A Física dessa semana não é exatamente Física. É na verdade uma Matemática, mas que deu uma contribuição tão importante para a Física que eu não poderia deixar de colocá-la aqui (e também porque a Marie Curie seria muito fácil de adivinhar =P).
Dica:
[1] Conservação.
Então? Quem é essa “Física”?
Resposta:
A “Física” de Sexta é Amalie Emmy Nöther. Ponto para o João Carlos que acertou na primeira hora de sexta-feira (E eu aqui achando que seria difícil… esperem só pelo próximo…).
O trabalho de Nöther é importantíssimo (menção honrosa aqui ao “MacAllister” por tê-lo citado). O Teorema de Nöther mostra (em termos simples) que se as leis da Física obedecem determinada simetria, há algum tipo de quantidade associada, que pode ser calculada, que deve se conservar. Por exemplo:
A simetria por translação no tempo leva à conservação da Energia.
A simetria por translação no espaço, ou homogeneidade do espaço, leva à conservação do Momentum Linear (ou Quantidade de Movimento).
E a simetria com relação à orientação no espaço, ou isotropia do espaço, leva à conservação do Momentum Angular.
Falemos um pouco mais dos problemas de quando e onde se dá a separação entre o mundo clássico e o quântico. Vou usar um pouco de termos técnicos e expressões matemáticas que não devem comprometer o entendimento geral. Espero não cometer erros muito graves, mas correção de qualquer erro é bem-vinda.
Se você está lendo esse artigo pelo feed, as equações podem não aparecer corretamente. Acesse a página que tudo fica normal.
Pense no seguinte experimento:
Suponha que temos uma partícula quântica num estado ψ. O equipamento de medição pode assumir dois auto-estados φ1 e φ2. Podemos escrever o estado da partícula em função dos auto-estados do equipamento de medição como:
onde:
e
são as projeções do estado ψ nos auto-estados φ1 e φ2 respectivamente. Vamos considerar que a detecção de qualquer um dos dois auto-estados é igualmente provável, portanto:
Então:
Suponhamos agora que quando o estado φ1 é medido, o equipamento pisca uma lâmpada. Isso não acontece quando o estado φ2 é medido. Chamaremos de ρ1 o estado da lâmpada acesa e ρ2 o estado da lâmpada apagada. Considerando a lâmpada como parte do sistema, o estado total ψ’ do sistema pode ser escrito como:
Se o equipamento está numa sala fechada, temos um caso análogo ao do Gato de Schrödinger. Sem, claro, o risco de ter seu laboratório invadido por defensores dos direitos dos animais. O estado de índice 1 é equivalente ao “Núcleo Decaído + Gato Morto” e o estado de índice 2 é equivalente ao “Núcleo Não-decaído + Gato Vivo”. Diferentemente da experiência com o felino, você QUER saber se a lâmpada acende ou não, e basta esperar um pouco para verificar em qual estado o sistema será medido.
Primeiramente, você entra na sala e põe o equipamento para funcionar. No entanto, você recebe um chamado da natureza e precisa se ausentar. Você não quer perder nem um instante do experimento e pede para um amigo acompanhar o funcionamento do equipamento.
Depois de enviar aquele FAX, você volta à sala e pergunta a seu amigo se a lâmpada se acendeu.
Antes que ele responda, você pensa no seguinte. Será que seu amigo faz parte do equipamento de medição? Se sim, poderíamos escrever o estado total como:
Onde “s” significa que seu amigo pode responder sim e “n” significa que ele pode responder não.
Suponhamos que a resposta de seu amigo seja afirmativa. Neste instante, o estado ψ” colapsou para o estado da resposta afirmativa, que significa que a lâmpada se acendeu e que o equipamento mediu o estado φ1 da partícula. Não parece um pouco estranho que o estado mental do seu amigo estivesse numa superposição de “sim” e “não” antes que você perguntasse? Ele já deveria ter decidido se a lâmpada acendeu, ou não, bem antes de você perguntar. Você conclui que o estado ψ” não é, portanto, apropriado para a descrição do sistema.
E se substituíssemos seu amigo por um sistema composto por um único átomo que absorvesse a luz emitida pela lâmpada? A descrição correta do sistema total seria equivalente ao estado ψ” e ninguém acharia estranho que átomo estivesse numa superposição de estados.
O problema acima foi proposto, com algumas diferenças, por Eugene Wigner, na década de 60, e recebe o nome de O Amigo de Wigner. Wigner conclui, para evitar a conclusão da superposição dos estado mentais, que o primeiro observador consciente, no caso seu amigo, que entrasse em contato com o sistema deveria causar o colapso do estado.
Errr… bizarro?
Colocar o observador consciente num lugar especial no universo não parece um pouco estranho? Bom, inicialmente não. Essa é uma interpretação para o “colapso da função de onda” tão válida quando qualquer outra.
O problema vem das conseqüências adversas de aceitarmos tal interpretação. O “mundo macroscópico” não exibe superposição de estados. Será que, antes do surgimento no primeiro ser consciente, todo o Universo estava em um estado superposto? Gente MUCHOLOKA não só afirma que sim, como também afirma ser isso uma prova da existência de uma consciência superior, a.k.a. um deus, que fez “colapsar a função de onda do universo”.
Ora, primeiramente, o Amigo de Wigner não é prova de coisa alguma. É um interpretação para o colapso da função de onda, e como já disse, válida como qualquer outra. Escolha a interpretação que te satisfaz e seja feliz. Elevar isso à condição de prova da existência de deus é, no mínimo, apressado. Será que as pessoas que aceitam essa prova, num eventual abandono da Mecânica Quântica em favor de uma teoria que não precisa do colapso da função de onda, abandonariam a idéia de deus?
Outros MUCHOLOKOS afirmam: Ora, se é o observador consciente que causa o colapso da função de onda, é o observador consciente que escolhe o resultado do colapso pela sua vontade. Então se você ficar preso num maldito engarrafamento é por que você assim escolheu. Qualquer coisa é possível, basta querer.
Isso não é de forma nenhuma uma conclusão do Amigo de Wigner. Mesmo que seja o Amigo que colapse o estado do sistema, ele só pode ser colapsado para os estados possíveis, no caso φ1 e φ2. Nenhum observador, por mais consciente que seja, será capaz de obter um estado que não seja um desses. Aliás, não é possível que o observador sequer escolha O resultado entre os possíveis. Não parece um “Segredo” tão poderoso olhando desse ângulo, não é?
Seguindo, ou imitando, os vizinhos lablogueiros, trago um evento semanal. Toda sexta colocarei a foto de um(a) Físico(a) famoso(a) para meus queridos leitores (se é que vocês existem, hehe) adivinharem. Eis o primeiro:
Dicas:
[1]: Não, não é o Arnaldo Antunes.
[2]: Nenhuma palavra é dele.
Então? Quem é esse poke… digo… Físico?
Resposta:
O Físico de Sexta é Lev Landau. Parabéns ao Brudna pelo acerto (ele falou errado de primeira, mas como não falei nada sobre mais de uma tentativa… essa regra fica para a próxima vez, hehe).
Landau foi um Físico fenomenal. Não importa a área da Física que você escolha, você VAI encontrar “alguma coisa de Landau” sendo usada nela. Seus trabalhos sobre a superfluidez do Hélio líquido lhe renderam o Nobel em 1962.
Sobre a dica número dois: Landau escreveu vários livros-texto sobre diversos campos da Física em parceria com Eugene Lifshitz. Diz-se que Landau teria dito certa vez: “Nenhuma palavra é minha, nenhuma idéia é dele”. Um pouco pretensioso demais? Talvez. Mas qual Físico não é?
Certa vez, uma amiga andava pelos corredores da universidade quando furtou o seguinte fragmento de conversa entre dois outros alunos de engenharia que andavam mais a frente:
“(…) É sério, cara. Eles pegam um gato, põem numa caixa, põem o veneno dentro e fecham. (…)”
Talvez nosso engenheiro ficasse bastante decepcionado em saber que, para alívio dos felinos, toda essa história de gatos, caixas e venenos, chamada de Gato de Schrödinger, não é nada mais que um experimento mental (Thougth Experiment ou Gedankenexperiment).
O experimento é o seguinte:
Imagine que dentro de uma caixa são colocados um Gato e um compartimento de veneno. O compartimento é equipado com um sistema de acionamento a partir da detecção do decaimento de uma pequena amostra de átomos radioativos. A cada meia-vida de um átomo radioativo, ele tem 50% de chance de decair, emitindo alguma partícula que acionará um dispositivo que quebra o compartimento de veneno, matando o gato.
Fechemos a caixa. Após uma meia-vida, o gato estará vivo ou morto? Vivo E Morto?
Troquemos o gato por um Voltímetro ligado a algum amplificador de sinal. Quando o núcleo decai e uma partícula atinge o detector, o Voltímetro ligado ao circuito marca 2 Volts. Quanto o voltímetro marcará após uma meia vida? Zero Volts ou 2 Volts? Zero Volts E 2 Volts?
Não faz sentido dizer que o gato está vivo E morto, assim como não faz sentido dizer que um voltímetro marca zero Volts E 2 Volts. Um gato, ou um voltímetro, é um objeto macroscópico e não está sujeito às bizarrices quânticas como a superposição de estados, certo?
Esse é justamente o problema. O “estado” do Gato está intimamente ligado ao estado do átomo que decairá ou não. Isso faz o Gato ter também comportamento quântico? Onde se dá a separação em um sistema quântico e outro clássico? Essas são questões que ocupam os Físicos desde a criação da Mecânica Quântica e estão longe de serem resolvidas.
O que não impede que muitos apressadinhos MUCHOLOKOS queiram concluir que é o observador consciente e de preferência humano que cria a realidade ao abrir a caixa de acordo com sua vontade. Malditos pós-modernistas franceses.
Muitos outros experimentos mentais acabam passando por reais com o descuido dos textos de livros didáticos e de divulgação, e a Física acaba ainda mais mistificada. Nosso engenheiro foi apenas mais uma provável vítima. Assim como muitos livros ainda hoje dizem como Galileu lançou de cima da Torre de Pisa objetos para refutar a gravidade aristotélica, fico imaginando daqui alguns anos os livros trazendo informações de como os Físicos do século XX maltratavam os pobres gatinhos para construir o motor de improbabilidade infinita.
O Astrônomo Inglês Arthur Eddington foi um dos grandes responsáveis por espalhar a Teoria da Relatividade Geral de Einstein para o ocidente. Os primeiros artigos foram publicados na Alemanha em 1915, em meio aos conflitos da Primeira Guerra Mundial, e se não fosse pelo apoio de Eddington, e das expedições que organizou em 1919 para comprová-la, talvez muito tempo se passaria antes que a Relatividade Geral fosse finalmente aceita.
A BBC produziu um filme para TV sobre essa relação de Eddington e Einstein, que será transmitido pela BBC2, na Inglaterra, no dia 22 de Novembro.
O Filme tem, nos papéis principais, David Tennant (protagonista da série de ficção científica Doctor Who) como Eddington e Andy Serkis (que interpretou o personagem Gollum em O Senhor dos Anéis) como Einstein. Nerd-Physicist-gasm a vista. Quem puder assistir não pode perder.
