O que pode o gato de Schrödinger ensinar-nos sobre a mecânica quântica? — Josh Samani

Vejam a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

A física clássica que encontramos no nosso mundo macroscópico do dia a dia é muito diferente da física quântica que governa sistemas numa escala muito menor (como os átomos). Um bom exemplo da estranheza da física quântica é ilustrado pela experiência mental do gato de Schrödinger. Josh Samani conduz-nos através desta experiência sobre o entrelaçamento quântico.

Lição de Josh Samani, animação de Dan Pinto.

Considere atirar uma bola ao ar.

Pode prever o movimento da bola
depois de sair das suas mãos?

Claro, é fácil.

A bola deslocar-se-á para cima
até atingir o ponto mais alto,

depois descerá e cairá
novamente na sua mão.

Claro, é o que sucede,

e sabe isso porque já presenciou
eventos destes inúmeras vezes.

Toda a sua vida tem observado a física
de fenómenos do dia a dia.

Mas suponha que exploramos uma questão
sobre a física dos átomos, do tipo:

"Como é o movimento de um eletrão

"em torno do núcleo de um átomo
de hidrogénio?"

Podemos responder a essa questão
como base na física do dia a dia?

Certamente que não. Porquê?

Porque a física que rege o comportamento
de sistemas em escalas tão pequenas

é muito diferente da física
dos objetos macroscópicos

que vemos constantemente à nossa volta.

O mundo do dia a dia
que conhecemos e amamos

comporta-se de acordo com as leis
da mecânica clássica.

Mas os sistemas à escala dos átomos

comportam-se de acordo com as leis
da mecânica quântica.

Este mundo quântico parece ser
um local muito estranho.

Um exemplo da estranheza quântica
é dado por uma famosa experiência mental:

o gato de Schrödinger.

Um físico, que não gosta lá muito de
gatos, põe um gato numa caixa,

com uma bomba que tem 50% de hipóteses
de rebentar depois de se fechar a tampa.

Até abrirmos a tampa não há forma de saber

se a bomba explodiu ou não,

e, por isso, de saber se o gato
está vivo ou morto.

Na física quântica, diríamos
que antes da nossa observação

o gato estava num estado de sobreposição.

Não estaria nem vivo nem morto
mas numa mistura das duas possibilidades,

com 50% de hipóteses para cada uma.

O mesmo acontece aos sistemas físicos
numa escala quântica,

como um eletrão a orbitar
um átomo de hidrogénio.

O eletrão não está de todo a orbitar.

Está como que por todo o lado no espaço,
ao mesmo tempo,

com maior probabilidade de estar
nuns sítios do que noutros,

e só depois de medirmos a sua posição

podemos precisar a sua posição
nesse momento.

Tal como não sabíamos se o gato
estava vivo ou morto

até abrirmos a caixa.

Isto leva-nos ao fenómeno
estranho e maravilhoso

do entrelaçamento quântico.

Suponhamos que em vez de um gato na caixa,
temos dois em duas caixas diferentes.

Se repetirmos a experiência de
Schrödinger com estes gatos,

o resultado da experiência pode ser uma
de quatro possibilidades.

Ou ambos os gatos estão vivos,
ou ambos estão mortos,

ou um está vivo e o outro morto
ou vice versa.

O sistema dos dois gatos está também
num estado de sobreposição,

com uma probabilidade de 25%
para cada resultado, em vez de 50%.

Mas eis uma coisa fixe:

a mecânica quântica diz-nos
que podemos eliminar

os resultados dos dois gatos vivos
ou mortos do estado de sobreposição.

Por outras palavras, pode haver
um sistema de dois gatos,

cujo resultado será sempre
um gato vivo e outro morto.

O termo técnico para isto é que os estados
dos gatos estão entrelaçados.

Mas há algo verdadeiramente espantoso
acerca do entrelaçamento quântico.

Se prepararmos o sistema de dois gatos
em caixas neste estado entrelaçado,

e levarmos as caixas para extremos
opostos do universo,

o resultado da experiência
será sempre o mesmo.

Um gato sairá sempre vivo
e o outro gato estará morto,

mesmo que seja completamente indeterminado
qual dos gatos fica vivo

antes de verificarmos o resultado.

Como é isto possível?

Como é que o estado dos gatos
em extremos opostos do universo

pode estar entrelaçado desta forma?

Estão demasiado afastados para
comunicarem entre si a tempo,

Por isso, como é que as duas bombas
conspiram

de modo a uma rebentar e a outra não?

Poderá estar a pensar:

"Isto é apenas conversa da treta teórica.

"Este tipo de coisas não acontece
no mundo real."

Mas acontece que o entrelaçamento quântico

foi confirmado por experiências
em laboratórios reais.

Duas partículas subatómicas entrelaçadas
num estado de sobreposição,

em que se uma gira num sentido
a outra deve girar no outro,

farão isso mesmo
ainda que não haja forma

de a informação passar
de uma partícula para a outra

indicando em que sentido girar para
obedecer às regras do entrelaçamento.

Não é surpreendente que
o entrelaçamento esteja no centro

da ciência da informação quântica,

uma área em crescimento que estuda como
usar as leis do estranho mundo quântico

no nosso mundo macroscópico,

como a criptografia quântica, para que os
espiões troquem mensagens seguras,

ou a computação quântica,
para descodificar código secretos.

A física do dia a dia pode começar a
parecer-se como o estranho mundo quântico.

O teletransporte quântico
pode até evoluir tanto

que um dia, o nosso gato irá escapar
para uma galáxia mais segura,

onde não haja físicos nem caixas.