O que é o Gato de Schrödinger?

É uma das idéias mais bizarras já produzidas pela mente humana. Trata-se de uma experiência imaginária, na qual um gato, no papel de cobaia, está vivo e morto ao mesmo tempo! E não estamos falando de espiritismo, mas de mecânica quântica, o ramo da física que estuda o estranhíssimo mundo das partículas subatômicas (menores que os átomos). A hipótese foi concebida pelo físico austríaco Erwin Schrödinger, um dos mais brilhantes cientistas do século XX. Sua intenção era mostrar como o comportamento das partículas subatômicas parece ilógico se aplicado numa situação fácil de ser visualizada, como um gato preso numa caixa fechada. Na situação proposta por ele, a vida do animal ficaria à mercê de partículas radioativas. Se elas circulassem pela caixa, o gato morreria; caso contrário, ele permaneceria vivo. Até aí, não há nada de mais.
A história fica maluca mesmo quando analisada de acordo com as leis do mundo subatômico, segundo as quais ambas as possibilidades podem acontecer ao mesmo tempo - deixando o animal simultaneamente vivo e morto. Mas e se um cientista olhasse para dentro da caixa? Ele não veria nada de mais, apenas um gato - vivo ou morto. Isso porque, segundo a física quântica, se houvesse o mínimo de interferência, como uma fonte de luz utilizada para observar o fenômeno, as realidades paralelas do mundo subatômico entrariam em colapso e só veríamos uma delas. Por isso, nem adianta tentar realizar a experiência na prática. Achou difícil entender essa maluquice? Tudo bem, os melhores físicos têm o mesmo problema. "Esse exemplo mostra que ainda não entendemos as implicações mais profundas da mecânica quântica", afirma o holandês Gerardus ’t Hooft, vencedor do Nobel de Física de 1999.

Experiência surrealista
Para a física quântica, o animal pode estar vivo e morto ao mesmo tempo

1 - A caixa onde seria feita a hipotética experiência de Schrödinger contém um recipiente com material radioativo e um contador Geiger, aparelho detector de radiação. Se esse material soltar partículas radioativas, o contador percebe sua presença e aciona um martelo, que, por sua vez, quebra um frasco de veneno
2 - De acordo com as leis da física quântica, a radioatividade pode se manifestar em forma de ondas ou de partículas - e uma partícula pode estar em dois lugares ao mesmo tempo! As ondas brancas desenhadas aqui representam asprobabilidades de ocorrência dessa dupla realidade, quando, na mesma fração de segundo, o frasco de veneno quebra e não quebra
3a - Aqui o gato aparece vivo, porque, nessa versão da realidade, nada foi detectado pelo contador Geiger
3b - Aqui o gato surge morto, pois nessa outra versão do mesmo instante de tempo o contador Geiger detectou uma partícula e acionou o martelo. O veneno do frasco partido matou o bichano
4 - Seguindo o raciocínio de Schrödinger, as duas realidades aconteceriam simultaneamente e o gato estaria vivo e morto ao mesmo tempo até que a caixa fosse aberta. A presença de um observador acabaria com dualidade e ele só poderia ver ou um gato vivo ou um gato morto.

O dono da idéia
Erwin Schrödinger nasceu em Viena, na Áustria, em 1887, e tornou-se um dos cientistas que mais contribuíram para o desenvolvimento da mecânica quântica. Sua polêmica hipótese do gato simultaneamente vivo e morto foi lançada em 1935, dois anos depois de ele ter ganhado o Prêmio Nobel de Física. Schrödinger faleceu em 1961.

Fonte 

Era uma vez um Oxigênio...

Resultado de uma tese de Animação Computacional no Ringling College of Art + Design, o oxigênio torna-se personagem de uma curta metragem onde interage no recreio com os “colegas”, os outros elementos químicos.

Fantástico!!!

Oxygen from Christopher Hendryx on Vimeo.

Uma breve história do ÁTOMO

Uma série em três episódios(cada episódio está dividido em seis vídeos) do canal de televião BBC chamada ATOMO, apresentada por Jim Al-Khalili (cientista britânico, nascido no Iraque, que trabalha na Universidade de Surrey) conta a história da descoberta da constituição da matéria.

A série que agora pode ser vista com legendas em português disponiblizadas no Youtube, para assistir clique nos vídeos abaixo.

Fonte

Fisica Quântica para crianças

A Física Quântica surgiu como a tentativa de explicar a natureza naquilo que ela tem de menor: os constituintes básicos da matéria e tudo que possa ter um tamanho igual ou menor. Neste texto, serão apresentados alguns princípios e leis fundamentais encontrados através da Física Quântica, tais como a dualidade onda-partícula e o Princípio da Incerteza. Será, então, discutido o modo como essas leis que governam o universo subatômico podem se refletir no dia-a-dia das pessoas.
É uma parte da Física que se diz ser não intuitiva. Isso significa que muitas partes dela parecem não ser verdade. Por exemplo, a dualidade onda-partícula diz que partículas se comportam ora como partículas ora como ondas. É uma afirmação no mínimo estranha, bizarra. Mas é o que acontece no mundo real. No nosso dia-a-dia achamos que vivemos num planeta plano, mas não é verdade, nosso mundo é arredondado, num formato chamado esferóide. Por ser não intuitiva, ela foi considerada uma falsa teoria. O próprio Einstein (que foi um dos fundadores da física quântica) acreditava que a física quântica estava errada. Mas com o passar do tempo percebeu-se que ela explicava tão bem o resultado das experiências, que tinha de ser verdade.
Nosso dia ocorre numa escala dita macroscópica. São os objetos que podemos enxergar sem a ajuda de lentes ou microscópios atômicos. A física quântica lida com coisas muito, tremendamente pequenas. Muitíssimo menores que um milímetro.
O mundo em que vivemos é feito de átomos. Os átomos são feitos de coisas ainda menores chamadas quarks e elétrons. Ainda não sabemos se os quarks são feitos de coisas ainda menores. Os átomos, elétrons , quarks e outra coisa tão pequena que ainda não sabemos muito sobre ela, chamada fóton, têm comportamentos bizarros de vez em quando: nunca podemos saber exatamente onde estão. Não é por falta de instrumentos potentes, é uma lei da física, chamada Princípio da Incerteza de Heinsenberg, que diz que nunca saberemos a exata posição das coisas. Nunca saberemos onde os elétrons de um átomo estão exatamente. Nunca. É algo estranhíssimo, mas é a verdade. Há elétrons que, inclusive, somem de um lugar e reaparecem em outro, algo como um teletransporte. Não dá para ver que caminho seguiram para ir de um lugar a outro, só sabemos que eles fazem isso.
Já citamos a dualidade onda-partícula. No mundo em que vivemos, ondas são muito diferentes de objetos. Porém, se tivéssemos o tamanho de átomos, tudo se comportaria como uma onda de vez em quando e como uma partícula outras vezes. Essa foi uma das consequências mais bizarras da física quântica.
Há átomos, como o de Urânio que, do nada, explodem. Nunca sabemos que átomos vão explodir, ou quando, só sabemos que alguns vão e outros não. Aparentemente, nada faz eles explodirem, mas eles explodem. Irritou tanto a Einstein que ele disse sua famosa frase "Deus não joga dados".

 

Fonte

O tempo na Física segundo Fleming

Neste artigo, destinado a leitores não-especialistas, mas afeitos ao pensamento teórico, pretendemos descrever as contribuições da física, em especial da física deste século, à elucidação da natureza do tempo e de suas relações com outros conceitos fundamentais usados na ciência. O tempo de que vamos falar não é nenhuma construção especial da física moderna, mas é o tempo mesmo, de domínio público, e sobre o qual se manifestaram muitos filósofos importantes, dois dos quais, Santo Agostinho e Kant, exerceram e exercem grande influência sobre os físicos mais indagadores. Kant, por sua origem, nos está mais próximo, em suas considerações sobre o tempo (nas Antinomias, por exemplo). Mas mesmo filósofos deliberadamente distantes da ciência, como Benedetto Croce, influem sobre a conceituação do tempo na física, ou iluminam a interpretação daquilo que a estrutura formal das teorias nos propõe ou impõe. Pois o que é um resultado importante na física? A resposta esperada, de que importante é o resultado que encontra aplicação na vida prática, é correta, mas aborda só um lado da questão e nem mesmo o mais importante. Em 1957, Chen Ning Yang e Tsung Dao Lee receberam o prêmio Nobel de física pela descoberta de que a natureza permite que se defina a mão esquerda de maneira absoluta (ou seja, sem ser por comparação com uma mão direita). Nenhum prêmio Nobel de física foi considerado tão importante quanto este, desde então. As aplicações práticas (dentro da física) da descoberta de Yang e Lee foram surgindo com o tempo, na teoria dos neutrinos, nas modernas teorias de grande unificação, etc. Mas o seu grande impacto se deve ao fato de que ensinou algo sobre um problema de antiga tradição na filosofia, tema dos debates Leibnitz-Clarke, e que ainda não se esgotou até hoje. Vale dizer, um problema que está na raiz mesma do nosso conhecimento do Universo, ou do conhecimento tout court. Enfim, um resultado é tanto mais importante na física quanto mais nobre o pedigree do problema ao qual ele se refere. Uma ocasião, foi perguntado a Einstein por que, tendo ele estudado em uma escola mais forte em matemática do que em física, tinha escolhido esta última como carreira. "Porque, respondeu, na física sou capaz de discernir os problemas importantes, enquanto que na matemática não." Não há duvida de que ele se referia ao critério de importância a que nos referimos acima. Pois bem, a física moderna obteve resultados que nos parecem importantes sobre o conceito de tempo e suas relações, algumas totalmente inesperadas, com outros conceitos fundamentais na descrição da realidade. Apresentaremos uma descrição das relações entre tempo e espaço (teoria da relatividade restrita) e entre tempo, espaço e massa (teoria da relatividade geral) que transcendem a província da física e são do interesse de todos.

Existe um único conceito de tempo, ou uma profusão de homônimos pouco aparentados espalhados pelas várias áreas do conhecimento teórico e prático? O tempo que, conquanto idéia clara, não cabia nas palavras de Santo Agostinho, tem algo a ver com o conceito para cujo estudo Einstein lançou as bases em 1916? Até que ponto as propostas da física moderna satisfariam o grande pensador de Tegesta? É difícil dizer. Às vezes o que para um físico é um grande progresso pode, para um filósofo, parecer um detalhe irrelevante. Contudo, há descobertas novas sobre temas que já preocupavam antigos pensadores. Muito do que se fez pode ser pensado como formalização de idéias desses filósofos proféticos, mas não tudo. O alto grau de abstração da física teórica moderna permitiu a escalada de patamares dificilmente concebíveis para mentes desaparelhadas do instrumental matemático adequado.

Três problemas

O tempo flui em um sentido bem definido, cuja manifestação mais dramática é o nosso envelhecimento biológico. Surpreendentemente, a inclusão deste dado da realidade (a "flecha do tempo") no ideário da física teórica constituiu um dos grandes problemas dos últimos cem anos. Se deixarmos de lado as ínfimas forças ligadas ao decaimento beta dos núcleos, as teorias fundamentais da física colocam passado e futuro em situações simétricas: se uma sucessão de fenômenos ocorre, a sucessão inversa, como um filme passado ao contrário, também ocorre. De acordo com as leis da física, um ancião pode, com o passar dos anos, evoluir para uma criança! Ludwig Boltzmann, numa das maiores realizações da história da física, mostrou que a flecha do tempo é um fenômeno estatístico. A probabilidade de o ancião rejuvenescer é essencialmente zero, enquanto que a de um jovem envelhecer é essencialmente 1. Mas, levando o reducionismo físico ao extremo, ambos os processos são permitidos pelas leis. Debates furiosos subsistem até hoje sobre isso, mas, em minha opinião, há só alguns detalhes a acrescentar à obra de Boltzmann. O primeiro problema dos três que vou citar consiste em digerir esse surpreendente resultado, cabendo aos físicos recuperar, dentro do seu formalismo, a naturalidade das concepções intuitivas de passado e futuro. É uma tarefa muito técnica e por isso não será tratada aqui, bastando esta menção: só para sistemas com um grande número de constituintes existe, nítido (mas probabilístico), o sentido do tempo. Para sistemas constituídos por um pequeno número de elementos, perde-se a sua flecha.

O segundo problema diz respeito à individualidade (e objetividade) do conceito de tempo. Em 1908, após ter estudado a teoria da relatividade, o grande matemático Hermann Minkowski iniciou sua célebre conferência dizendo: "As visões do espaço e do tempo que eu desejo expor diante dos senhores brotaram do solo da física experimental, e aí está a sua forca. São radicais. De agora em diante o espaço em si mesmo, e o tempo em si mesmo, estão designados a dissolver-se em meras sombras, e somente em uma espécie de união dos dois subsistirá uma realidade independente". Esta união é o espaço-tempo, e aprendemos com a teoria da relatividade que a sua decomposição em espaço e tempo separados depende do observador, isto é, é subjetiva. Eis o segundo problema. Mais surpreendente ainda é o terceiro, fruto da relatividade geral, lançada por Einstein em 1916. Aqui aprenderemos que é possível agir sobre o espaço-tempo, e, portanto, sobre o tempo. Deixa o espaço-tempo seu papel passivo de palco dos acontecimentos para tornar-se, ele mesmo, um sistema físico, e atinge-se, finalmente, a possibilidade de estudar o sistema físico por excelência: o Universo como um todo. A história do Universo é a história do tempo, como bem a designou S. W. Hawking, grande físico teórico inglês contemporâneo.

A relatividade restrita

Como foi dito acima, o conceito objetivo, independente do observador, é o de espaço-tempo, e se trata de uma "superfície" quadridimensional. Como não somos capazes de visualizar um objeto assim, temos que nos valer, nos nossos trabalhos acadêmicos, dos métodos da matemática, para a qual essa extensão dimensional é simples e bem conhecida. O leitor poderá usar a imagem de uma superfície usual, bidimensional, considerando que uma dessas duas dimensões é o tempo. O espaço-tempo e o conjunto de todos os pontos e todos os instantes. O movimento de um corpo puntiforme é nele representado por uma curva chamada de linha de universo da partícula. Uma propriedade básica dessa curva é que, conhecido um de seus pontos e a velocidade do móvel naquele ponto, todo o resto da curva está determinado, ou seja, para um ser hipotético que vivesse além do espaço e do tempo e contemplasse o espaço-tempo, a linha de universo de cada partícula estaria completamente desenhada, representando o movimento em sua totalidade (passado, presente e futuro). Em imagens simples, a inclusão do tempo na geometria do movimento transforma o filme do movimento numa fotografia estática de idêntico conteúdo. O ingrediente revolucionário que injeta física nessa representação (até aqui) formal é a descoberta de Einstein de que existe uma distância bem definida nesse espaço-tempo. As conseqüências disso têm direito ao adjetivo extraordinárias. Cito aqui só duas, as duas de interesse mais geral. A simultaneidade de dois acontecimentos é relativa, depende de quem está observando os fenômenos. Diante de mim, e em repouso em relação a mim, duas luzes piscam "simultaneamente". Por essa ocasião, passava por mim a grande velocidade outro observador. Ele as verá como não-simultâneas, e, se não estiver familiarizado com a teoria da relatividade, se surpreenderá com a minha insistência na simultaneidade. A diferença só é perceptível quando a velocidade relativa entre os observadores for enorme, próxima da velocidade da luz, o que explica que esse fato seja antiintuitivo. Por fim, teremos alguma novidade sobre a independência da ordenação temporal dos acontecimentos em relação a quem os observa. Este é um problema caro a Hume. A causa deve preceder o efeito, e a discriminação do que é causa e do que é efeito deve ser, se serve para alguma coisa, independente do observador. Informa a teoria da relatividade o seguinte: suponhamos que, para um determinado par de acontecimentos, exista um observador para o qual eles são simultâneos. Então haverá um observador que os verá numa certa ordem causal, e outro que os verá na ordem inversa. Conseqüentemente, acontecimentos que são simultâneos para alguém não podem ter qualquer relação causal um com o outro. Ao contrário, consideremos agora dois pares de acontecimentos que, para um observador, acontecem em um mesmo lugar, e um depois do outro. Mostra a teoria da relatividade que a ordenação temporal determinada por esse observador privilegiado (seu privilégio está em ver os dois acontecimentos no mesmo ponto espacial) se mantém para qualquer outro observador. Para essa classe de acontecimentos, então, existe uma ordenação que pode ser chamada de causal. Várias outras manifestações da relatividade da simultaneidade, de caráter mais ou menos circense, existem, como a dilatação do tempo, e o exemplo associado a ela denominado "paradoxo dos gêmeos". Mas são bem conhecidos e amplamente tratados.

Relatividade geral

A idéia de espaço-tempo só desenvolve sua potencialidade nos trabalhos de Einstein de 1916 e 1917, sobre a Relatividade Geral e a aplicação desta à descrição do Universo como um todo, isto é, à Cosmologia. Já na relatividade restrita o conceito de tempo sofrera modificações profundas, advindas da descoberta de seu caráter subjetivo. A simultaneidade passou a depender do observador; qualquer relógio tem o seu ritmo modificado, para um observador que se move em relação a ele. Com o advento da relatividade geral as surpresas serão ainda maiores: o tempo, amalgamado ao espaço no espaço-tempo, passa a ser um fenômeno. Não flui mais de maneira uniforme, indiferente aos fenômenos, que se limitava a ordenar. Passa a ser possível agir sobre ele. A evolução da matéria do Universo não se limita a exibir a ordem no tempo, mas atua sobre o tempo e estabelece, dentro de certas condições, que o tempo tem um começo e pode ter um fim.

A relatividade geral é a teoria do espaço-tempo. Segundo ela, as forças gravitacionais resultam da curvatura do espaço-tempo. Onde não há forças gravitacionais o espaço-tempo é plano, e um corpo se move em linha reta. As forças gravitacionais são conseqüências do encurvamento do espaço-tempo devido à presença de massas. Os corpos continuam a percorrer, entre dois pontos desse espaço-tempo curvo, o caminho mais curto, mas numa superfície curva o caminho mais curto entre dois pontos não é uma reta, e sim uma curva que depende dos detalhes do espaço-tempo. Por causa dos nossos hábitos tridimensionais, preferimos interpretar essa trajetória como causada por forças, no caso gravitacionais.

A relatividade geral abriu o caminho para a cosmologia quantitativa, pois as equações de Einstein podem ser aplicadas ao Universo como um todo. O tecido do Universo é o espaço-tempo: onde o espaço-tempo acaba, acaba o Universo, e acaba o tempo.

As equações de Einstein não possuem uma solução única para o Universo: apresentam um catálogo de possibilidades, e cabe às observações experimentais determinar qual delas descreve o Universo que efetivamente se realizou. No nosso estágio atual de conhecimento a escolha se resume a três possibilidades, que são os universos de Friedmann aberto, chato e fechado. O preferido de Einstein, e também o mais fácil de descrever para não-especialistas, é o fechado. Todos são universos em expansão, no sentido de que, para a imensa maioria das galáxias, a distância entre duas galáxias cresce continuamente. Um modelo que descreve bem as principais propriedades do Universo de Friedmann fechado é o de uma bexiga de borracha que, inflada, expande-se mantendo a forma esférica. A superfície da bexiga, que está ela mesma crescendo, seria o espaço em expansão. O espaço é finito e se fecha sobre si mesmo (forma esférica), mas é ilimitado, já que nunca se chega ao seu fim, como descobriu, em outras circunstâncias, Fernão de Magalhães. A descrição dinâmica deste universo é a seguinte: no estado inicial está concentrado em um ponto, e expandindo-se vertiginosamente. A taxa de expansão diminui gradualmente e chega um momento em que o Universo cessa de se expandir para, depois, começar a se contrair, refazendo, ao contrário, a primeira parte da evolução, e retornando ao ponto singular inicial. Nesta descrição temos, então, o início do tempo, quando se inicia a expansão, e o seu fim, quando se conclui a contração. Fora deste intervalo não existe Universo, ou espaço, ou tempo. Como disse acima, esta não é a única possibilidade. As duas outras, os universos de Friedmann aberto e chato, são, neste nível de descrição, muito semelhantes e podem ser tratados simultaneamente. Ambos possuem uma singularidade inicial (reduzem-se, no início, a um ponto), como o modelo descrito anteriormente, ou seja, possuem um início do tempo. Mas, à diferença dele, não possuem um fim do tempo. São universos de vida infinita e são infinitos também espacialmente, ou seja, não são circunavegáveis. Na presente situação experimental o candidato mais forte é o modelo de Friedmann aberto, mas não é possível, com segurança, excluir os outros dois.

Resumindo, a aplicação da relatividade geral ao Universo sugere fortemente a existência de um início para o tempo, e abre a possibilidade para que também exista um fim para ele. Uma belíssima crônica da evolução do Universo é apresentada por S.W. Hawking em seu famoso livro, apropriadamente intitulado Uma breve história do tempo.

Como era de se esperar, não há nenhuma luz lançada sobre a antinomia de Kant relativa à duração do Universo na Crítica da razão pura. O dilema ali apontado, alegadamente inerente ao pensamento humano, não pode ser resolvido "por uma conta". Há sempre uma sensação de perda, quando a física apresenta um tratamento quantitativo de um problema que anteriormente era abordado sob outra forma, com ênfase nos "porquês", e não nos "comos". Mesmo que, inequivocamente, se chegue a saber que o tempo teve um começo, não se poderá eliminar a pergunta "e antes?". Como disse Ezra Pound no Guide to Kulchur, "In our time Al Einstein scandalized the professing philosophists by saying, with truth, that his theories of relativity had no philosophic bearing".

HENRIQUE FLEMING é professor do Instituto de Física da USP, no departamento de Física Matemática.

Fonte

O gato de Schrödinger

O Gato de Schrödinger é um experimento mental, freqüentemente descrito como um paradoxo,

desenvolvido pelo físico austríaco Erwin Schrödinger em 1935.

Origem e motivação

O experimento mental de Schrödinger foi proposto como discussão do artigo EPR, nomeado devido aos seus autores: Albert Einstein, Podolsky, Rosen em 1935. O paradoxo EPR esclareceu a estranha natureza das superposições quânticas. Amplamente exposto, a superposição quântica é a combinação de todos os possíveis estados do sistema (por exemplo, as possíveis posições de uma partícula subatômica). A interpretação de Copenhague implica que a superposição apenas sofre colapso em um estado definido no exato momento da medição quântica.

Schrödinger e Einstein trocaram cartas sobre o artigo EPR de Einstein, durante o qual Einstein indicou que a superposição quântica de um barril instável de pólvora irá, após um tempo, conter ambos componentes explodidos e não-explodidos.

Para melhor ilustrar o paradigma incompleto da mecânica quântica, Schrödinger aplicou a teoria da mecânica quântica em uma entidade viva que podia ou não estar consciente. No experimento mental original de Schrödinger ele descreveu como um poderia, em princípio, transformar a superposição dentro de um átomo para uma superposição em grande escala de um gato morto e vivo por relacionar gato e átomo com a ajuda de um "mecanismo diabólico". Ele propôs um cenário com um gato em uma caixa lacrada, onde a vida ou morte do gato é dependente do estado de uma partícula subatômica. De acordo com Schrödinger, a interpretação de Copenhague implica que o gato permanece vivo e morto até que a caixa seja aberta.

Schrödinger não desejava promover a ideia de gatos vivos-e-mortos como uma séria possibilidade; o experimento mental serve para ilustrar a bizarrice da mecânica quântica e da matemática necessária para descrever os estados quânticos. Entendida como uma crítica da interpretação de Copenhague – a teoria prevalecente em 1935 – o experimento mental do gato de Schrödinger permanece um tópico padrão para todas as interpretações da mecânica quântica; a maneira como cada interpretação lida com o gato de Schrödinger é freqüentemente usada como meio de ilustrar e comparar características particulares de cada interpretação, seus pontos fortes e fracos.

O Experimento Mental

Schrödinger escreveu:

Qualquer um pode mesmo montar casos bem ridículos. Um gato é preso em uma câmara de aço, enquanto com o dispositivo seguinte (o qual deve estar seguro contra interferência direta do gato): em um contador Geiger tem uma pequena quantidade de substância radioativa, tão pequena, que talvez durante o período de uma hora, um dos átomos decaia, mas também, com a mesma probabilidade, talvez nenhum; se isso acontecer, o tubo do contador descarrega e através de um relé libera um martelo que quebra um pequeno frasco de Cianeto hídrico. Se algum deles tiver saído do seu sistema natural por uma hora, alguém pode concluir que o gato permanece vivo enquanto o átomo não tiver decaído. A função-psi do sistema poderia ser expresso por ter dentro dele o gato morto-vivo (com o perdão da palavra) misturada ou dividido em partes iguais. É típico desses casos que uma indeterminação originalmente restrita ao domínio atômico tenha sido transformada em uma indeterminação macroscópica, o qual pode então ser resolvido por observação direta. Isso nos previne de aceitar tão inocentemente como válido um "modelo confuso" para representar a realidade. Por ele mesmo ele não explicaria qualquer coisa imprecisa ou contraditória. Existe uma diferença entre uma fotografia tremida ou desfocada e uma foto de nuvens e neblina.

(Tradução de dois parágrafos do artigo original, o qual aparece na revista alemã Naturwissenschaften ("Ciências Naturais") em 1935.)

 A famosa experiência mental de Schrödinger coloca a questão: quando o sistema quântico para de ser uma mistura de estados e se torna ou um ou o outro? (Mais tecnicamente, quando o atual estado quântico para de ser uma combinação linear de estados, cada um dos quais se parece com estados clássicos diferentes, e em vez disso começar a ter apenas uma clássica descrição?) Se o gato sobreviver, isso lembra que ele está apenas vivo. Mas as explicações das experiências EPR que são consistentes com a mecânica quântica microscópica padrão requer que objetos macroscópicos, como gatos e cadernos, não podem ter sempre apenas uma descrição clássica. O propósito da experiência mental é para ilustrar esse aparente paradoxo: nossa intuição diz que nenhum observador pode estar em uma mistura de estados, mesmo que eles sejam gatos, por exemplo, eles não podem estar em tal mistura. É necessário que os gatos sejam observadores, ou sua existência em um estado clássico simples e bem definido exige outro observador externo? Cada alternativa pareceu absurda para Albert Einstein, que estava impressionado pela habilidade do experimento mental para esclarecer esses problemas; em uma carta à Schrödinger datada de 1950 ele escreveu:

Você é o único físico contemporâneo, além de Laue, que vê o que ninguém consegue sobre a assunção da realidade – se pelo menos alguém estiver sendo honesto. A maioria deles simplesmente não vê o tipo de jogo arriscado que eles estão jogando com a realidade – a realidade é algo independente do que já for a experimentalmente visto. A interpretação deles é, entretanto, refutada mais elegantemente pelo seu sistema de átomo radioativo + amplificador + carga de pólvora + gato em uma caixa, no qual a função-psi do sistema contém ambos gato vivo e explodido em pedaços. Ninguém realmente duvida que a presença ou ausência do gato é algo independente do ato de observação.

Note que nenhuma carga de pólvora é mencionada no esquema de Schrödinger, que usa um contador Geiger como amplificador e cianeto no lugar de pólvora; a pólvora foi apenas mencionada na sugestão original de Einstein para Schrödinger 15 anos antes.

Interpretação de Copenhague

Na interpretação de Copenhague na mecânica quântica, um sistema para a superposição de estados se torna um ou outro quando uma observação acontece. Essa experiência torna aparente o fato de que a natureza da medição, ou observação, não é bem definida nessa interpretação. Alguns interpretam a experiência, enquanto a caixa estiver fechada, como um sistema onde simultaneamente existe uma superposição de estados "núcleo decaído/gato morto" e "núcleo não-decaído/gato vivo", e apenas quando a caixa é aberta e uma observação é feita é que, então, a função de onda colapsa em um dos dois estados. Mais intuitivamente, alguns pensam que a "observação" é feita quando a partícula do núcleo atinge o detector. Essa linha de pensamento pode ser desenvolvida pelas teoria de colapso objetiva. Por outro lado, a interpretação de muitos mundos nega que esse colapso sequer ocorra.

Steven Weinberg disse:

Toda essa história familiar é verdade, mas ela deixa uma ironia. A versão de Bohr da mecânica quântica estava profundamente cheia de falhas, mas não pela razão que Einstein pensa. A interpretação de Copenhague descreve o que acontece quando um observador realize uma medição, mas o observador e o ato de medição são ambos tratados classicamente. Isso é totalmente errado: Físicos e seus aparatos devem ser comandados pelas mesmas regras da mecânica quântica que comandam todo o universo. Mas essas regras são expressas em termos de uma função de onda (ou, mais precisamente, um vetor de estado) que evolui de um jeito perfeitamente determinístico. Então de onde as regras probabilísticas da interpretação de Copenhague vêm?

Um progresso considerável tem sido feito nos últimos anos em direção a resolução do problema, o qual eu não irei entrar em detalhes aqui. É suficiente que se diga que nem Böhr nem Einstein se concentraram no problema verdadeiro da mecânica quântica. As regras de Copenhague claramente funcionam, mas elas tem que ser aceitas. Mas isso deixa a tarefa de explicá-las aplicando a equação determinística para a evolução da função de onda, a Equação de Schrödinger, tanto para o observador quanto para os aparatos.

A interpretação de muitos mundos de Everett & Histórias consistentes

Na interpretação de muitos mundos da mecânica quântica, a qual não isola a observação como um processo especial, ambos estados vivo e morto do gato persistem, mas são incoerentes entre si. Nos outros mundos, quando a caixa é aberta, a parte do universo contendo o observador e o gato são separados em dois universos distintos, um contendo um observador olhando para um gato morto, outro contendo um observador vendo a caixa com o gato vivo. Como os estados vivo e morto do gato são incoerentes, não têm comunicação efetiva ou interação entre eles. Quando um observador abre a caixa, ele se entrelaça com o gato, então, as opiniões dos observadores do gato sobre ele estar vivo ou morto são formadas e cada um deles não tem interação com o outro. O mesmo mecanismo de incoerência quântica é também importante para a interpretação em termos das Histórias consistentes.

Apenas "gatomorto" ou "gato vivo" pode ser parte de uma história consistente nessa interpretação.

Roger Penrose criticou isso:

Eu desejo tornar isso claro, que o que está sendo debatido está longe de resolver o paradoxo do gato. Até agora não há nada no formalismo da mecânica quântica que necessita que um estado de consciência não possa envolver a percepção simultânea de um gato morto-vivo.

Interpretação conjunta

A interpretação conjunta afirma que superposições não são nada mas subconjuntos de um grande conjunto estatístico. Sendo esse o caso, o vetor estado não se aplicaria individualmente ao experimento do gato, mas apenas às estatísticas de muitos experimentos semelhantes. Os proponentes dessa interpretação afirmam que isso faz o paradoxo do Gato de Schrödinger um problema trivial não resolvido. Indo por esta interpretação, ela descarta a idéia que um simples sistema físico tem uma descrição matemática que corresponde a isso de qualquer jeito.

Teorias de colapso objetivas

De acordo com as teorias de colapso objetivo, superposições são destruídas espontaneamente (independente de observação externa) quando algum princípio físico objetivo (de tempo, massa, temperatura, irreversibilidade etc) é alcançado. Assim, espera-se que o gato tenha sido estabelecido em um estado definido muito tempo antes da caixa ser aberto. Isso poderia vagamente ser dito como "o gato se observa", ou "o ambiente observa o gato".

Teorias do colapso objetivo requerem uma modificação da mecânica quântica padrão, para permitir superposições de serem destruídas pelo processo de evolução no tempo.

Em teoria, como cada estado é determinado pelo estado imediatamente anterior, e este pelo anterior, ad infinitum, a pré-determinação para cada estado teria sido determinada instantaneamente pelo "princípio" inicial do Big Bang. Assim o estado do gato vivo ou morto não é determinada pelo observador, ele já foi pré-determinado pelos momentos iniciais do universo e pelos estados subsequentes que sucessivamente levaram ao estado referenciado no experimento mental.

Aplicações práticas

O experimento é puramente teórico, e o esquema proposto jamais poderá ser construído. Efeitos análogos, entretanto, tem algum uso prático em computação quântica e criptografia quântica. É possível enviar luz em uma superposição de estados através de um cabo de fibra óptica. Colocando um grampo no meio do cabo que intercepta e retransmite, a transmissão irá quebrar a função de onda (na interpretação de Copenhague, "realizar uma observação") e irá provocar que a luz caia em um estado ou em outro. Por testes estatísticos realizados na luz recebida na outra ponta do cabo, o observador pode saber se ele permanece na superposição de estados ou se ele já foi observado e retransmitido. Em princípio, isso permite o desenvolvimento dos sistemas de comunicação que não possam ser grampeados sem que o grampo seja notado na outra ponta. O experimento pode ser citado para ilustrar que a "observação" na interpretação de Copenhague não tem nada a ver com percepção (a não ser em uma versão do Panpsiquismo onde é verdade), e que um grampo perfeitamente imperceptível irá provocar que as estatísticas no fim do cabo sejam diferentes.

Em computação quântica, a frase "cat state" (Estado do gato) frequentemente refere-se ao emaranhamento dos qubits onde os qubits estão em uma superposição simultânea de todos sendo 0 e todos sendo 1, ou seja,|00...0> + |11...1> .

Fonte 

Uma breve história do Nêutron

 Atualmente, sabemos que o nêutron é uma das partículas fundamentais que, juntamente aos prótons, formam o núcleo dos átomos. Ao redor destes últimos, existem as nuvens de elétrons, as quais são responsáveis pela condução de corrente elétrica nos materiais condutores, por exemplo.

A descoberta da existência dessa partícula foi possível graças ao grande sucesso da aplicação do Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento. Segundo este, a conservação da quantidade de movimento total de um sistema ocorre se a resultante das forças externas que atuam sobre o sistema for nula. Este princípio ganhou enorme importância, de forma que ficou conhecido como uma das leis fundamentais da natureza, sendo aplicado pelos cientistas em todos os campos da ciência Física.

A descoberta do nêutron aconteceu no ano de 1932 com o físico inglês James Chadwick. Utilizando a conservação da quantidade de movimento, realizou uma experiência que comprovou a existência do nêutron. No entanto, doze anos antes desse acontecimento, o célebre cientista inglês Rutherford já tinha previsto a

existência dessa partícula. Segundo ele, uma possível ligação de um próton com um elétron originaria uma partícula sem carga elétrica, mas com massa igual à do próton. A essa partícula ele chamou de nêutron, mas não tinha certeza da sua existência.

A experiência que J. Chadwick realizou consistiu, basicamente, em fazer com que feixes de partículas alfa se colidissem com uma amostra de berílio (um elemento químico pertencente à família 2A da tabela periódica). Dessa colisão apareceu um tipo de radiação que levaram muitos cientistas a acreditar que se tratava de raios gama. Após realizar vários cálculos, James concluiu que não se tratava de raios gama, a radiação invisível era formada por nêutrons. Para comprovar que realmente se tratava de nêutrons, Chadwick mediu a massa dessas partículas, pois segundo Rutherford elas tinham massa igual à do próton. Com esse feito e por seus importantes trabalhos, em 1935 James foi premiado com o Prêmio Nobel da Física.

Por Marco Aurélio da Silva

Equipe Brasil Escola