Quando você observa algo no mundo – uma árvore, um pássaro ou qualquer outra coisa – você sabe que, independentemente de onde e quando você observar o objeto, ele permanecerá sempre o mesmo. No entanto, e se eu lhe dissesse que o tempo e a maneira que você olhou para um determinado pássaro afetaria sua aparência? Parece absurdo, mas o absurdo é normal quando se trata das leis bizarras do reino quântico. As leis da mecânica quântica funcionam de maneira muito diferente da física do mundo de tamanho normal. Antes de entendermos o efeito do observador, vamos primeiro dar uma olhada nos fundamentos da física quântica.
Os fundamentos
O campo da mecânica quântica foi fundado principalmente em três pilares. O primeiro desses pilares é conhecido como Propriedades Quantizadas . As propriedades quantizadas fornecem a posição, velocidade, cor e outras propriedades de uma partícula que só podem ocorrer em quantidades de tempo e instâncias determinadas. Isso está em contraste direto com a crença mantida no campo bem estabelecido da Mecânica Clássica, ou seja, que tudo acontece em um espectro suave e contínuo. Isso foi algo que os cientistas descobriram ser altamente novo e acabou nomeando essas partículas Quantized Particles. O segundo pilar da Mecânica Quântica refere-se à natureza das partículas da luz. A princípio, a noção de que a luz poderia se comportar e ser classificada como uma partícula se deparou com uma crítica colossal, já que se deparou com o princípio bem estabelecido de que a luz tinha uma natureza semelhante a uma onda.
No entanto, a natureza da partícula da luz trouxe uma unidade fundamental que poderia representar pequenos pacotes de energia, conhecidos como quanta . Isso foi proposto por ninguém menos que o próprio Albert Einstein. Einstein levantou a hipótese de que um pacote de energia poderia ser gerado ou absorvido, como um todo, especificamente por um elétron que quer saltar de um estado quântico para outro. O terceiro e último pilar fundamental da Mecânica Quântica é a natureza ondulatória da matéria.. Embora isso possa ser difícil de digerir, a matéria também exibe uma natureza ondulatória. A natureza ondulatória da matéria foi proposta por dois cientistas de forma independente, quase ao mesmo tempo, apesar de ignorar o trabalho um do outro. Esses dois antigos descobridores foram os cientistas Louis De Broglie e Erwin Schrodinger. Eles usaram duas abordagens matemáticas fundamentalmente diferentes para provar a natureza ondulatória da matéria. Mais tarde, ambos os homens foram creditados por suas contribuições e sua ideia foi denominada conjuntamente de modelo Heisenberg-Schrodinger. Heisenberg fez mais uma contribuição crucial à Mecânica Quântica. Embora não tão essencial quanto os pilares fundamentais, desempenhou um papel significativo e é conhecido como o Princípio da Incerteza de Heisenberg.. Ele argumentou que, como a natureza da matéria é semelhante a uma onda, algumas propriedades, como a velocidade e a posição dos elétrons, são complementares umas às outras. Em termos mais simples, existe um limite até o qual cada propriedade de um elétron pode ser medida simultaneamente com um grau de precisão.
Observação afeta a realidade
(Crédito da foto: Warren Leywon / Wikimedia Commons)
Quando um “observador” quântico está observando, a Mecânica Quântica afirma que as partículas também podem se comportar como ondas. Isso pode ser verdade para elétrons no nível submícron, isto é, em distâncias que medem menos de um mícron ou um milésimo de milímetro. Quando se comportam como ondas, os elétrons podem passar simultaneamente por várias aberturas em uma barreira e depois se encontrar novamente do outro lado. Esta reunião é conhecida como interferência. Agora, a coisa mais absurda sobre esse fenômeno é que ele só pode ocorrer quando ninguém o está observando. Quando um observador começa a observar as partículas passando pela abertura, a imagem obtida muda drasticamente: se uma partícula pode ser vista passando por uma abertura, fica claro que ela não passou por outra abertura. Em outras palavras, quando sob observação, os elétrons são mais ou menos forçados a se comportar como partículas ao invés de ondas. Assim, o mero ato de observação afeta os achados experimentais.
(Crédito da foto: Fundação Nobel / Wikimedia Commons)
Para demonstrar esse fenômeno, o Instituto Weizmann construiu um pequeno dispositivo, com menos de um mícron de tamanho, que tinha uma barreira com duas aberturas. Eles então enviaram uma corrente de elétrons para a barreira. O observador neste experimento não era humano. Em vez disso, usaram um minúsculo detector de elétrons que detectou a presença de elétrons que passavam. A capacidade quântica do “observador” para detectar elétrons poderia ser alterada pela mudança de sua condutividade elétrica, ou pela força da corrente que passa por ela. Além de “observar” ou detectar os elétrons, o detector não teve efeito sobre a corrente. Mesmo assim, os cientistas descobriram que a própria presença do detector “observador” perto de uma das aberturas causou mudanças no padrão de interferência das ondas de elétrons passando pelas aberturas da barreira. De fato, esse efeito dependia da “quantidade” de observação: quando a capacidade do “observador” de detectar elétrons aumentava, ou seja, quando o nível da observação subia, a interferência enfraquecia; Em contraste, quando sua capacidade de detectar elétrons era reduzida e a observação diminuía, a interferência aumentava. Assim, controlando as propriedades do observador quântico, os cientistas conseguiram controlar a extensão de sua influência no comportamento dos elétrons!