O Gato de Schrondinger: sua teoria estava errada?

O problema

A teoria quântica é muito estranha. Ele diz que um objeto como uma partícula ou um átomo que adere às regras quânticas não tem uma realidade que possa ser fixada até que seja medida. Até então, suas propriedades, como momento, são codificadas em um objeto matemático conhecido como função de onda que basicamente diz: se você fizer uma medição, aqui está uma série de resultados possíveis. A pergunta inevitável que surgiu à medida que a teoria se desenvolveu foi: o que, então, a coisa está fazendo antes disso?

Um possível solução 

A resposta mais proeminente na década de 1930 veio da interpretação de Copenhague , desenvolvida na cidade dinamarquesa pelos luminares da teoria quântica, Niels Bohr e Werner Heisenberg . Isso diz que realmente não há realidade definitiva antes da medição, e o objeto está em um estado indefinido conhecido como superposição. Se a interpretação de Copenhague estiver correta, antes que qualquer medição ocorra, o átomo, e também o gato, está em uma superposição de decomposto/morto e não decaído/vivo.

O experimento mental de Schrodinger investigou como isso acontece quando um objeto quântico é acoplado a algo mais familiar.

O Experimento de Schrondinger

Erwin Schrodinger em 1935, criou um experimento mental com o objetivo de invalidar por absurdo a interpretação de Copenhague da mecânica quântica. Tal experimento consistia de um gato dentro de uma caixa junto a um aparato contendo um átomo radioativo capaz de decair no periodo de uma hora e acionar um veneno com 50% de chance, que causaria a morte do pobre gato.

Apóss a hora ter se passado, não se teria informaçãoo da sobrevivência do gato antes da caixa ser aberta e os estados do gato e do átomo estariam emaranhados. Caso o átomo decaia, o gato morrerá com probabilidade de 100%. Mas caso o não decai, o gato sobreviverá com probabilidade de 100%. Ou seja, o gato tinha metade das chances de estar vivo ou morto.

Conclusão do experimento

O experimento desempenhou um papel importante em estimular outras formas de pensar sobre a teoria quântica, incluindo a interpretação de muitos mundos, que diz que as diferentes realidades possíveis de um objeto quântico se cristalizam em diferentes universos paralelos no ponto de medição.

Atualmente

Oitenta e três anos após a criação do gato de Schrodinger muita coisa mudou mas muitas dúvidas ainda permanecem. Hoje vemos que não existem paradoxos na natureza e consideramos o gato de Schrodinger um fenômeno conhecido mas muita coisa ainda falta para ser explicada. O processo da destruição da coerência quântica (decoerência) ainda não é bem conhecido, sendo uma área de pesquisa contemporânea e representa um dos maiores mistérios da mecânica quântica atualmente. O número de sistemas físicos macroscópicos sendo construidos tem crescido e ajudado a testar os limites do mundo quântico 3 e aumentar nosso entendimento dele que tem aumentado cada vez mais.

 Em 2018, os cientistas publicaram uma variante mais complicada do experimento mental que parece mostrar que todas as interpretações existentes da teoria quântica estão incompletas.

A recente pesquisa

Quando a mecânica quântica foi desenvolvida pela primeira vez há um século como uma teoria para entender o mundo em escala atômica, um de seus conceitos-chave era tão radical, ousado e contra-intuitivo que passou para a linguagem popular: o “salto quântico”. Os puristas podem objetar que o hábito comum de aplicar esse termo a uma grande mudança ignora o fato de que os saltos entre dois estados quânticos são tipicamente pequenos, e é exatamente por isso que não foram percebidos antes. Mas o ponto real é que eles são repentinos. Tão repentinos, de fato, que muitos dos pioneiros da mecânica quântica presumiram que fossem instantâneos.

Um novo experimento mostra que não. Ao fazer uma espécie de filme em alta velocidade de um salto quântico, a obra revela que o processo é tão gradual quanto o derretimento de um boneco de neve ao sol. “Se pudermos medir um salto quântico com rapidez e eficiência suficientes”, disse Michel Devoret, da Universidade de Yale, “na verdade, é um processo contínuo”. O estudo, liderado por Zlatko Minev , um estudante de pós-graduação no laboratório de Devoret, foi publicado na segunda-feira na Nature. 

“Este é realmente um experimento fantástico”, disse o físico William Oliver , do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, que não participou do trabalho. "Realmente incrível."

Mas há mais. Com seu sistema de monitoramento de alta velocidade, os pesquisadores puderam detectar quando um salto quântico estava prestes a aparecer, “pegá-lo” no meio do caminho e revertê-lo, enviando o sistema de volta ao estado em que começou. Dessa forma, o que parecia aos pioneiros quânticos ser uma aleatoriedade inevitável no mundo físico agora se mostra passível de controle. Podemos nos encarregar do quantum.

Conclusões da equipe de Yale

O experimento mostra que os saltos quânticos “não são realmente instantâneos se olharmos de perto o suficiente”, disse Oliver, “mas são processos coerentes”: eventos físicos reais que se desenrolam ao longo do tempo.

As técnicas desenvolvidas pela equipe de Yale revelam a mudança de mentalidade de um sistema durante um salto quântico. Usando um método chamado reconstrução tomográfica, os pesquisadores puderam descobrir as ponderações relativas dos estados escuro e fundamental na superposição. Eles viram esses pesos mudarem gradualmente ao longo de um período de alguns microssegundos. Isso é muito rápido, mas certamente não é instantâneo.

Além do mais, este sistema eletrônico é tão rápido que os pesquisadores podem “pegar” a mudança entre os dois estados enquanto ela está acontecendo, então revertê-la enviando um pulso de fótons para dentro da cavidade para impulsionar o sistema de volta ao estado escuro. Eles podem persuadir o sistema a mudar de ideia e ficar na festa, afinal.

Afinal, Schrondinger estava certo?

O valor real do resultado não está, porém, em quaisquer benefícios práticos. É uma questão do que aprendemos sobre o funcionamento do mundo quântico. Sim, é repleto de aleatoriedade - mas não, não é pontuado por solavancos instantâneos. Schrodinger, apropriadamente, estava certo e errado ao mesmo tempo.

Fontes:

https://www.newscientist.com/definition/schrodingers-cat/ 

https://www.quantamagazine.org/quantum-leaps-long-assumed-to-be-instantaneous-take-time-20190605/

https://www.ifsc.usp.br/~strontium/Teaching/Material2018-2%20SFI5707%20MecanicaquanticaB/Monografia%20-%20Pedro%20-%20SchroedingerCat.pdf

https://www.youtube.com/watch?v=UjaAxUO6-Uw