Física Quântica

Aqueles que não ficam chocados 

quando entram pela primeira vez em contacto 

com a teoria quântica 

não podem de forma alguma 

tê-la compreendido.

Niels Bohr

Prémio Nobel de 1922

Se os físicos, que recebem prémios Nobel não compreendem a teoria quântica, o que diremos nós?
O que podemos fazer quando a realidade nos diz coisas confusas, desconcertantes e intrigantes?
Vamos então falar de electrões, fotões e quarks.
E como algo tão pequeno pode por em causa o nosso mundo ordenado e compreensível.

Por um lado, esta é uma teoria muito paradoxal, intrigante e conceptualmente confusa.
Por outro, não temos a opção de a descartar porque é a ferramenta mais poderosa provada para a previsão dos comportamentos dos sistemas físicos que temos em mãos.
David Albert

O Conhecido encontra o desconhecido
A física newtoniana clássica baseava-se na observação de objectos quotidianos sólidos de experiência comum, desde maçãs a cair, à orbita dos planetas. As suas leis eram repetidamente testadas, provadas e duravam há centenas de anos. Eram bem compreendidas e faziam um bom trabalho em prever o comportamento físico, tal como se viu com a Revolução Industrial.
Mas, nos finais do séc. XIX, quando os físicos começaram a desenvolver ferramentas para investigar os mais pequenos reinos da matéria,descobriram algo verdadeiramente intrigante: a física newtoniana não funcionava! Nem explicava nem previa os resultados a que os investigadores estavam a chegar.

Durante os 100 anos seguintes, desenvolveu-se uma descrição científica completamente nova para explicar o mundo das coisas mais pequenas. Conhecida como Mecânica Quântica, ou Física Quântica.Este novo conhecimento não substitui a física newtoniana, que continua a funcionar para explicar os objectos grandes, macroscópicos. Apenas foi inventada uma nova física para ir até onde a física newtoniana não conseguia ir: ao Mundo Subatómico!

O Universo é muito estranho. Parece haver duas séries de Leis que governam o Universo.
No nosso mundo quotidiano clássico, basicamente as nossas escalas de tamanho e tempo, as coisas são descritas segundo as leis do movimento de Newton que foram estabelecidas há centenas de anos.
Contudo, para a escala mais pequena, dos átomos, uma outra série de leis se impõe.
São as Leis Quânticas.
Dr. Stuart Hameroff

O termo Quantum foi aplicado pela primeira vez à ciência pelo físico alemão Max Planck em 1900.
É uma palavra latina que significa simplesmente quantidade, mas é usada para designar a mais pequena unidade de qualquer propriedade física, tal como a energia ou a matéria.



O que a Teoria Quântica revelou é tão intrigante que soa mais a ficção científica:

• As Partículas podem estar em dois ou mais sítios ao mesmo tempo.
• Há experiências que revelaram que uma partícula pode estar presente ao mesmo tempo em 3 mil sítios.
• O mesmo "objecto" pode parecer ser uma partícula, localizável num lugar, ou uma onda, distribuída pelo Espaço e pelo Tempo.

Einstein disse que nada pode viajar mais depressa do que a Velocidade da Luz, mas a Física Quântica demonstrou que partículas subatómicas comunicam instantaneamente sobre qualquer extensão de Espaço.

A física clássica era determinística:
Dada qualquer série de características, tais como a posição e a velocidade de um objecto, poder-se-ia determinar com exactidão onde se dirigiria.
A física quântica é probabilística:
Nunca podemos saber com certeza absoluta o comportamento de uma coisa específica.
A física clássica era reducionista:
Baseava-se na premissa de que apenas conhecendo as partes separadas se poderia compreender o Todo.
A física quântica é orgânica e holística:
Pinta uma imagem do Universo como um Todo Unificado, cujas partes estão interligadas e se influenciam mutuamente.
E talvez mais importante, a física quântica apagou a marcada distinção cartesiana entre o sujeito e objecto, observador e observado, que dominou a ciência durante 400 anos.
Na física quântica, o observador influencia o objecto observado.
Não há observadores isolados de um Universo mecânico, mas Tudo participa no Universo.

Se quisermos apontar uma das mais profundas mudanças filosóficas entre a mecânica clássica e a mecânica quântica, é que a mecânica clássica é construída em torno do que sabemos que é uma fantasia: a possibilidade de observar as coisas passivamente.
A mecânica quântica acaba definitivamente com isso.
David Albert

Quebra-Cabeças 1:
ESPAÇO VAZIO
Uma das primeiras falhas da física newtoniana foi a descoberta de que os átomos, os supostos sólidos tijolos do Universo físico, eram maioritariamente constituídos por espaço vazio.
Quão Vazio?
Se usarmos uma bola de basquete para representar o núcleo de um átomo de hidrogénio, o electrão à sua volta estaria cerca de 30 kms afastado...e o espaço entre eles estaria vazio.
Por isso, quando olhar à sua volta, lembre-se de que o que está lá são pontinhos pequeninos de matéria rodeados de nada.
Bem, não é bem assim!
Esse suposto "vazio" não é nada vazio:
Contém enormes quantidades de energia subtil e poderosa.
Sabemos que a energia aumenta à medida que caminhamos para níveis mais subtis de matéria, sendo a energia nuclear um milhão de vezes mais potente do que a energia química, por exemplo. Os cientistas dizem que há mais energia num centímetro cúbico de espaço vazio (do tamanho de um berlinde) do que em toda a matéria conhecida do universo.


Quebra-Cabeças 2:
PARTÍCULA, ONDA OU ONDÍCULA?
Não só existe "espaço" entre as partículas como, à medida que os cientistas sondam mais profundamente o átomo, descobrem que as partículas subatómicas (os constituintes dos átomos) também não são sólidas. E aparentemente têm uma aparência dual. Dependendo de como as olhamos podem comportar-se como partículas ou ondas.
As partículas podem ser descritas como objectos sólidos separados por localizações espaciais específicas.
As ondas, por outro lado, não são localizadas nem sólidas, mas sim dispersas, como ondas sonoras ou ondas de água.
Enquanto ondas, os electrões ou fotões (partículas de luz) não têm localização precisa, mas existem como "campos de probabilidade".
Enquanto partículas, o campo de probabilidades "colapsa" num objecto localizável num local e tempo específicos.
Espantosamente, o que parece fazer a diferença é a observação ou a medição.
Os electrões não observados nem medidos comportam-se como ondas. Mal os sujeitamos a observação numa experiência, "colapsam" numa partícula e podem ser localizados.
Como pode algo ser ao mesmo tempo uma partícula sólida e uma onda suave e fluída?
Talvez o paradoxo possa ser resolvido relembrando que, as partículas "comportam-se" como ondas ou partículas. Mas a "onda" é apenas uma analogia. Tal como "partícula" é uma analogia do nosso mundo quotidiano. Esta noção de onda foi solidificada na teoria quântica de Erwin Schrodinger que, com a sua famosa "equação de onda", resumiu matematicamente as probabilidades da função de onda da partícula antes da observação.
Os cientistas nunca viram nada assim.
Alguns físicos chamam a este fenómeno "ondícula".

Quando um "objecto" subatómico está no seu estado de onda, aquilo em que se irá tornar e onde e quando é observado são incertos. Existe num estado múltiplas possibilidades. Este estado é chamado de superposição. É como atirar uma moeda ao ar numa sala escura.
Matematicamente, mesmo após ter caído sobre a mesa, não conseguimos dizer se é cara ou coroa. Quando se acende a luz, "colapsamos" a superposição, e a moeda torna-se cara ou coroa.
Tal como acender a luz, medir a onda colapsa a superposição mecânica quântica e a partícula aparece num estado mensurável, "clássico".



Quebra-Cabeças 3:
SALTOS QUÂNTICOS E PROBABILIDADE
Ao estudar o átomo, os cientistas descobriram que quando os electrões se movem de órbita em órbita em torno de um núcleo, não se movem no espaço como os objectos comuns - movem-se instantaneamente. Ou seja, desaparecem de um sítio, uma órbita, e aparecem noutro.
A isto de chama de Salto Quântico.
Descobriram também que não conseguiam determinar com exactidão onde iriam aparecer os electrões nem quando iriam saltar. O melhor que conseguiam fazer era formular as probabilidades da nova localização do electrão.

"A realidade como nós a sentimos está constantemente a ser criada de fresco a cada momento a partir desta quantidade de possibilidades, diz o Dr Satinover, "mas o verdadeiro mistério disto é que, dessa quantidade de possibilidades, qual é aquela que vai acontecer não é determinado por algo que faça parte do universo físico. Não há nenhum processo que faça isso acontecer"

Ou como muitas vezes se diz:
Os eventos quânticos são os únicos eventos verdadeiramente aleatórios do universo.


Quebra-Cabeças 4:
O PRINCÍPIO DA INCERTEZA
Na física clássica, todos os atributos de um objecto, incluindo a sua posição e velocidade, podem ser medidos com uma precisão apenas limitada pela nossa tecnologia.
Mas ao nível quântico, sempre que medimos uma propriedade, tal como a velocidade, não se consegue medir com precisão as suas propriedades, tais como a posição. Se sabemos onde algo está, não podemos saber a que velocidade vai. Se sabemos a que velocidade vai, não sabemos onde está. E por mais avançada ou subtil que seja a tecnologia é impossível penetrar nesse véu de precisão.
O Princípio da Incerteza, também referido como Indeterminância, foi formulado por Werner Heisenberg, um dos pioneiros da física quântica. Ele afirma que, por mais que se tente, não se consegue medir com precisão a velocidade e a posição simultaneamente. Quando mais nos concentramos num, mais perdida na incerteza fica a medida do outro.


Quebra-Cabeças 5:
NÃO LOCALIZAÇÃO, EPR, TEOREMA DE BELL E ENTRELAÇAMENTO QUÂNTICO
Albert Einstein não gostava da física quântica.
Entre outras coisas, respondia à aleatoriedade acima descrita com a frase:
"Deus não joga aos dados com o universo"
À qual Niels Bohr respondia:
"Pare de dizer a Deus o que fazer!"
Numa tentativa de derrotar a mecânica quântica em 1935, Einstein, Pedolsky e Rosen (EPR) escreveram uma experiência que tentava demonstrar como ridícula era.

Uma das implicações da quântica que não era apreciada na altura era:
Arranja-se maneira de ter duas partículas criadas ao mesmo tempo, o que significa que estariam entrelaçadas, ou em sobreposição. Depois enviavam-se para lados opostos do universo. Faz-se depois algo a uma partícula para alterar o seu estado, a outra partícula muda instantaneamente para adoptar o estado correspondente. Instantaneamente!
Esta ideia era tão ridícula que Einstein se referia a ela como "Acção fantasmagórica à distância".
Segundo a sua Teoria da Relatividade, nada podia viajar mais depressa do que a velocidade da luz.
E isso era infinitamente depressa!
Para além disso, a ideia de um electrão se poder manter em contacto com outro do outro lado do universo, simplesmente violava qualquer senso comum da realidade.
Então, em 1964, John Bell criou uma teoria que dizia que, a asserção EPR está correcta.
É precisamente isso que acontece - a ideia de algo ser local ou existir num local está incorrecta. Tudo é não-local. As partículas estão intimamente ligadas a um nível para além do Espaço e do Tempo.

Ao longo dos anos desde a publicação do Teorema de Bell, esta teoria foi verificada vezes sem conta em laboratório. Basta pensar um pouco:
O Tempo e o Espaço
As características mais básicas do mundo em que vivemos.
Tudo isto é substituído no mundo quântico pela noção de TUDO A TOCAR TUDO ao mesmo tempo.
Não é de estranhar que Einstein pensasse que isto seria  a morte da mecânica quântica, por não fazer sentido nenhum.
No entanto, este fenómeno parece ser uma Lei operável no Universo.


Física Quântica e Misticismo
Cada vez se torna mais fácil de perceber por que é que estes dois mundos se tocam.

• Coisas separadas mas sempre em contacto.
• Saltos quânticos
• Matéria que parece ser uma função de onda distribuída, que entra em colapso ou existente no Espaço quando medida.

Os místicos entendem bastante bem todas estas ideias.
Mas, será que a física quântica prova o ponto de vista místico?
Entre os físicos, o consenso parece ser que estamos na Fase da Analogia.
Que os paralelismos são demasiado evidentes para serem ignorados.
Que o raciocínio para defender uma visão paradoxal do mundo é o mesmo, tanto na visão quântica como no budismo zen.
O trabalho destes cientistas ( Bohm, Pribram, Wheeler, etc...) é demasiado importante para ser ignorado, com especulações sobre o misticismo. E o próprio misticismo é demasiado profundo para ser amarrado a fases de teorização científica.



in, Afinal o que sabemos nós?