Bohr, e o Yin/Yang da Complementaridade

“A lição de Bohr não é que a realidade seja subjetiva, mas sim que nós, sujeitos observadores – fazemos parte da realidade… que observamos.”  (Slavoj Zizek)                  

Niels Bohr (1885-1962)

Niels Bohr
(1885-1962)

Niels Bohr… foi um dos físicos mais importantes para o desenvolvimento da ‘mecânica quântica‘…  Em 1913, o jovem dinamarquês logrou aplicar as ideias embrionárias da nascente física quântica (iniciada com Max Planck em 1900) para dar uma representação ao átomo, para o qual, seu orientador Ernest Rutherford, em 1911… demonstrou possuir um “núcleo massivo“… – cercado de elétrons.

O assim chamado “modelo atômico de Bohr” é ensinado até hoje no Ensino Médio, apesar de superado, em 1925, pela “nova mecânica quântica com o trabalho do grupo de Göttingen (Heisenberg, Jordan & Born)…a dita mecânica matricial – e início de 1926, Zurique…com   a mecânica ondulatória de Schrödinger. Logo, essas 2 abordagens se tornaram, a atual mecânica quântica.

No início de 1927, Bohr teve a ideia de que as entidades fundamentais do mundo não eram partículas…como os atomistas sempre supuseram, muito menos ondas, como Schrödinger acreditava… Com efeito, nem faria sentido dizer o que eram essas entidades fundamentais, pois nosso conhecimento tem limites…(como já dissera o filósofo Kant, no século XVIII)… “Lidamos com ‘representações’ da realidade… portanto, não temos acesso às coisas em si”.

As contradições…

Uma proposta…que Werner Heisenberg, nesta época — trabalhando com Bohr…em Copenhague considerava…era que tanto faz usar representação corpuscular (partículas) ou “ondulatória” … pois ambas forneceriam as mesmas previsões experimentais. A ideia de Bohr…por outro lado… era de que o uso de um determinado esquema…’corpuscular’ — ou ‘ondulatório’ — dependeria do tipo de experimento usado. Assim, pelo princípio da complementaridade… um fenômeno pode ser…ou ‘corpuscular’ ou ‘ondulatório’; mas nuncaambos ao mesmo tempo.

E o que faria um experimento enquadrar-se num quadro ou outro?…A resposta era simples – se o experimento exibir ‘franjas de interferência’…ele é ondulatório; se pudermos inferir a trajetória do quantum detetado…o fenômeno é corpuscular.        Logo, quando se produzem interferências – não temos trajetória; e vice-versa.

Além disso, Bohr afirmava que essas 2 descrições ‘exaurem’ as possibilidades de descrição; ou seja, não haveria uma maneira mais completa de representar uma entidade quântica, como um elétron – por exemplo, que em alguns experimentos             se comportaria como partícula – e, em outros, como onda…complementarmente.

As interpretações

Em torno de 1927 Bohr já não estava na linha de frente dos cálculos… mas sua maturidade o fez refletir a fundo a cerca do ‘significado’ da nova física dos átomos…Ele estava ‘preocupado’ com a questão da “interpretação” da teoria quântica, que entre outras, se dividia numa ‘realista’ interpretação ondulatória…postulando “colapsos reais” da onda quântica… e a “linha  subjetivista”…tendo a “consciência”,  como causa motora desses colapsos.

A interpretação que, a partir de 1928, tornou-se hegemônica na física…foi aquela construída em torno das ideias de Bohr de complementaridade,    conhecida como “interpretação [“ortodoxa” (sic)] de Copenhague.

Poderíamos dizer que existe uma entidade mais complexa, um “quantum” (como alguns autores sugerem), que só pode ser observado sob uma perspectiva ou outra?…Essa leitura realista é interessante, mas não era assim que Bohr pensava… Pode-se dizer que Bohr era “instrumentalista”, ou “positivista”…(apesar deste último termo ser impreciso, e Bohr até rejeitá-lo) – ou seja…para ele a tarefa da ciência seria descrever o que se pode observar, e não especular “metafisicamente” sobre o que está além das possibilidades de observação.

contraria sunt complementa

Origens e consequências 

Com o passar do tempo, porém… o próprio Bohr começou a aplicar sua noção de complementaridade para várias outras áreas do saber. – De início, supôs que na “biologia”  haveria uma complementaridade…entre a unidade de um ser vivo, e sua análise física – tendo… ao final de sua vida, abandonado tal ideia… Uma das origens dessa concepção estava na psicologia de William James, de onde derivou a “máxima”…da complementaridade, entre pensar e sentir: 

“se tento pensar sobre aquilo que estou sentindo,  deixo de sentir então aquilo que estou pensando”.

Na ética, sugeriu uma complementaridade entre justiça e compaixão — e, na linguagem, entre o uso de uma palavra e sua definição estrita.  –  Mais adiante… Bohr encontrou na filosofia chinesa do yin-yang uma expressão antiga de sua concepção filosófica – tanto que colocou o tradicional símbolo do yin-yang, no centro do brasão que desenhou… – ao ser agraciado com a Ordem do Elefante da Dinamarca. O lema do brasão é “contraria sunt complementa (que traduzido do latim: “contrários são complementares“).

a)  consequências do Princípio da Complementaridade (segundo Bohr)

_”O mundo exterior não tem existência própria, estando antes,                                                      ‘inextrincavelmente’…ligado – à percepção que dele fazemos”.

_”Incerteza e indeterminação são inerentes ao mundo quântico,                                                     e… não… – apenas resultado de nossa percepção incompleta”.

_”A Física não nos diz o que é o “mundo”… — mas, sim… —                                                             aquilo que podemos dizer, uns aos outros, a respeito dele”.

_”A realidade quântica do mundo microscópico está… – irremediavelmente                       ligada à organização do “mundo macroscópico”, ou seja… – a Parte não tem                 qualquer significado, exceto quando relacionada ao Todo” (caráter holístico)

b) consequências do fenômeno EPR (segundo Bohr)

“As propriedades microscópicas de uma partícula, têm de ser vistas com base no seu contexto macroscópico total… Neste caso – um objeto distante…mas correlacionado,   forma uma parte inseparável do “sistema quântico”. – Embora… nenhum sinal… ou ‘influência direta’ possa viajar entre A e B… – as medições efetuadas em B… – ao se discutirem as circunstâncias de A…não podem ser ignoradas”.

As definições (comuna de Física /Orkut – 2006)

Partícula é um conceito macro porque é humano…vem da nossa idealização de pequenas bolinhas pontuais; no mundo atômico e sub atômico não existe nada disso…só existem (se é que existem) ondas, e não são ondas de probabilidade… – são ondas de flutuações de campos (eletromagnético, gravitacional, etc..) – são os ‘padrões de interferências’ dessas ondas que chamamos de “partículas“… mas, são apenas “padrões”.

‘Onda de probabilidade‘ é uma expressão usada pelos físicos da chamadaescola de Copenhague‘ (Niels Bohr, Heisenberg…) – essa escola afirma ter o universo… – em sua dimensão micro (de molécula para baixo) uma natureza fundamentalmente aleatória, porém a mecânica quântica tem outras interpretações que não aceitam essa ideia, uma delas é chamada “variáveis ocultas“… defendida por Bohm, Einstein e Schrödinger.

ondas

As conclusões… 

a) Einstein afirmava que, antes de dizermos que… ‘essencialmente’ o mundo é ‘aleatório’ — precisamos encontrar leis… ou, variáveis, que ainda não descobrimos…devido à nossa ignorância – em relação ao mundo quântico.

b) Ao jogarmos uma única pedra em um lago tranquilo – logo veremos a formação de uma ondulação clássica que se espalha segundo leis bem compreendidas; se jogarmos 2 pedras, a sobreposição das 2 ondas formará um padrão de interferência também já bem estudado. Mas… se jogarmos uma quantidade grande de pedras – o padrão será tão complexo … que seremos tentados a pensar que aquela estrutura é aleatória.

c) A “relatividade restrita” e a “mecânica quântica” se complementaram bastante bem (mas não, sem problemas) no que hoje, é considerada a teoria física de maior sucesso:      eletrodinâmica quântica…Com exceção da gravidade, as interações fundamentais estudadas pela mecânica quântica já foram razoavelmente compreendidas… Agora, o grande desafio da Física é conciliar a “relatividade geral”…com a “mecânica quântica”.

d) Em termos estritos, um fóton não é uma partícula, nem exatamente uma onda; ele é a excitação de um campo eletromagnético. Ou seja, o fóton é essencialmente ‘informação’.

Na verdade, se tivéssemos uma tabela com a posição… e o instante em que cada pedra atingiu a superfície do lago, poderíamos – teoricamente (com auxílio das equações de Fourier) resolver o ‘misterioso’ padrão… – Essa analogia é apenas para mostrar o que       seria uma teoria de variáveis ocultas; nessa analogia, as variáveis ocultas seriam       as ondas fundamentais formadas por cada pedra… Osvaldo Pessoa Jr. (texto base) ********************************************************************************

Dualidade…”Onda/Partícula”…

Desde Newton…a polêmica sobre o caráter ondulatório ou corpuscular da radiação foi continuamente mantida; até que, por volta de 1905…Einstein apresentou uma teoria estabelecendo os “limites de validade”…de um e outro comportamento. Em suma, na 2ª década do século XX já não havia mais razão para duvidar do “caráter dualístico”  ondulatório/corpuscular…da “radiação.

Sob o ponto de vista moderno…depois de tudo que sabemos… parece natural imaginar que essa dualidade também seja verdadeira para a matéria. Todavia, o conhecimento científico da época não permitia essa generalização… – Como se sabe…depois de Planck, Einstein…e Rutherford, Bohr elaborou seu modelo para explicar as…’linhas espectrais” – observadas desde o final do século XIX…Ocorre que no seu ‘modelo’, Bohr foi obrigado a impor certas  restrições ao movimento do elétron em torno do núcleo…E, nesse caso, para o físico Louis de Broglietais restrições eram os mais evidentes sintomas – da necessidade de uma nova concepção do comportamento da natureza. A essência descontínua da quantização, assim expressa pelo surgimento de números quânticos inteiros, revelava um ‘estranho contraste’  com a natureza contínua dos movimentos da dinâmica newtoniana e mesmo einsteiniana.

Portanto, seria necessária uma nova mecânica, onde as ideias quânticas, ocupando um “lugar fundamental”… – não fossem postulados acessórios.

Um aspecto que chamou a atenção de de Broglie foi o fato de que as regras de quantização envolviam números inteiros. – Ora, sabia-se há muito tempo, que ‘números inteiros’ eram fundamentais em todos os ramos da física onde haviam fenômenos ondulatórios; tais como elasticidade, acústica e ótica… sendo necessários para explicar a existência de ondas estacionárias, de interferência, e de ressonância… Seria, portanto, permitido pensar que a interpretação das condições de quantização levariam, inevitavelmente … à inclusão de um aspecto ondulatório no comportamento dos elétrons atômicos. – Dever-se-ia então…fazer um esforço para atribuir ao elétron…(e a todos corpúsculos) uma natureza dualística igual àquela do fóton, para dotá-los de um “aspecto ondulatório” e de um “aspecto corpuscular” interligados pelo quantum de ação (a “constante de Planck“). (texto base) (p/consulta)

O “Princípio da Complementaridade”e o observador na Mecânica Quântica Podemos utilizar fótons para visualizar a trajetória dos elétrons… quando estes passam por uma fenda dupla. Porém, quando isso acontece a natureza ondulatória dos elétrons, caracterizada pelo padrão de interferência…desaparece completamente. Entendemos isso, como sendo uma manifestação do “Princípio da Complementaridade”.

fenda dupla

Esquema do experimento de fenda dupla com elétrons sendo observados por fótons. As probabilidades P´1 e P´2 correspondem às situações nas quais apenas os buracos 1 ou 2 estão abertos, respectivamente. Já a probabilidade P´12 corresponde à situação em que os dois buracos estão abertos simultanemente.

Segundo o ‘Princípio da Complementaridade’, enunciado pela primeira vez pelo físico dinamarquês Niels Bohr…as características de onda e partícula são complementares e nunca se manifestam simultaneamente, ou seja…se fizermos um experimento no qual fique claramente caracterizada a “natureza ondulatória” de um objeto quântico… suas características de partícula não irão se manifestar; e vice-versa. Na experiência “fenda dupla”, assim que determinamos a ‘trajetória’ (conceito típico de partícula) do elétron,      seu ‘padrão de interferências’ (conceito típico de ondas), desapareceu completamente.

Toda esta discussão, traz consigo aspectos interessantes… – no que se refere ao papel do observador na Mecânica Quântica. – Ao observarmos a trajetória do elétron, destruímos sua natureza ondulatória. Na Física clássica, sempre imaginamos o “observador”…isto é,   a pessoa que realiza o experimento, como ‘ente passivo’…que não interfere com o objeto   de medida. É assim, por exemplo, quando observamos estrelas no céu…elas não alteram seu movimento por causa de nossa observação. – No entanto…na ‘Mecânica Quântica’ o “observador” adquire um papel ativo…e fundamental para a teoria. Torna-se impossível realizar uma medida sem interferir com o objeto a ser medido… A mensuração destrói a interferência quântica, causando o chamado “colapso da função de onda… Portanto, o efeito de observar um estado do sistema, traz como consequência sua própria alteração.

E isso ocorre não apenas no caso do elétron passando pela ‘fenda dupla’, mas com todos ‘sistemas quânticos’. Na física quântica, a distinção entre observador/observado, deixa assim de ser linear – devendo-se levar em conta que o observador… é também um ‘sistema físico‘ interagindo com    o objeto de medida. – Nesse caso, a interpretação probabilística…assim como o papel do observador têm os atributos de uma “interpretação de Copenhagen“…creditada a N. Bohr.

Essa é a interpretação mais aceita hoje em dia…Mas, há muitos físicos que discordam dessa ideia, e dentre estes, se destaca Albert Einstein. Segundo ele… “a crença em um mundo exterior – independente do observador… – é a base de toda a ciência natural”.

‘O Princípio da Complementaridade, e o observador na Mecânica Quântica’  **********************************************************************

O arauto da “complementaridade”  OSVALDO PESSOA JR. (março/1996)                  Segundo Bohr, um objeto quântico, como um átomo, não pode ser inteiramente entendido dentro de um quadro único; necessitando de descrições mutuamente excludentes, como “onda” ou “partícula”, para que juntas se complementem na                descrição de um objeto.

Esquiando na Noruega no início de 1927… o físico dinamarquês Niels Bohr… – já famoso por propor um importante modelo para o átomo… em 1913 – desenvolveu a concepção que o marcaria… para o resto de sua vida…a complementaridade. Esta ideia surgiu dos esforços efetuados por Bohr para interpretar a chamada ‘mecânica quântica’…nova teoria atômica que se cristalizava na época. — De fato, o que Bohr fez foi tentar elucidar a natureza “dualística” da matéria…ao nível atômico… que a permite comportar-se como ‘partícula’ (seguindo trajetórias bem definidas), ou como ‘onda‘ (ao se espalhar…interferindo consigo mesma) de modo a fundamentar de suas limitações…princípios ao “ato de observação” — dos corpos microscópicos.

Digamos que, em um certo experimento, um objeto se propaga como partícula; este mesmo objeto poderá também se propagar como onda…mas, isso só pode acontecer    (numa “tese empírica”) se a aparelhagem experimental for adequadamente alterada.    Para Bohr…estamos presos à linguagem da “física clássica” (incluindo termos como “onda” e “partícula“), narrando tais ‘procedimentos experimentais’. E, a linguagem clássica é insuficiente para descrever objetos quânticos dentro de um ‘quadro único’.

Na mesma época, também em Copenhague, o jovem Werner Heisenberg desenvolveu sua própria concepção sobre os problemas microfísicos, com o famoso ‘princípio da incerteza’. A conciliação dessas 2 abordagens…levou ao estabelecimento da “interpretação ortodoxa” (de Copenhague) da física quântica. – Assim, à complementaridade, enfatizada por Bohr, unindo 2 concepções contraditórias na física clássica (‘onda’…e ‘partícula’) – Heisenberg, atendo-se apenas ao ponto de vista corpuscular, considera o ‘aparelho de medição’ como causador de um distúrbio incontrolável sobre o objeto quântico (expressando então para Bohr, uma “individualidade”…ou, “descontinuidade essencial” dos processos quânticos).

princípio.incertezaComo consequência…temos o “princípio de incerteza“… afirmando que grandezas que na “física clássica”, coexistem numa mesma partícula, como posição e velocidade…passam    a ser mutuamente indefinidas na mecânica quântica… Surge daí uma ‘complementaridade’, diferente daquela…entre onda    e partícula; no que Bohr dizia: descrição espaço-temporal e leis de conservação dinâmica.

Em seu livro “Física Atômica, e Conhecimento Humano” (Ensaios 1932–1957), o artigo que o faz obrigatório para o estudante mais interessado… em história e filosofia da física é o artigo clássico… “O Debate com Einstein sobre Problemas Epistemológicos na Física Atômica”…escrito em 1949 – que relata as discussões dos dois gigantes da física teórica do século XX … travadas durante 1 década.

Nas conferências de Solvay, de 1927 e 1930… Einstein forneceu “experimentos de pensamento”, na tentativa      de violar o ‘princípio de incerteza’, mas Bohr mostrou      os erros destas propostas. Em 1935, porém… Einstein, Podolsky e Rosen (EPR) lançaram um “desafio”… que obrigou Bohr a rever sua “interpretação” … incluindo    no “fenômeno quântico”… – o “aparelho de medição”.

A interpretação ortodoxa ainda é a mais aceita entre os físicos, apesar de haver crescente competição por parte de outras interpretações…Isso coloca as teses de Bohr na ordem do dia. Como exemplo da discussão que se trava atualmente, pode-se mencionar a descrição (a partir de 1979) de “fenômenos intermediários” entre onda e partícula… – o que alguns consideraram um desafio à “interpretação ortodoxa”… — No entanto, a existência de tais fenômenos não afeta o cerne das teses desenvolvidas por Bohr… – pois tais fenômenos… também podem se apresentar em “pares complementares”…e, mutuamente excludentes.

Entre filósofos da ciência, discute-se muito se Bohr…que em várias passagens apresenta a teoria quântica como um mero instrumento, para descrever observações (colocando-se na tradição ‘positivista’), seria no fundo um ‘realista’, concebendo uma realidade por trás das observações passível de descrição. Ou talvez, numa solução que muito o agradaria… – um “realista instrumentalista”, bem no espírito yin-yang da complementaridade! (texto base) ***********************************************************************************

Trechos do livro “O átomo assombrado”… de Paul Davies e J.R.Brown                 

Entrevistador… –  Tanto o senhor, quanto Bohr, referiam-se à ‘medição quântica’…como a transição de uma atividade atômica para o conhecimento (ou significado)…através de um processo de ‘ampliação irreversível’. Existe a possibilidade de…alguma vez, encontrarmos a “descrição exata” desta transição?

John Wheeler – Encontrar a descrição correta da construção do conhecimento a partir da medição, é, na minha opinião… um empreendimento dificílimo, mas extremamente importante. Nenhum fenômeno quântico elementar é um fenômeno — até culminar num ato irreversível de amplificação… pela deteção.

Niels Bohr A descrição da complementaridade da teoria quântica é uma descrição objetiva – e, a única possível.

John Wheeler – Mas, com certeza Einstein também desejava uma perspectiva objetiva da teoria quântica. Penso que o termo ‘objetiva’ — no sentido de Bohr — se referia à ideia de tratar aquilo que está a nossa frente… às percepções que experimentamos, e medições que se realizam…e não à ideia de Einstein…de um universo independente do observador.

A ideia de Everett, da teoria quântica, consistia em pegar na chamada  “função de onda para a amplitude de possibilidade” – que no passado, havia sido normalmente aplicada   ao elétron, átomo ou cristal…e, em vez disso aplicá-la a todo o universo. Apoiei porque, para começar, parecia representar a sequência lógica do formalismo da teoria quântica.

Hoje… já não penso da mesma forma, porque a bagagem                   metafísica que esta interpretação envolve é muito pesada.

Na minha opinião, é necessário encontrar uma perspectiva diferente – segundo a qual, o conceito primário é tirar um sentido da observação…e a partir dele derivar o formalismo da ‘mecânica quântica‘. – Nesse sentido…penso que um dia se demonstrará que a teoria quântica depende da matemática dos grandes números. 

O próprio Einstein, que se opunha a muitos aspectos da mecânica quântica, exprimiu um dia a opinião de que a teoria quântica viria a ser considerada semelhante à ‘termodinâmica’… (transcrito de entrevistas à BBC/Londres) ************************(texto complementar)**************************

Cientistas medem o formato de um fóton  (ago/2012)                                                              Pesquisadores conseguiram pela 1ª vez medir o complexo formato de um fóton, as chamadas “partículas” individuais da luz. O feito teve a participação da brasileira Katiuscia Nadyne Cassemiro, professora da Universidade Federal de Pernambuco.

formato-foton

[Imagem: M. Bellini/National Inst. of Optics]

Em ‘termos estritos’… — o fóton não é uma partícula…  nem exatamente uma onda – ele é uma excitação de um ‘campo eletromagnético’. Ou seja, é “essencialmente”… informação. – E assim… a medição de sua forma pode ajudar a criar novos modos de criptografar informação.  Como um pulso de luz tem uma gama enorme de formatos possíveis, já que seu formato está definido pelas “amplitudes“…efases“…de seus componentes de ‘frequência’ – é possível codificar informações no formato do fóton…e, transmiti-lo… — de algum lugar — para outro.

E a liberdade é tão grande… que um único fóton pode representar – não apenas… qualquer ‘letra do alfabeto’, como até mesmo configurar uma combinação quântica em superposição de várias letras. O experimento agora realizado tem a ver com a leitura desse fóton quando chega ao destino (situação necessária, para poder retirar dele a “informação” que carrega).  A técnica consiste em combinar o fóton a ser medido, com um ‘pulso de laser’, permitindo que ambos se interfiram mutuamente, reforçando ou cancelando um ao outro… conforme sua forma…quanto mais parecidos, maior é a probabilidade de detetar o formato do fóton.

A equipe otimizou o método repetindo a mixagem várias vezes, com fótons idênticos – e, redesenhando periodicamente o pulso de laser com base nas medições anteriores… para, finalmente demonstrar que a técnica permite a recuperação de informações, codificadas artificialmente, nos complexos estados de um fóton individual…Os pesquisadores assim, desenvolveram um método para refinar as medições de uma série de ‘fótons individuais’ em estados idênticos…mas arbitrários; possibilitando também, as chances de se utilizar     os complicados… “estados internos da luz“… — para transmitir dados.  (texto base) *********************************************************************************

Sobre a natureza fundamental da luz (nov/2012)                                                                Dois grupos de físicos garantem ter chegado, independentemente…                                          a um ‘veredito final’ sobre a denominada dualidade onda/partícula.

efeito fotoelétrico

De Newton a Maxwell a luz foi sempre considerada onda…Foi Einstein, quem ganhou o “Prêmio Nobel de Física” … demonstrando o “efeito fotoelétrico” – cuja explicação considera os fótons, partículas. Daí então, surge a “mecânica quântica“…prevendo que fótons, bem como qualquer outro sistema quântico  podem ser…partículas e ondas – simultaneamente.  Todavia, mesmo assim, discussões sobre o assunto nunca foram suspensas, porque o resultado…’onda ou partícula’, dependerá do modo como a medição for realizada… – Meça um fóton de um jeito, e ele lhe dirá que é uma partícula. – Altere a medição, e ele se transmutará em partícula…Ademais, as equações da mecânica quântica, tranquilamente assentadas sobre uma base história de extremo sucesso… – preveem, que uma partícula pode estar em distintos lugares, ao mesmo tempo. Na verdade…a partícula pode estar até mesmo em infinitos lugares ao mesmo tempo (como uma onda)E, não somente…”parecendo“…uma onda… – mas, efetivamente… “sendo“… uma onda.

Essa ‘irrazoabilidade’ criou a expectativa entre os físicos, de encontrar uma resposta ‘mais fundamental’; uma “verdadeira natureza da luz”… – porque é bem esquisito assumir que uma coisa pode ser 2 coisas…ao mesmo tempo.

luz-onda-particula-2

Na parte de trás, as oscilações sinusoidais indicam interferência de um único fóton – fenômeno tipo onda. Na parte da frente, não há oscilações – comportamento de partícula. Entre esses extremos, o fóton metamorfoseia-se de onda para partícula, numa superposição dos 2 estados.

O que os 2 grupos de físicos puderam agora provar, na prática…foi que esse joguinho termina mesmo “empatado”.

Os experimentos similares… – foram realizados…pelo grupo de A. Peruzzo, da Universidade de Bristol, no Reino Unido…e Florian Kaiser e equipe, do instituto francês CNRS… Pela 1ª vez, os físicos puderam observar fótons, não como partículas ou ondas, mas como partículas e ondas, ao mesmo tempo. 

A “observação” da dualidade partícula/onda é baseada em uma proposta feita pelo físico John Wheeler, nos anos 1980. O ‘experimento’ consiste em dividir os fótons… – e depois reuni-los novamente. – Dividir uma onda é trivial, mas não dividir um “fóton/partícula”.  Na medição… – o 1º interferômetro divide a onda de luz… – e o 2º, as reune novamente, registrando o resultado. Quando um fóton disparado individualmente…atravessa o 1º, o resultado no 2º continua sendo um padrão de interferência; típico de ondas, mas nunca      de partículas (ainda que o fóton não se divida)Comprova-se assim, a famosa dualidade.

Mas, o que faltava então, era ver como e quando um fóton “vira” partícula, ou “vira” onda. Para isso, os 2 grupos idealizaram variações do “experimento de Wheeler”, que permitem ao fóton ser rastreado o tempo todo, e medido continuamente. Foram usadas, nesse caso, configurações ligeiramente diferentes — mas ambas usaram pares de fótons entrelaçadosUm dos fótons é observado, e detetado em um interferômetro…enquanto o outro “decide” se a medição será feita de modo a resultar em partícula ou onda (o tipo de medição é que determina como o fóton responderá…partícula, ou onda)Como o que acontece com um fóton, sempre interfere com seu parceiro entrelaçado… os cientistas puderam observá-lo  continuamente…se transformando…entre suas próprias configurações…partícula e onda.

Uma situação correspondente, àquele estranho impasse… – no qual um gato…conhecido como ‘Gato de Schrödinger‘ é colocado dentro de uma ‘caixa’ – com um ‘frasco de veneno’… cuja quebra só será definida… pelo comportamento da partícula quântica. Ele (o gato) estará “vivo e morto” ao mesmo tempo; porque a ‘condição da partícula’ só poderá ser definida…quando a própria partícula for medida — o que então, só acontecerá – quando afinal…a caixa for aberta.

Mesmo se o ‘fóton de controle’ decide como medir a partícula…depois dela já ter passado pelo 1º interferômetro…ela mantem sua natureza “indecisa“… – Em termos do gato, isso significa que continua sendo possível determiná-lo como vivo ou morto, ou vivo e morto ao mesmo tempo – mesmo quando já deveria estar definida sua sobrevivência (…ou não).

A vantagem dos experimentos é que, em vez de medições individuais, é permitido explorar a passagem da luz, de comportamento ‘tipo onda’, para um comportamento ‘tipo partícula’ – uma “passagem” que é constante. – Como nos experimentos essa situação se repete… ao infinito… torna-se possível observar que o fóton assume… constantemente, as 2 condições, ou seja, o fóton é realmente, uma ‘partícula‘ e uma “onda“, ao mesmo tempo. Desse modo, o experimento terá implicações para todos sistemas quânticos, entre os quais, qubits…na  computação quântica, processadores fotônicose comunicação por fibra ótica. (texto base************************************************************************************

Experimento em vácuo quântico pára o tempo, e muda definição de luz

Foi dado mais um passo, rumo à compreensão e domínio do enigmático “vácuo quântico“,  que tem-se mostrado totalmente diferente da noção tradicional. – No vácuo quântico, em vez de um ‘nada’; há partículas emergindo para existência, e rapidamente desaparecendo,  o tempo todo… – aquelas mesmas, que podem… criar qubits em computadores quânticos.

A equipe do professor Alfred Leitenstorfer, especialista em fenômenos ultrarrápidos, que já havia descoberto como detetar sinais desse “nada quântico”… – agora, descobriu como manipular o ‘estado elétrico‘ do vácuo quântico; de forma a alterar o estado fundamental do espaço vazio…algo que numa “teoria quântica da luz” – significaria…”esvaziar o vazio”.

medicao-vacuo-quantico

“Congelando o tempo”

O experimento começa…com um laser especial, gerando pulsos ultracurtos de luz … que duram apenas alguns femtossegundos … de modo que seu comprimento de onda é mais curto que 1/2 ciclo da luz estudada… – a frequência utilizada fica na faixa do infravermelho médio. Isso gera uma sensitividade tão extrema… que permite a deteção de “flutuações eletromagnéticas” … até mesmo na mais completa escuridão…Para isso, em vez de operarem com frequências de ondas de luz, a equipe trabalha no domínio do tempo.

Em vez de analisar a luz numa faixa de frequência, como normalmente se faz…em um determinado instante no tempo, as amplitudes do “campo elétrico”… são diretamente medidas. Estudando diferentes instantes (pontos) na “linha do tempo”, produz-se um mapa característico dos padrões do ruído de fundo mais fundamental, donde pode-se    tirar nítidas conclusões sobre o estado quântico temporal dos fótons. Desse modo, no momento em que o pulso de laser se propaga junto com o “campo quântico”, que está sendo estudado… – o experimentode uma certa maneira… – pára o tempo.

Em última instância…tempo e espaço se comportam de forma absolutamente equivalente durante um experimento… o que é                    uma indicação da natureza inerentemente relativística da luz.

Como esta nova técnica de medição – não é preciso absorver os fótons…a serem medidos, muito menos amplificá-los…é possível detetar o ruído de fundo eletromagnético do vácuo diretamente, e portanto, os desvios controlados desse estado fundamental…criados pelos próprios parâmetros do experimento… – E o professor Leitenstorfer ainda complementa:

“Cria-se assim…uma técnica radicalmente nova…e mais precisa                      de realizar medições quânticas … pelas quais podemos analisar,                    numa primeira aproximação, estados quânticos sem alterá-los”.

luz-miniaturizada

A linha sólida branca mostra onde a densidade espectral cai abaixo de 1, indicando a presença da luz comprimida naquela fase e frequência. [Amir H. Safavi-Naeini et al.]

Comprimindo o vácuo e a luz

Para demonstrar a real manipulação do estado fundamental do ‘vácuo quântico’…a equipe usou sua técnica para gerar ‘luz comprimida‘… estado do ‘campo eletromagnético’, que não é explicado pela física clássica. – Um pulso intenso de laser…com duração de alguns femtossegundos … altera a velocidade da luz, num determinado “segmento real”…do “espaço-tempo”.

Esta modulação local da velocidade de propagação “espreme” o campo do vácuo…então  comprimindo o vácuo quântico… o que equivale a uma redistribuição das flutuações do vácuo. Como a frente de onda da luz em alguns pontos fica mais lenta ao seguir o vácuo, tudo o que vem atrás também vai andar mais devagar…como em um congestionamento    na estrada, criando pulsos de luz mais curtos – ou seja… – a chamada “luz comprimida”.

tempo-curtoEnquanto as ‘amplitudes de flutuação’, se desviam positivamente do ruído de vácuo com uma velocidade – ‘temporariamente’ crescente da luz — quando acontece uma desaceleração… como neste experimento, gera-se um fenômeno surpreendente … o nível de ruído medido é menor do que no estado de vácuo…Ou seja, produz-se uma redução do estado fundamental do vácuo, que se torna…quanticamente ‘mais vazio’, ou menos energizado. – E tudo isto junto, coloca em questão, a própria definição de luz ou fóton. Conforme estes resultados, em lugar de ser um pacote quantizado de energia…um fóton nada mais édo que uma medida das flutuações quânticas locais de um campo eletromagnético, no ‘espaçotempo’. (texto base – jan/2017)

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
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5 respostas para Bohr, e o Yin/Yang da Complementaridade

  1. JMFC disse:

    Na verdade ainda não se chegou ao cerne da questão, que é aquilo que observamos (o mundo micro) e do modo como o observamos vêmo-lo como uma onda ou uma partícula.
    Quando enviamos um feixe de electrões através de uma fenda sobre um alvo, se os observarmos antes da sua passagem na fenda, apresentam a sua impressão no alvo como partículas; se os não observarmos aparecerão no alvo como ondas e se…os observarmos após a sua passagem pela fenda mas antes de impactarem no alvo surgem novamente como partículas.
    A realidade é bem mais complexa. Desmontá-la para a melhor conhecer, é essa a tarefa do ser humano. Criar modelos que a reproduza é o caminho. E os caminhos são muitos no seio da floresta escura. Há sempre algum que nos levará para a orla da floresta e vai-se fazendo luz…
    A realidade será feita de cordas a vibrarem em diferentes frequências com as consequentes interferências?! Este é um caminho…

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  2. JMFC disse:

    “o aparente problema se refere à nossa limitada capacidade de observação”

    Acabei de ler o artigo. O que achei de novo e interessante é essa metamorfose que vai acontecendo ao fotão. Ele é onda e partícula. Aprendera já há alguns lustros atrás que todo o corpo em movimento tem associado uma onda, desprezável para os de maior massa quando se faz o cômputo total.
    Reportava-me à (im)possibilidade de descobrirmos o que estará para além…, escondido de nós e se um dia teremos acesso à sua total compreensão e descoberta. Por isso me referira às cordas, a sua vibração, de que as diferentes partículas seriam a sua consequência!
    Obrigado, Cesarious. Muito interessante e oportuno o que escreve. As descobertas e os avanços científicos que vão sucedendo são uma candela no caminho da humanidade.

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  3. Cesarious disse:

    Ainda bem que, com a ajuda de seus comentários, essas questões nebulosas vão tomando forma, para nosso espanto e deslumbramento. Te confesso que na faculdade, quando comecei a aprender física quântica, com as equações de De Broglie e Schrödinger, pensei em abandonar os estudos pra me dedicar à poesia (e de certa forma o fiz). Talvez porque, àquela época, não existisse o Wikipédia pra me socorrer, ou um amigo com quem conversar.
    VLW

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  4. Aninha disse:

    Belíssimo artigo!

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