No nível microscópico, nas coisas do tamanho de átomos e suas partículas, a física quântica impera na descrição do comportamento da natureza. Nossos smartphones, painéis solares, as luzes LED, os instrumentos de ressonância magnética em hospitais… tudo isso depende diretamente do comportamento quântico da matéria.
Esta é uma das teorias mais bem testadas e mais consistentes de toda a ciência moderna e estamos permeados de suas aplicações todos os dias.
Comparados com o que esperaríamos do comportamento da matéria descrito pela física clássica – como uma bola de futebol indo em direção ao gol, por exemplo – as propriedades de partículas subatômicas são altamente contra-intuitivas e desafiam constantemente os limites da nossa imaginação. Mas não se preocupe, a física quântica não é tão estranha quanto você pensa… é ainda mais!
Aqui estão 4 fatos bizarros que a mecânica quântica possui
1. Tudo é feito de partículas e também de ondas
No ano de 1906, o físico britânico J. J. Thomson ganhou o Prêmio Nobel de Física por sua descoberta de que os elétrons são partículas reais. Pouco mais de 30 anos depois, em 1937, seu filho, George Thomson, foi laureado com o mesmo Nobel de Física por demonstrar experimentalmente que os elétrons são ondas.
Segundo a mecânica quântica, um elétron é uma onda e uma partícula simultaneamente.Fonte: Getty Images
Afinal, quem estava certo? Ambos. Essa é uma propriedade chamada de dualidade onda-partícula e é um dos blocos fundamentais da física quântica. Aplica-se tanto à luz quanto aos elétrons. Às vezes vale a pena pensar na luz como uma onda eletromagnética, mas outras vezes é mais útil imaginá-la na forma de partículas chamadas fótons.
2. Uma partícula pode estar em dois lugares ao mesmo tempo
Um objeto quântico pode “estar em dois lugares ao mesmo tempo” por meio de um fenômeno chamado de superposição de estados. Pensando em ondas, isso não é bem uma surpresa: se você enviar uma onda por um canal bifurcado, como dois tubos, ela se dividirá facilmente e fluirá pelos dois espaços ao mesmo tempo.
Já um elétron, por exemplo, também pode estar “aqui” e “lá” simultaneamente. Somente quando fazemos um experimento para descobrir qual é sua posição é que ele se estabelece em um ou outro estado. Essa característica está associada ao fato da física quântica ser probabilística, isto é, só podemos dizer em que estado é provável que um objeto esteja quando realizamos a observação.
No experimento mental do Gato de Schrödinger, um gato é colocado numa caixa com um material radioativo que pode ou não disparar.Fonte: Getty Images
Esta ideia está por trás do famoso experimento mental do gato de Schrödinger, em que um gato encontra-se em uma caixa lacrada, tendo seu destino ligado a um dispositivo quântico. Como o dispositivo existe em ambos os estados até que a medição seja feita, o gato está simultaneamente vivo e morto até abrirmos a caixa.
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3. Emaranhamento quântico
O emaranhamento quântico é, talvez, um dos conceitos mais bizarros de toda a física. Trata-se de um fenômeno complexo que geralmente é descrito como um vínculo “invisível” entre objetos quânticos distantes que permite que um afete instantaneamente o outro. Albert Einstein rejeitou esta ideia de forma notória referindo-se a ela como uma espécie de “ação assustadora à distância”.
Quando duas ou mais partículas estão emaranhadas, não importa quão distantes estejam umas das outras no espaço (mesmo em galáxias separadas por bilhões de anos-luz de distância), os seus estados permanecem ligados. Isso significa que eles compartilham um estado quântico comum e unificado.
Representação de um par de partículas emaranhadas.Fonte: Getty Images
Assim, as observações de uma das partículas emaranhadas podem fornecer automaticamente informações sobre a outra partícula de forma instantânea. Como consequência, qualquer ação sobre uma dessas partículas impactará invariavelmente a outra no sistema emaranhado.
4. Tem o potencial de demonstrar a existência de multiversos
Representação artística de multiversos.Fonte: Getty Images
A descrição mais comum dos fenômenos quânticos é conhecida como a interpretação de Copenhague, em que a observação de um fenômeno força a “escolha” de um resultado quântica.
No entanto, os defensores da Interpretação dos Muitos Mundos argumentam que, no momento em que a medição é feita, a realidade bifurca-se em duas (ou mais) cópias de si mesma: uma na qual o resultado A aparece e outra onde vemos o resultado B.
De acordo com esta interpretação, no que diz respeito a partículas quânticas, a realidade é composta de inúmeras camadas emaranhadas e à medida que nos aproximamos das escalas maiores que vivenciamos no dia a dia, essas camadas se desembaraçam em diversos mundos possíveis.