Quão contra intuitiva a mecânica quântica pode ser?

Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen. Cientistas que questionaram a mecânica quântica através do paradoxo EPR. Fontes: Wikimedia Commons e Institute for Advanced Studies (Princeton)

Mecânica Quântica parece um assunto difícil para você? Saiba que você não está sozinho, a teoria apresenta vários pontos contra intuitivos que em um primeiro momento não são fáceis de entender e não foram prontamente aceitos pela comunidade científica. Demorou décadas para a Quântica se estabelecer como algo amplamente aceito pelos físicos.

O físico Richard Feynman afirmou uma vez: “Posso dizer com segurança que ninguém entende mecânica quântica”. Isto acontece pois nossa intuição está ligada a fenômenos macroscópicos e quando tentamos entender o mundo microscópico, tentamos transferir nossa lógica a esses sistemas. Por exemplo, o modelo atômico de Rutherford coloca elétrons orbitando um núcleo atômico de forma análoga a planetas orbitando uma estrela. Átomos são sistemas intrinsecamente quânticos, não bolinhas orbitando outras bolinhas, é algo completamente diferente de objetos que observamos no dia-a-dia.

Como comentamos no texto anterior, Einstein foi um grande crítico da teoria quântica. Em um artigo publicado em 1935 de título “Pode a descrição da mecânica quântica da realidade física ser considerada completa?” Junto a Podolsky e Rosen fez uma das críticas mais fortes ao modelo da época.

No artigo, eles propõem um experimento mental que posteriormente veio a ser conhecido como paradoxo EPR. Considere uma fonte que gera pares de elétrons e pósitrons sempre com spins apontando em direções opostas e que essas partículas se afastam da fonte em direções opostas, mas qual tem spin para cima e qual tem spin para baixo não é determinado pela fonte. Nesta situação as partículas são ditas “emaranhadas”.

Considere que essas partículas se afastam uma grande distância, e alguém mede o spin do elétron. Essa medida quebra a superposição de estados possíveis.

Assim, se foi medido o spin para cima, instantaneamente o spin do pósitron colapsaria no estado que aponta para baixo. Einstein argumentou que isto não poderia ser físico pois essa informação se propagaria mais rápido que a luz.

Einstein, Podolsky e Rosen afirmaram que este exemplo indicaria a existência de uma “variável oculta”, isto é, algo não descrito pela mecânica quântica, que carregaria esta informação antes da medida. E isto mostrava que a mecânica quântica era incompleta.

Isto foi desaprovado teoricamente por John Bell que não somente mostrou que uma teoria de variáveis ocultas não funciona para resolver o paradoxo EPR, como deu maneiras de testar isto experimentalmente. Todos os experimentos feitos até hoje mostram que variáveis ocultas não condizem com as observações, mas que elas são bem descritas pela teoria quântica.

O “paradoxo” EPR não é considerado atualmente um paradoxo, pois considerando que alguém meça o spin do elétron, outro observador próximo ao pósitron não sabe para qual estado de spin o pósitron colapsou pois é necessário enviar esta informação de alguma forma e isto aconteceria no máximo à velocidade da luz.

E isto é apenas uma pitada da complexidade da teoria quântica e da Física em nível microscópico. Então não se assuste se quântica parece um assunto difícil em um primeiro momento, pois em geral, os textos didáticos e materiais de divulgação estão resumindo o resultado de décadas de debates entre cientistas que também não entenderam ou acharam fácil no primeiro momento.

Referências e Saiba Mais:

[1] Einstein, A., Podolsky, B., & Rosen, N. (1935). Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?. Physical review, 47(10), 777.

[2] Bell, J. S. (1964). On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Physics Physique Fizika, 1(3), 195.