O destino do gato de Schrödinger provavelmente não está nas mãos da gravidade

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Créditos: Dixi / iStock / Getty Images.

Por Mike McRae
Publicado na ScienceAlert

Durante a maior parte do século, as maiores mentes do mundo lidaram com a certeza matemática de que os objetos podem estar em várias posições ao mesmo tempo antes que algo os faça se encaixar no lugar.

Vários físicos se perguntam se a boa e velha gravidade é responsável por forçar, por exemplo, uma bola de uma roleta (o jogo de azar) equivalente a uma partícula a se acomodar em sua casa metafórica. Isso parece um pouco menos provável depois que foi divulgado um novo experimento.

Pesquisadores de toda a Europa testaram recentemente uma explicação em potencial do aparente colapso da função de onda, determinada não por observações ou multiversos estranhamente ramificados, mas pela geometria do espaço-tempo.

É uma ideia que tem suas raízes em um artigo publicado em 1966 pelo físico húngaro Frigyes Karolyhazy, defendido décadas depois por mentes renomadas como Roger Penrose e Lajos Diósi.

Na verdade, foi Diósi quem se juntou a um grupo de cientistas para determinar se poderíamos culpar a gravidade por um dos paradoxos que mais causa dor de cabeça na física quântica.

“Por 30 anos, sempre fui criticado em meu país por especular sobre algo que era totalmente não testável”, disse Diósi à George Musser da Science.

A nova tecnologia finalmente tornou o não testável uma possibilidade. Mas para entender como isso funciona, precisamos dar um breve mergulho na insanidade quântica.

No início do século 20, os teóricos fizeram modelos das partículas como se fossem ondas, a fim de reconciliar o que estavam aprendendo sobre física atômica e luz. No entanto, essas partículas não eram exatamente como ondas ondulando na superfície de um lago. Pense na linha curva que você desenharia em um gráfico para descrever suas chances de ganhar uma aposta em um jogo de dados.

Para alguns físicos, toda essa analogia com o jogo era apenas um fator de engano conveniente a ser resolvido mais tarde, quando descobríssemos mais sobre a natureza fundamental da física quântica. Outros afirmam que a física quântica é a mais completa possível. O que significa que realmente é uma confusão que talvez está nas profundezas da física.

Explicar como fomos de um dado rolado para um número claramente definido que descreve coisas como spin, posição ou momento da partícula é a parte que deixou todo mundo perplexo.

O famoso físico suíço Erwin Schrödinger estava firmemente no “fator de correção” da equipe. Ele veio com aquele experimento de pensamento afrontoso envolvendo um gato escondido que estava simultaneamente vivo e morto (até que você olhasse para ele), apenas para mostrar o quão maluco era toda a coisa da “realidade imprecisa”.

E, no entanto, aqui estamos, um século depois, e ainda a superposição – a ideia de objetos como elétrons (ou coisas maiores) ocupando simultaneamente vários estados e posições até que você os examinem – é uma característica central da física moderna.

Tanto que estamos desenvolvendo todo um ramo da tecnologia  – computação quântica – em torno do conceito.

Para evitar a necessidade de invocar noções imaturas de consciência ou infinitas versões coexistentes da realidade para explicar porque muitas possibilidades se tornam uma quando olhamos para uma partícula, algo menos excêntrico é necessário para que a probabilidade quântica entre em colapso.

Para físicos como Penrose e Diósi, a gravidade pode ser exatamente esse “algo”.

A explicação de Einstein para essa força se baseia em um tecido curvo do espaço tridimensional emaranhado com uma única dimensão do tempo. Frustrantemente, uma descrição quântica desse espaço-tempo continua falhando com os teóricos. No entanto, essa discrepância entre os dois campos formam uma boa espinha dorsal para levar ondas de possibilidade para linhas teóricas.

A versão de Penrose dessa ideia se baseia na afirmação de que são necessárias diferentes quantidades de energia para as partículas persistirem em diferentes estados.

Se seguirmos a velha regra einsteniana de E=mc2, essa diferença de energia se manifesta como uma diferença de massa, que, por sua vez, influencia a forma do espaço-tempo no que observamos como gravidade.

Dado o contraste suficiente em todos os estados possíveis, a forma imutável do espaço-tempo garantirá que haverá um custo substancial a pagar, escolhendo efetivamente uma única versão de baixa energia das propriedades de uma partícula para colocar no lugar.

É uma ideia atraente e, felizmente, com um componente potencialmente testável. Para todos os efeitos, essa “colocação no lugar” deve afetar a posição de uma partícula.

“É como se você desse um chute em uma partícula”, disse o físico do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt, Sandro Donadi, à Science.

Chute um elétron com a força suficiente e você o forçará a emitir fótons de luz. Logicamente, tudo o que resta é criar uma espécie de experiência do gato de Schrödinger, prendendo o tipo certo de material dentro de uma caixa de chumbo, enterrada longe dos efeitos das variáveis confusas da radiação, e examinar os resultados. Esse material, no caso, é o germânio.

Se as somas de Penrose estiverem corretas, um cristal de germânio deve gerar dezenas de milhares de flashes de fótons ao longo de vários meses, à medida que suas partículas superpostas se estabelecem em estados mensurados. No entanto, Diósi e sua equipe não observaram dezenas de milhares de fótons.

Ao longo de um período de dois meses, quando eles conduziram o experimento subterrâneo há cinco anos no Laboratório Nacional de Gran Sasso do Instituto Nacional de Física Nuclear da Itália, eles mediram apenas várias centenas – exatamente o que você esperaria da radiação que conseguiu escapar.

Penrose não está muito preocupado. Se a gravidade fizesse com que as partículas emitissem radiação no colapso, ela poderia ir contra as leis da termodinâmica rigidamente controladas do Universo.

De fato, esse não é o fim da história. Em experimentos futuros, a gravidade ainda pode ser considerada responsável por achatar as ondas quânticas. Agora, tudo parece possível.

Essa pesquisa foi publicada na Nature Physics.