Curiosidades da Física Quântica

Nas últimas décadas, a Física Quântica vem ganhando cada vez mais força. Diversos materiais e técnicas inovadoras, como a produção de energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico e o surgimento dos painéis de LED, são decorrentes do estudo de uma ampla variedade de fenômenos quânticos.

O mundo quântico é totalmente diferente do mundo macroscópico. Nas escalas subatômicas, as leis da Física funcionam de forma não determinística, isto é, as coisas podem ou não acontecer segundo uma distribuição de probabilidades.

Apesar de não ser completamente compreendida, sabe-se que a Teoria Quântica é muito precisa. Assim, a maioria de suas previsões, mesmo as mais antigas, vem sendo comprovada experimentalmente com a chegada de novas tecnologias.

O mundo quântico reserva algumas estranhezas. Que tal conhecer algumas delas?

Curiosidade #1 – Superposição quântica

Uma das propriedades mais estranhas da Mecânica Quântica é, certamente, a superposição quântica. Essa propriedade torna possível que uma partícula quântica esteja simultaneamente em dois ou mais estados possíveis. No entanto, isso só irá ocorrer se o estado dessa partícula ainda não tiver sido determinado.

Por exemplo, se existisse uma porta quântica, ela poderia estar aberta, fechada ou ainda aberta e fechada ao mesmo tempo. Essa última possibilidade, no entanto, só existiria se você não pudesse observar, ou mesmo tocar essa porta. Caso você interagisse de alguma forma com essa “porta quântica”, a superposição simplesmente deixaria de existir. Dessa forma, a natureza colapsaria o estado da porta para as duas possibilidades da situação clássica: aberta ou fechada.

Veja também: Conheça o princípio da Incerteza de Heisenberg

→ Gato de Schrödinger

Por não compreender ou não aceitar a ideia da superposição quântica, um dos mais influentes físicos da Mecânica Quântica, Erwin Schrödinger, propôs um paradoxo que se tornou conhecido como o “gato de Schrödinger”.

O experimento mental de Schröedinger é paradoxal, isto é, apresenta erros em sua formulação.

Nesse experimento mental, o físico sugeriu que imaginássemos um gato trancado em uma caixa perfeitamente isolada do meio externo. No interior dessa caixa, além do gato, haveria um átomo radioativo, que poderia ou não sofrer um decaimento e emitir radiação, segundo as probabilidades quânticas pelas quais fosse regido. Junto desse átomo, haveria um mecanismo que liberaria um veneno capaz de matar o gato.

A proposta é simples: se o gato está trancado dentro da caixa, de acordo com a superposição, podemos dizer que ele se encontra simultaneamente vivo e morto? E se abrirmos a caixa, um desses estados colapsaria?

Essa situação elaborada por Schrödinger, no entanto, apresenta alguns erros conceituais e não atende aos preceitos da superposição quântica, logo, é um experimento paradoxal. Nesse caso, para que surgisse a superposição quântica, seria necessário que não houvesse qualquer transferência de informação entre o interior e o exterior da caixa, o que só seria possível em uma situação ideal.

Obs.: Nenhum animal foi machucado durante a formulação desse paradoxo.

Curiosidade #2 – Dualidade onda-partícula

A dualidade onda-partícula é decorrente da superposição quântica. Toda partícula quântica, como prótons, nêutrons e elétrons, podem comportar-se ora como uma partícula, ora como uma onda. Para que isso aconteça, basta que não saibamos determinar sua natureza.

Caso seja possível detectar a partícula ou a frequência da onda, a natureza será encarregada de escolher o estado mais provável para aquela situação. É por isso que, em alguns fenômenos, os elétrons comportam-se como ondas e, em outros, como partículas.

Curiosidade #3 – Medidas quânticas

Você sabia que, ao medir a posição de uma partícula quântica, você acaba determinando onde ela deveria estar? Como tudo no mundo quântico tem uma probabilidade de acontecer, uma partícula quântica pode estar em qualquer lugar do espaço. Isso mesmo: em qualquer lugar!

Antes de ser observada, a partícula tinha muitas possibilidades abertas, cada uma com sua probabilidade. Ao tentar localizá-la, no entanto, você faz com que ela deixe de existir exatamente ali, naquela posição. A partir de então, apenas uma das possíveis posições é escolhida.

Veja também: Computadores quânticos

Neste momento, você deve estar se perguntando como a partícula quântica “sabe” que foi observada. É simples: para que possamos observá-la, é preciso iluminar essa partícula. Para isso, é necessário emitir pelo menos um fóton em sua direção, o qual é posteriormente recuperado, trazendo a informação do paradeiro dessa partícula.

A conclusão que podemos tirar das medidas quânticas é que elas dependem fundamentalmente de quem faz a medida e de como ela é feita. O porquê disso, no entanto, é desconhecido.

Curiosidade #4 – Emaranhamento quântico

Sem dúvida, o emaranhamento quântico é um dos fenômenos mais curiosos da Mecânica Quântica. O estado de uma partícula quântica é determinado por uma complexa entidade matemática, chamada de função de onda. Em alguns casos, é possível fazer com que duas partículas de natureza quântica compartilhem a mesma função de onda, passando a comportar-se como se fossem uma única partícula.

Alguns experimentos foram feitos para testar o emaranhamento quântico. Em um deles, um conjunto de fótons emaranhados foi separado em duas partes. A metade deles colidiu com um quadro que tinha a imagem de um gato, e os outros foram refletidos por um espelho antes de chegar ao quadro e, posteriormente, enviados para um detector próximo.

Para o espanto dos pesquisadores, a imagem captada pelo detector mostrou o gato do quadro que fora atingido pelos primeiros fótons. Isso aconteceu porque o primeiro grupo de fótons interagiu com a imagem, captando suas informações de cor, absorção, reflexão e polarização. Como esses fótons encontravam-se entrelaçados com os demais, a informação foi transmitida instantaneamente entre eles.

O experimento em questão foi realizado por uma equipe de cinco cientistas liderados pela cientista brasileira Gabriela Barreto Lemos, na Universidade de Viena, na Áustria.

Aparentemente, partículas emaranhadas são capazes de compartilhar informações entre si de forma instantânea, independente da separação física entre elas.