introduzir clareza em nossa compreensão da natureza.

Um problema bem mais complexo ocorre na teoria quântica — no que diz respeito à utilização da linguagem. Aqui não se tem, de começo, nenhum critério simples para se correlacionar os símbolos matemáticos aos conceitos da linguagem cotidiana, e a única coisa que sabemos, como ponto de partida,  é que conceitos comuns não são aplicáveis       ao estudo das estruturas atômicas.

Para Werner Heisenberg, a dualidade onda/partícula impõe limites não só à linguagem, mas à lógica clássica.  Assim como um único objeto, pode ser, ao mesmo tempo, sob o mesmo aspecto, de 2 modos diferentes,       a mecânica quântica exige também uma nova lógica.

John Stewart Bell (1928-1990)

John Stewart Bell
(1928-1990)

O  físico  John Bell,  toma caminho diverso, refletindo de modo diferente de Heisenberg.  Para Bell, o problema está em colocar o universo dentro dos limites do espaçotempo, e por isso achar que se o elétron não está no espaçotempo, logonão está no universo, e como universo é tudo que existe…    ‘o elétron não existe durante o salto quântico’.

É isso que traz toda a confusão. Como “universo” é tudo que existe, ao identificar o universo com o espaçotempo,   e  verificarmos  que  os  elétrons  não  se  encontram  no espaçotempo durante  o salto – chegamos ao absurdo de formular – ou que alguma coisa existe fora daquilo que contêm todas as coisas   —   ou, que algo desaparece da existência, e a ela retorna, vindo de lugar algum e indo para um nada absoluto.

Bell elaborou,  então,  um teorema para elucidar a questão.  Segundo  ele,  as  partículas correlacionadas estão para além do espaçotempo. Um enunciado “belliano” para o salto quântico seria:

“Durante o salto quântico o elétron existe (é…) em um outro nível de realidade”.

Agora, a sentença “O elétron existe” pode ser aplicada sem embaraço — tanto para falarmos do elétron no espaçotempo, quanto para falarmos do elétron fora (ou além)         do espaçotempo… O teorema de Bell resolve a questão, acrescentando o conceito           de ‘realidade não local’; nos fazendo abandonar a ideia de ‘localidade’, segundo           a qual, toda a realidade se dispõe sobre o tecido do espaçotempo.

Se antes – a situação era tão embaraçosa, que postulávamos precisar de 2 linguagens           para uma realidade, agora com uma única linguagem explicamos 2 realidades!.. Mas,         não estaremos fazendo uma ginástica muito grande em termos de Física, só para nos livramos de embaraços em termos de enunciado?  Ou pensarmos em outra realidade           é o caminho natural para entendermos os saltos quânticos?…

http://www2.unesp.br/revista/?p=3327
Um salto de sapo
Jamais abolirá                                                                                     
O velho poço.
Escurece... 
Cresce tudo que carece.
Believe or not,
This very if
Is everything you got. 
Paulo Leminski
Moral da história… No  fundo – talvez Bell e Heisenberg se encontrem, isto é, talvez o nível de possibilidades de Heisenberg – onde elétrons existem enquanto potenciais…  e, o nível derealidade não espaçotemporal’ postulado por Bell – apontem para uma mesma realidade quântica, ainda desconhecida… – Nesse caso, o que está em cheque não é nem bem nossa linguagem… mas, nossa  ‘visão de mundo’ – nossa crença de que a realidade se resume a um universo constituído pelo tecido do espaçotempo…  pela matéria que se dispõe sobre tal tecido… bem como pelas leis, campos e forças que moldam tal matéria.
 

Do artigo de Vinicius Carvalho: ‘Pensando sobre a Realidade, a Linguagem, e a Natureza’  #################(texto complementar)############################

Solipsismo x Realidade Objetiva 

Embora o contexto de Hegel seja totalmente diferente do de Bohr — um escrevia sobre o conhecimento filosófico do ‘absoluto’  —  já o outro…lutava com a medição das partículas atômicas e suas implicações epistemológicas,            a linha subjacente de argumentação…se faz  estritamente homóloga…  –  ambos rejeitam         uma posição que… primeiro põe uma lacuna           entre o sujeito sapiente e o objeto a ser conhecido, para depois lidar com o problema (autocriado) de como transpor essa lacuna.

A solução (bergsoniana) dos 2 é praticamente a mesma – incluir o sujeito no movimento próprio do objeto a ser conhecido, de modo que este, saindo de suas próprias limitações, possa comparar sua perspectiva à realidade em si.

O termo hegeliano para essa inclusão se chama “reflexividade”… A inclusão do ato de reflexão no próprio objeto faz com que, a distância entre o objeto e sua reflexão não seja externa, mas sim como uma característica intrínseca do próprio objeto; ou seja, o objeto     é em si, e a reflexão é como ele aparece para o sujeito que o observa…o objeto torna-se o que é por sua própria reflexão.

A exterioridade implícita através da noção de reflexividade é – precisamente, o que Karen Barad chama de exterioridade interiorO fato de não gerarmos nosso conhecimento à distância, observando a realidade por uma visão objetiva externa, não entrelaçada… não significa que devamos negar a objetividade como tal.

O sujeito pode atingir a ‘realidade objetiva, independente de estar preso ao círculo de suas ‘representações subjetivas’… – através de sua unidade ontológica básica – ou seja, o fenômeno ao qual os 2 lados se encontram… irredutível… e, inextricavelmente enlaçados.

A leitura subjetivista — ou idealista da física quântica (“a mente cria a realidade, não há realidade independente de nossa mente”), portanto, é falsa…A verdadeira implicação da física quântica é o oposto, obrigando-nos a conceber como o saber da realidade se inclui nesta própria realidade…     Slavoj Zizek — “A Ontologia da Física Quântica”… (resumo) ***********************************************************************************

Teorema de Bell (para Iniciantes)  por Osvaldo Pessoa Jr.  

O teorema de Bell é um dos assuntos mais sutis da física moderna. – Todos o consideram importante, mas ninguém sabe ao certo por quê! O nome de John Stuart Bell foi proposto para ganhar o Prêmio Nobel, mas, como seu teorema não forneceu uma aplicação prática, ele não poderia ganhar. Mesmo assim, alguns acham este resultado o mais “profundo” da física teórica das últimas décadas. Será que é?… – Segundo alguns, o teorema de Bell diz que existe “não-localidade” na natureza…Porém, as coisas não são tão simples assim. 

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Você deve saber que Isaac Newton descobriu a força da gravidade.  A Terra atrai a Lua, e     a Lua atrai a Terra – como resultado, a Lua fica girando à nossa volta. Para Newton, esta força é instantânea.  Ou seja, se um gigante superpoderoso desse um peteleco imenso na Lua, e a Lua saísse voando para os confins do Universo, quem estivesse na Terra sentiria um baque no mesmo instante do peteleco (segundo Newton)!

Só que, na verdade, não é isso que aconteceria. Demoraria 1,3 segundos depois do peteleco para você sentir o baque gravitacional e ver a Lua desaparecer! Por quê?  Porque os efeitos na natureza se propagam a uma velocidade finita – conforme diria Albert Einstein, igual à velocidade da luz. Essa restrição se chama localidade’ – nenhuma informação pode ser transmitida instantaneamente

Em 1926, porém, a Física Quântica foi descoberta para explicar os átomos e a radiação. E, o seu mundo é muito estranho! Uma dessas estranhezas é que… por algum motivo – para 2 partículas – parece que…quando algo acontece para uma delas, pode propagar-se instantaneamente à outra… – a teoria quântica parece funcionar de maneira ‘não-local’.

Mas será que a realidade mesma é não-local, ou essa não-localidade é algo que aparece     só na teoria?…Um dos primeiros a pensar profundamente nisso foi Einstein, em 1935, juntamente com seus colegas Podolsky e Rosen…  Outro que também pensou nesses assuntos, em 1952, foi David Bohm. Ele criou uma versão da teoria, em cuja realidade  pode haver propagação instantânea. É uma teoria na qual a realidade é não-local!

A teoria de Bohm diz que existe uma realidade física com ‘variáveis ocultas’, que ninguém jamais observará diretamente – podendo assim…ser chamada de ‘realista‘. 

John Bell trabalhava no maior acelerador de partículas do mundo, o CERN, na Suiça.       Nas horas vagas, pensava nessa estória de não-localidade da teoria de Bohm, quando,       no começo dos anos 1960, teve uma ideia! A ideia de Bell era que… talvez, toda teoria   física realista, que queira prever tudo que a Física Quântica prevê, tenha que ser não-local… — como a teoria de Bohm. O seu grande mérito foi ter feito a pergunta certa:

‘Será que toda teoria quântica realista tem que ser não-local?’…Não demorou muito para ele conseguir demonstrar a resposta:  Sim!… Nascia assim o famoso “teorema de Bell”.

Este teorema diz o seguinte:  há uma certa grandeza cujo valor, para qualquer teoria quântica realista local, é sempre menor ou igual ao número 2 – trata-se portanto de             uma desigualdade…Já para a teoria quântica usual, este valor pode ser maior que 2.     Como a teoria do Bohm é realista não-local… então o valor pode ser maior do que 2.

A maioria dos físicos da época interpretava a Teoria Quântica de modo “não realista”, então – para eles…o valor também poderia ser maior que 2. (Isso aconteceu em 1964)

Demoraram vários anos para os outros físicos entendessem o que Bell quis dizer.               Na década de 1970, eles fizeram uns experimentos e confirmaram que o valor da               grandeza mencionada poderia ser maior do que  2,  ao contrário do que previam                   as teorias realistas locais.

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O dilema das consequências    

Quais, então… as consequências do teorema de Bell? A natureza é não-local?…Bem, tudo depende…de como você interpreta a “Teoria Quântica”… O dilema em questão é saber se devemos rejeitar o realismo, ou a localidade.

1) Se você acha que a ‘Física Quântica‘ serve, só para prever resultados de experimentos, e não para falar de uma realidade que existe mesmo quando não tem ninguém observando (ou seja, se você rejeita o realismo), então você pode ir dormir tranquilo – pois as coisas que você observa e mede se comportam de maneira local… Não é possível uma pessoa se comunicar com outra instantaneamente… e não há nenhuma “onda quântica” que exista     de verdade, e que sofra alterações não-locais.

2) Se você pensa como Bohm, e acha que a Teoria Quântica descreve a realidade, mesmo quando não tem ninguém observando, então você acredita na não-localidade. Ainda é impossível as pessoas se comunicarem instantaneamente, mas, haveria alguma coisa na natureza, talvez a onda quântica, que permite a transmissão de efeitos causais a grandes distâncias… instantaneamente… – Isso é… às vezes… – chamado de “ação à distância”.

3) Há uma terceira posição, que não fala em “ação à distância”, mas fala jocosamente em uma “paixão à distância”.  Ela é uma visão parecida com a de Bohm, sendo realista, mas não haveria um efeito causal entre partes distantes. Partículas distantes poderiam estar “correlacionadas”, exibindo propriedades semelhantes  –  sem que houvesse uma causa comum para este comportamento.  Ou seja,  duas coisas poderiam passar a ter um certo valor ao mesmo tempo, de maneira não-local, sem que houvesse alguma causa para isso.

Essa é uma situação engraçada. Pois não há uma única explicação para um experimento físico, mas há duas ou mais. Os cientistas não gostam disso: eles gostariam que houvesse uma única resposta, mas hoje em dia não há…  Será que no futuro a gente vai descobrir? Talvez você possa, um dia, ajudar a humanidade a encontrar esta resposta… ‘texto base’  ************************************************************************************

A Mecânica Quântica e suas Interpretações (Silvio Seno Chibeni)                               ‘Pensar o incerto implica acentuar o irracional e, desse modo, progredir.’                         (Ilya Prigogine) 

O problema da atribuição de valores

Uma grandeza só terá significado físico se pudermos atribuir valores a ela. É isso que permitirá colocar a noção de correspondência com os fenômenos  –  com a leitura de aparelhos de medida… Neste ponto surge a primeira e mais fundamental dificuldade interpretativa na MQ:

Dados um estado quântico e uma grandeza física quaisquer, em geral o formalismo quântico, simplesmente, não atribui um valor à grandeza! (Dissemos “em geral” porque há exceções.)

modelo-atual

Parece – então… que a teoria está falhando em uma de suas funções essenciais  –  a justa predição dos fenômenos… pelos resultados de medida… Como interpretar isso?

Há 2 maneiras possíveis:

i) A descrição quântica do objeto é incompleta, não prevendo valores exatos de grandezas mensuráveis;

ii) Os valores dessas grandezas não existem – ou não estão definidos antes que se efetue a medida; a medida então criaria, ou tornaria definidos os valores, não sendo propriamente uma medida, no sentido usual do termo, mas sim ‘a mera revelação de uma propriedade preexistente do objeto investigado’.

Entre os fundadores da MQ, Schrödinger, de Broglie e, sobretudo, Einstein, defenderam a posição (i); Bohr, Heisenberg e praticamente todos os outros sustentaram (ii), que se tornou a posição dominante. Vejamos, brevemente, como essa divergência básica se amplificou… – e, ramificou… ao longo das discussões subsequentes.

As interpretações da mecânica quântica

a) Incompletude. Para mostrar que a descrição quântica das propriedades dos objetos é incompleta, Einstein, Podolsky e Rosen propuseram um interessante argumento em 1935, o chamado “argumento de EPR“. – Outro importante argumento para o mesmo fim foi proposto no mesmo ano por Schrödinger, argumento hoje conhecido pelo nome pitoresco de gato de Schrödinger“.

Não obstante a força desses argumentos e os abalos que causaram no campo adversário, a tese da incompletude não prevaleceu, por vários fatores. Primeiro, em 1932 von Neumann apresentou uma prova de que, aceitas certas premissas, qualquer tentativa de completar a descrição quântica seria matematicamente impossível. – Posteriormente, os argumentos foram rebatidos informalmente pelos defensores da tese oposta.

Por fim, apesar dos problemas conceituais, a MQ                                             mostrou um ‘poder preditivo’ – sem precedentes.

Embora para cada estado quântico o formalismo sempre deixe de especificar os valores de certas grandezas, atribui, no entanto, probabilidades de que os valores sejam encontrados empiricamente, por meio de medidas. Foi nessa atribuição de probabilidades que a teoria revelou sua impressionante capacidade preditiva.

Apesar de tudo, os argumentos EPR, e os de Schrödinger tornaram-se o pivô da maior parte das discussões sobre os ‘fundamentos’ da teoria — até nossos dias… — levando a desdobramentos extremamente ricos… Dentre eles, mencionamos a criação por David Bohm, em 1952, de uma teoria mais completa que a MQ. Esse fato pressupôs evidente,   um bem sucedido questionamento da relevância da prova de von Neumann.

Teorias desse tipo são hoje ditas teorias de variáveis ocultas (TVOs). Apesar de irem além da MQ na atribuição de valores às grandezas físicas, coincidem com ela nas suas predições probabilístas. Diversos pesquisadores sucessivamente…por meio de importantes teoremas algébricos, mostraram que para reproduzir as predições quânticas… — as TVOs deveriam incorporar um traço conceitual inteiramente não-clássico … chamado ‘contextualismo, significando que valores das grandezas físicas podem refletir, não apenas as propriedades do objeto, mas também de todo o seu “contexto“.

Foi esse traço que mais tarde levou Bohm a desenvolver a ideia de um ‘holismo‘ … ou, ‘totalidade’ no mundo.

Intrigado com o fato da TVO de Bohm ser ‘não-local’…  ou seja… – permitir que valores atribuídos à grandezas sejam alterados…instantaneamente em ‘ações remotas’, John Bell conseguiu provar – em 1964, que toda TVO que reproduza predições estatísticas da MQ terá necessariamente de ser não-localNum admirável esforço de investigação, físicos experimentais conseguiram mostrar que, as predições quânticas relevantes para essa questão estão corretas… (Alain Aspect, em 1982)

Qualquer tentativa de complementar a MQ terá, portanto, de ser feita com a violação do princípio da localidade – um preço teórico que poucos físicos parecem dispostos a pagar.

b) Completude. A tese de que a MQ descreve tudo o que há para ser descrito, nos objetos físicos de que trata tem sido apresentada em conjunção com diversas outras, dando lugar a várias interpretações distintas da teoria. Apontaremos as principais…

b1. Interpretação “ortodoxa”. Por ter sido elaborada por Bohr e seus colaboradores, essa posição é também conhecida como “de Copenhague“. Não podemos fazer justiça aqui às sutilezas e divergências existentes dentro dessa posição.

Uma das versões mais radicais sustenta que – ao contrário de todas as demais teorias físicas, a MQ não tem como objetivo descrever nenhuma realidade transcendente aos fenômenos. — Sua função seria apenas descrever e correlacionar fenômenos … com o auxílio de um ‘formalismo’ — cujos conceitos não devem ser tidos como contrapartes teóricas de uma realidade objetiva.

Os filósofos chamam esse tipo de posição de instrumentalismo. A teoria seria mero instrumento de predição, ou cálculo… Ao deixar de tratar do plano ontológico, a teoria abdicaria por consequência de sua função explicativa. Assim, nessa variante ‘ortodoxa’,     a MQ não explicaria nada sobre o mundo real extra-fenomênico.

Outra versão pende para a posição filosófica do idealismo. Neste caso, a teoria se refere a uma realidade, que deixa de ser entendida como objetiva ela seria relativa aos ‘agentes observacionais‘. – A doutrina da ‘complementaridade‘ desenvolvida por Bohr faz parte dessa  perspectiva.

b2. Interpretação das “potências”. Ao contrário da posição anterior, não há aqui nenhum distanciamento da visão filosófica do realismo científico, segundo a qual a ciência objetiva descreve uma realidade independente de qualquer observação, ou cognição.

Aceita-se, no entanto, o desafio de reformular radicalmente                             as concepções de realidade…associadas às ‘teorias clássicas’.

Em particular…procura-se conceber uma ‘ontologia‘ compatível com a informação contida nas ‘funções de onda quântica‘. Uma dessas consequências seria a presença no mundo de objetos ‘virtuais’…aos quais seria impossível atribuir todas propriedades clássicas. (Um elétron em um estado quântico que não permita o cálculo de uma velocidade, por exemplo, na realidade não teria velocidade alguma… ou, alternativamente, deve ser concebido como tendo uma infinidade de velocidades “potenciais”.)

O grande desafio dessa proposta está em determinar, fisicamente, as condições em que essas ‘potências’ se atualizariam – e, em descrever esse processo,matematicamente. (A sugestão ortodoxa de que é a própria ‘mensuração‘…ou ato de observação por agente consciente, que determina essa transição…é rejeitada, por subjetivista.) Esse programa comporta… – presentemente… – algumas linhas de investigação bastante promissoras.

b3. Interpretação dos “muitos mundos”. Outra proposta que tem merecido a atenção de especialistas, não obstante a estranheza que causa, é a de que todas as propriedades que na proposta anterior são dadas como meramente potenciais, de fato existem, ao mesmo tempo. Como não observamos isso, e sequer conseguimos conceber tal coisa…sugere-se que cada um desses valores “exista” em um mundo diferente.

Haveria, assim…uma multiplicidade infinita de universos… – que aumenta incessantemente. O caráter definido de nossas observações se deveria, pois, ao fato de que nós próprios existimos em versões múltiplas, e em cada uma delas estamos associados a um conjunto definido de valores das grandezas físicas dos objetos com os quais interagimos.

texto base: ‘A Interpretação da Mecânica Quântica’ consulta: ‘A Realidade da Função de Onda’ # ‘Impulso para a realidade quântica’‘Função de onda: A matemática que virou realidade’ # Videoteca USP – ‘Absurdos da Mecânica Quântica’ # ‘Contestando Einstein’  **********************************************************************************

Realidade, Localidade (& indeterminação) – livremente inspirado                                     no livro “Pura Picaretagem”… — de Daniel Bezerra  & Carlos Orsi 

Realidade pode ser definida como a relação (unívoca) entre o observador, e toda coisa – direta ou indiretamente observada… No caso cosmológico – seria como alguma estrutura subjacente… – fixada pela função de onda inicial do universo.

Localidade…por sua vez, se definiria como o princípio físico, que determina que 2 ou mais corpos necessitam de um “campo de interação para se comunicarem entre si.

De acordo com a ‘Relatividade’ de Einstein…esse campo é definido através do limite (c) da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas. – A fim de determinar o ‘fenômeno EPR‘ de ‘entrelaçamento quântico’… – o qual gera um reflexo entre spins, com velocidade superior à da luz, o Teorema de Bell… experimentalmente, afirma que:

“nenhuma teoria, com variáveis ocultas locais, pode impedir que          partículas emaranhadas tenham propriedades correlacionadas                 não-locais”.

Assim, nestas condições, só é possível criar teorias que possam explicar tal experimento, por meio de variáveis ocultas não-locais… aceitando-se para tanto, uma realidade última – racionalmente… indeterminável.  # # #  Teorema de Bell (para Iniciados)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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