O brilhante erro de Einstein: Estados entrelaçados- Chad Orzel

Vejam a aula completa em: http://ed.ted.com/lessons/einstein-s-brilliant-mistake-entangled-states-chad-orzel

Quando pensas em Einstein e física, E=mc^2 é provavelmente a primeira coisa que te vem à cabeça. Mas uma das suas maiores contribuições para a área veio na verdade na forma de uma estranha e filosófica nota de rodapé de um artigo que ele coescreveu em 1935 -- que acabou por se revelar errado. Chad Orzel explica em detalhe o artigo "EPR" de Einstein e os seus insights sobre o estranho fenómeno dos estados entrelaçados.

Lição de Chad Orzel, animação de Gunborg/Banyai.

Albert Einstein teve um papel fundamental
no lançamento da mecânica quântica,

através da sua teoria
do efeito fotoelétrico

mas manteve-se profundamente preocupado
com as suas implicações filosóficas.

Apesar de muitos de nós ainda se
lembrar dele pela fórmula E=MC^2,

a sua última grande contribuição
para a Física foi um artigo de 1935,

feito em colaboração com os seus jovens
colegas Boris Podolsky e Nathan Rosen.

Considerada como uma estranha e filosófica
nota de rodapé até meados dos anos 80,

este artigo EPR foi recentemente
considerado essencial

para um novo entendimento
da mecânica quântica,

com a sua descrição
de um estranho fenómeno

agora conhecido por
"estados entrelaçados".

O artigo começa por considerar
uma fonte que emite pares de partículas,

cada uma delas
com duas propriedades mensuráveis.

Cada uma dessas medições
tem dois resultados possíveis,

de igual probabilidade.

Consideremos 0 ou 1
para a primeira propriedade

e A ou B para a segunda.

Quando se realiza uma medição,

as medições subsequentes da mesma
propriedade na mesma partícula

vão obter o mesmo resultado.

A estranha implicação desta situação

não é apenas que o estado de uma partícula

é indeterminado até ser medido,

mas também que, assim sendo,
é a medição que determina o estado.

E, além disso, que as medições
se afetam uma à outra.

Se medirmos uma partícula
como estando no estado 1,

e de seguida fizermos
um segundo tipo de medição,

haverá uma probabilidade de 50%
de obter A ou B,

mas, se a seguir, repetirmos
a primeira medição,

teremos 50% de probabilidade
de obter 0

mesmo que a partícula
já tenha sido medida como 1.

Assim, mudar a propriedade a ser medida
baralha o resultado inicial,

permitindo a obtenção
de um valor novo e aleatório.

Fica tudo ainda mais estranho
quando olhamos para ambas as partículas.

Cada uma das partículas gerará
um resultado aleatório

mas, se compararmos os dois,

vemos que ambos estão
perfeitamente correlacionados.

Por exemplo, se ambas as partículas
são medidas como zero,

esta relação irá manter-se sempre.

Os estados das duas partículas
estão "entrelaçados".

A medição de uma irá dar-nos a da outra,
sem margem para erro.

Mas este entrelaçamento parece desafiar

a famosa teoria da relatividade
de Einstein

porque não há nada que limite
a distância entre as partículas.

Se medirmos uma em
Nova Iorque ao meio-dia

e outra em São Francisco
um nanossegundo depois,

iremos obter exatamente o mesmo valor.

Mas se a medição determina o valor

isso implica que uma partícula envia
uma espécie de sinal à outra

a uma velocidade 13 milhões de vezes
superior à velocidade da luz,

o que é impossível, de acordo
com a teoria da relatividade.

Por isso, Einstein rejeitou
esse entrelaçamento

como sendo"spuckafte ferwirklung"

ou "ação fantasmagórica à distância".

Ele concluiu que a mecânica quântica
devia estar incompleta,

uma mera aproximação
de uma realidade mais profunda,

em que ambas as partículas
possuem estados predeterminados

que estão ocultos para nós.

Os defensores da teoria quântica ortodoxa,
liderados por Niels Bohr,

mantiveram que os estados quânticos
são, por definição, indeterminados,

e o entrelaçamento permite
que o estado de uma partícula

dependa do estado
da sua parceira distante.

Durante 30 anos, a Física
permaneceu num impasse,

até que John Bell percebeu que a chave
para testar o argumento EPR

era analisar casos envolvendo
diferentes medições das duas partículas.

As teorias das variáveis locais ocultas,
apoiadas por Einstein, Podolsky e Rosen,

limitavam estritamente a frequência
de possíveis resultados como 1A ou B0

porque os resultados tinham
de ser predeterminados.

Bell mostrou que uma abordagem
meramente quântica,

na qual o estado é realmente
indeterminado até ser medido,

possui limites diferentes
e prevê resultados de medições mistos

que são impossíveis numa
situação predeterminada.

Assim que Bell conseguiu arranjar
uma forma de testar o argumento EPR,

os físicos colocaram-na em prática.

Começando com John Clauser nos anos 70
e com Alain Aspect no início dos anos 80,

dezenas de experiências testaram
a previsão EPR,

e todos descobriram o mesmo:

a mecânica quântica estava correta.

As correlações entre os estados
entrelaçados indeterminados

das partículas são reais

e não podem ser explicadas
por uma variável mais profunda

O artigo EPR acabou por estar errado,
mas de forma brilhante.

O facto de levar os físicos
a refletirem profundamente

sobre os fundamentos da física quântica,

levou a elaborações
mais profundas da teoria

e ajudou a iniciar as pesquisas
sobre temas como a informação quântica,

agora um campo próspero

com o potencial de desenvolver
computadores de poder inigualável.

Infelizmente, a aleatoriedade
dos resultados

impede cenários de ficção científica,

como usar partículas entrelaçadas
para enviar mensagens

mais rapidamente do que a luz.

Por isso, a teoria da relatividade
está segura, por agora.

Mas o universo quântico é muito mais
estranho do que Einstein queria acreditar.