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terça-feira, 7 de abril de 2020

4567) O pastel quântico (7.4.2020)




(Werner Heisenberg e Niels Bohr, em 1934)



A Interpretação de Copenhague é o título de uma peça teatral que depois foi filmada.  O título se refere a um item importante na história da Física Quântica.

Hoje em dia, tudo virou quântico. As pessoas têm um coach quântico, afirmam terem vivido “momentos quânticos”, e não vai demorar muito a gente encontrar em alguma barraca um "pastel quântico" – que pode conter carne moída, ou não.

A física quântica é mais um capítulo complicado na relação entre o Universo Físico e a Mente Humana. Um casal formado por duas entidades fascinantes, mas que aparentemente não foram feitas uma para a outra.

A Interpretação de Copenhague é resultado dos experimentos e das verbalizações conjuntas do alemão Werner Heisenberg, que entre outras façanhas propôs o chamado “Princípio da Incerteza”, e o dinamarquês Niels Bohr, um dos pioneiros da nova concepção da matéria e da energia. 

Muita coisa maluca na Física decorre, ao que parece, do fato de que existe uma aparente descontinuidade nas leis do Universo.  Abaixo de um certo patamar sub-atômico, as coisas físicas (luz, massa, matéria em geral, etc) não se comportam como aqui no mundo dos objetos grandes. Têm suas próprias leis; como se um limiar houvesse sido transposto. O mundo sub-atômico é outro país, sob outra constituição, outros códigos.

Reconstituir, entender e utilizar esses códigos é o objetivo dos físicos quânticos.

Um dos elementos principais da física quântica (atenção, coaches!) é o fato de que nesse mundo sub-atômico a gente nunca tem certeza se algo vai acontecer ou não, e pode se basear apenas em probabilidades e percentagens.

Isso é complexo? Nem tanto. Qualquer brasileiro ou brasileira que você aborde ao acaso numa avenida central de uma grande cidade às três horas da tarde poderá, se você o(a) convencer a aceitar um café e uma hora de papo, mostrar que tem uma idéia bem aproximada do que é certo, do que é quase inevitável, do que bem pode acontecer, do que é duvidoso, do que não acontece nem que a vaca tussa.

Todo mundo é assim? Claro que não. Tem gente que só cultiva certezas, gente para quem, no universo, só existem dois tipos de coisas: as impossíveis e as obrigatórias. Mas é uma maneira pouco quântica de abordar o mundo real.

Einstein, ao que se diz, nunca engoliu a Teoria Quântica, porque ele procurava certezas científicas à maneira clássica: provas experimentais irrefutáveis, amparadas por linguagens auxiliares, como a Matemática ou a Lógica. Daí a frase famosa que lhe é atribuída: “Deus não joga dados”. Einstein é o anti-Mallarmé, o poeta que disse: “Um lance de dados jamais abolirá o Acaso.”

É fácil prever o que acontece no mundo físico? Seria, se conseguíssemos reunir toda a informação necessária a respeito de um fenômeno em vias de se desencadear. Mas essa proposta faz sentido? “Toda a informação necessária” deveria ser levado ao pé da letra? Até que ponto?

É como se imaginássemos todos estar vivendo num mundo sólido, e de repente experimentos nos provassem que certos patamares do mundo são líquidos, ou gasosos. A matéria se comporta de outra maneira.

Uma boa avaliação das teorias de Heisenberg e Bohr está no blog de José Tadeu Arantes, em linguagem bastante acessível, do qual, aliás, pesquei a imagem que ilustra este artigo:


Parece que um aspecto essencial da Teoria Quântica é o de que muitos estados físicos são ambíguos, admitem dois resultados mutuamente excludentes, mas conseguem conciliar os dois num estado provisório de indefinição.

A imagem clássica para isto é uma moeda girando. Vai dar cara ou coroa? No estado ambíguo da moeda, há meio-a-meio de probabilidades, e a moeda, girando, deve ser descrita matematicamente, com essa honestidade; pode ser isto e pode ser aquilo. A moeda-que-ainda-não-caiu é real.

O momento crucial, na ciência, é o momento da medição, através dos aparelhos do laboratório. Existe algum processo subatômico sendo desencadeado no interior daquelas máquinas. Tudo acontece no interior dos átomos.  Num mundo invisível. Não é a mesma coisa que estar na janela acompanhando com a luneta o deslocamento de um planeta qualquer. O mundo quântico é invisível. Só o aparelho consegue acessá-lo, por um breve instante – e “bater uma chapa”, como se dizia antigamente.

É no que se vê nessas chapas (e em outros sistemas de medição, etc etc.) que os cientistas baseiam suas especulações.

Criou-se com isto a “Teoria dos Muitos Mundos”, segundo a qual cada evento sub-atômico que pode resultar em SIM ou NÃO gera dois universos, e de acordo com a lei das probabilidades num deles eu saí de casa naquela noite, e no outro não, resolvi ficar lendo. Dois universos divergentes brotam a partir dessa simples escolha, e de outra, e de milhões de outras. Milhões de universos que cada um de nós produz em poucos minutos, nas decisões entre o levantar da cama, o escovar os dentes, o tomar café, o vestir-se. Como dizia Lewis Carrol, somos capazes de encarar dez coisas impossíveis antes de tomar o café da manhã.

Um conto recente de Ted Chiang, em seu livro Exhalation (a sair pela Editora Intrínseca), reinterpreta isso de uma maneira diferente, e que me pareceu mais sólida. Chiang postula em seu conto ("Anxiety is the Dizziness of Freedom") a existência de um futuro próximo em que há máquinas (uma espécie de notebooks) onde a partir do momento de sua ativação estamos em contato com um universo divergente onde eu posso conversar com o “Braulio” dessa outra linha temporal (por texto, ou por “viva voz”).

Um dos muitos aspectos previstos por Chiang, nesse quadro de possibilidades, é a responsabilidade que temos em cada gesto. Será que apenas por escolher a camisa azul, e não a camisa amarela, estarei gerando uma infinidade de universos inúteis?

Para Chiang, os fenômenos quânticos atuam apenas no nível subatômico, e suas principais interferências no mundo macro, onde vivemos com nossos livros e nossos automóveis, se dão apenas nas mudanças no nível dos átomos, que ele amplia de maneira convincente. Mas nós, os nossos corpos, a nossa vida cotidiana, nós não geramos novos universos quando vestimos a camisa vermelha e deixamos de vestir a verde. O universo continua um só. 

Nós, nesta vida corpórea daqui, não somos quânticos. Nossos átomos e demais sub-partículas é que geram esses universos múltiplos. E quando um deles se produz nós vamos juntos. Nem sequer o gesto da bifurcação temporal compete a nós: fica a cargo de algum quark sem personalidade.

Como se o mundo inteiro pudesse sofrer um abalo, uma interferência desorientadora, somente porque num certo dia um minúsculo aglomerado de vírus no organismo de um animal qualquer foi comido por uma pessoa qualquer num mercado qualquer de uma cidade grande.













domingo, 12 de maio de 2013

3184) Posição e velocidade (12.5.2013)



Os “pardais” são esses sistemas de controle do trânsito que detectam quando um carro está acima da velocidade permitida, e tiram uma foto da placa para multar o motorista. 

Esse sistema tem dois equipamentos distintos. 

Um é o detetor de velocidade, que funciona parecido com o radar: manda um sinal na direção do carro e o recebe de volta, várias vezes por segundo, e a cada vez mede a distância desse percurso. Assim ele percebe que o objeto está cada vez mais próximo, compara as posições sucessivas ao longo do tempo, e calcula com que velocidade ele se move. 

O outro equipamento é uma câmara fotográfica: ela bate a foto do carro (para registrar a placa) e mostra exatamente em que ponto ele estava num momento específico.

Isto quer dizer que se você quer saber a velocidade com que o carro se move, tem que consultar o Equipamento 1, que mede o deslocamento dele em instantes sucessivos, mas não dá uma posição específica. Dá o deslocamento. Diz algo como: “Estava a 10,8 metros... estava a 10,7 metros... estava a 10,6 metros...” Mas é uma medição que não “congela” o objeto, não o mostra num lugar específico.

Se você quer saber onde estava o carro, ver o carro, você tem que usar o Equipamento 2, e bater a foto. Mas aí, a foto não pode mostrar a que velocidade o carro estava se movendo. Na foto, o carro aparece parado, congelado no tempo. Estava a mais de 80 km/h? Não dá pra saber.

É mais ou menos isso que acontece quando os cientistas querem detectar as partículas subatômicas, como o elétron. Por um lado, usando a medição 1, pode-se avaliar com precisão a velocidade com que ele se move, mas nunca se pode saber onde ele está, porque essa medida requer diferentes momentos no tempo, e diferentes posições. Quando se avalia, usando a medição 2, a posição dele, perde-se de vista a velocidade. 

É este o Princípio da Incerteza de Heisenberg.

Esse problema tradicional da Física já foi ilustrado por Arthur Koestler com uma comparação também muito útil: ele dizia que medir essas coisas era como filmar ou fotografar dois objetos situados a certa distância um do outro. Cada vez que focalizamos com nitidez absoluta o objeto mais próximo, o mais distante fica borrado; e vice-versa.


Uma das consequências filosóficas disto é que quanto mais examinamos o Universo com rigor de detalhe, com minúcia, mais difícil é estabelecer conclusões gerais. Quanto mais nítida fica a letra A, mais borrado fica o resto do alfabeto inteiro. 

O problema da ciência de hoje é uniformizar numa só teoria geral uma quantidade absurda de dados extremamente exatos colhidos por equipamentos extremamente precisos, mas que não dialogam uns com os outros.







terça-feira, 31 de março de 2009

0935) O elétron e o ventilador (16.3.2006)




(nuvens de probabilidade)

A Física clássica via o átomo como um núcleo (uma porção de bolinhas agrupadas num mini-cacho de uvas, chamadas “prótons” e “nêutrons”) em volta do qual giravam velozmente bolinhas menores, como grãos de chumbo, os “elétrons”, em várias camadas sucessivas. 

O átomo era tido como um sistema solar em miniatura, e quantas histórias de ficção científica foram escritos em torno desta idéia, com espaçonaves miniaturizadas descobrindo galáxias inteiras na perna de um personagem ou no interior de uma moeda.

No meu curso primário, repetíamos com a satisfação de cientistas mirins: “Matéria é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço”. No modelo clássico, sabia-se com muita clareza o que era a matéria (as tais bolinhas) e o que era o espaço que as continha. 

Bastaram cem anos para que o conceito de matéria fosse para o espaço, e este último se visse transformado num aspecto de algo mais complexo chamado “o continuum espaço-tempo”.

O elétron é, em vez de um objeto, uma carga de energia que se movimenta em altíssima velocidade, atraída e ao mesmo tempo mantida à distância pela energia do núcleo. 

Para descrevê-lo, os físicos usam hoje termos como “nuvem de probabilidade”, porque não se pode propriamente dizer onde ele está, mas indicar as áreas ao longo das quais ele se move, e onde é mais provável encontrá-lo. 

Sempre achei que este conceito criava um curioso misto de matéria e espaço. A nuvem-de-probabilidade nos diz que o elétron provavelmente está ali, mas ele provavelmente está em outros lugares também. 

O físico Werner Heisenberg, que em 1927 formulou o “princípio da incerteza” onde este problema foi colocado pela primeira vez, escolheu para seu próprio epitáfio a frase em alemão “Er liegt irgendwo hier”, que significa “Ele está por aqui em algum lugar”.

Acho que a melhor maneira de visualizar isto (pode não ser cientificamente exata, mas ajuda pelo menos a encarar o problema) é pensar num ventilador. 

Meu ventilador está ligado aqui sobre a mesa, e as quatro pás que ele tem, em forma de uma espécie de cruz-de-Malta, estão girando a toda velocidade. Não vejo as pás: vejo no interior da grade de proteção uma espécie de disco acinzentado que parece estremecer um pouco, e do qual se projeta uma corrente de ar. 

Este disco é uma nuvem-de-probabilidade em relação às pás do aparelho. Em qualquer instante dado elas podem estar ou não estar ali. Se vejo o disco cinzento, é porque estão; mas se através dele vejo a parte traseira do ventilador e a parede do quarto, é porque em algum momento existe ali um espaço vazio.

Assim é o elétron, algo que está-e-não-está ali. Assim, ouso dizer, é toda a matéria do Universo: meu corpo, a mesa, o computador, a parede. As cargas elétricas entre as partículas dão solidez a objetos que não são mais do que uma tempestade de cargas elétricas girando no vazio. Somos feitos de matéria e de vazio, assim como este texto é feito de manchas negras e papel branco.