O Erro Brilhante de Einstein: Estados Entrelaçados

Tabela de Conteúdos:

1. Introdução
2. O Papel de Albert Einstein na Mecânica Quântica
3. A Contribuição de Einstein para a Teoria Quântica
4. O Artigo EPR: Uma Abordagem Filosófica
   • 4.1 A Descrição das Partículas Entrelaçadas
   • 4.2 A Implicação das Medições
   • 4.3 A Correlação entre as Partículas
5. A Relatividade de Einstein e o Entrelaçamento Quântico
6. A Controvérsia entre Einstein e os defensores da Teoria Quântica
7. O Experimento de Bell: Testando a Argumentação EPR
8. A Confirmação da Mecânica Quântica
9. O Legado do Artigo EPR e a Evolução da Teoria Quântica
   • 9.1 Aprofundamento da Teoria Quântica
   • 9.2 A Pesquisa em Informação Quântica
10. Conclusão

🤔 Introdução

No mundo da física, poucos nomes são tão famosos quanto o de Albert Einstein. A sua teoria da relatividade e a famosa equação E=MC^2 são conhecimentos amplamente disseminados, mas poucos sabem que Einstein também teve um papel fundamental no desenvolvimento da mecânica quântica. Embora tenha contribuído consideravelmente para essa nova área da física, Einstein também questionava suas implicações filosóficas. Um dos trabalhos mais notáveis nesse contexto é o artigo EPR (Einstein-Podolsky-Rosen), publicado em 1935, que descreveu um fenômeno peculiar conhecido como "entrelaçamento quântico".

🧪 O Papel de Albert Einstein na Mecânica Quântica

Albert Einstein desempenhou um papel pioneiro na construção da mecânica quântica através da sua teoria do efeito fotoelétrico. No entanto, mesmo sendo conhecido por suas contribuições à física, a sua mente brilhante também questionava as implicações filosóficas dessa nova teoria. Embora seja principalmente conhecido pela teoria da relatividade e sua famosa equação E=MC^2, seu último grande contribuição para a física foi, na verdade, um artigo publicado em 1935, escrito em conjunto com seus jovens colegas Boris Podolsky e Nathan Rosen.

📚 O Artigo EPR: Uma Abordagem Filosófica

O artigo EPR, que era considerado uma mera nota de rodapé filosófica até a década de 1980, tornou-se recentemente fundamental para o entendimento da física quântica. Nele, Einstein e seus colegas descrevem um fenômeno peculiar que hoje é conhecido como "estados entrelaçados".

4.1 A Descrição das Partículas Entrelaçadas

O artigo começa considerando uma fonte que emite pares de partículas, cada uma com duas propriedades mensuráveis. Cada medição tem dois resultados possíveis, com igual probabilidade. Por exemplo, zero ou um para a primeira propriedade e A ou B para a segunda. Surpreendentemente, uma medição em uma das partículas determina o estado da outra partícula, mesmo que estejam distantes uma da outra.

4.2 A Implicação das Medições

Essa estranha implicação não apenas indica que o estado de uma única partícula é indeterminado até a medição, mas também que a medição em si determina o estado. Além disso, as medições afetam uma à outra. Se uma partícula for medida como sendo no estado 1 e, em seguida, for feita a segunda medição, há 50% de chance de obter A ou B como resultado. No entanto, se a primeira medição for repetida, há 50% de chance de obter zero, mesmo que a partícula já tenha sido medida como 1. Ou seja, mudar a propriedade medida embaralha o resultado original, permitindo um novo valor aleatório.

4.3 A Correlação entre as Partículas

A situação se torna ainda mais estranha quando ambas as partículas são consideradas. Cada partícula produzirá resultados aleatórios, mas quando comparadas, essas partículas estão sempre perfeitamente correlacionadas. Por exemplo, se ambas as partículas forem medidas como zero, essa relação sempre será mantida. Esses estados das duas partículas são considerados "entrelaçados". Medir uma partícula revela com certeza absoluta o estado da outra.

⚛️ A Relatividade de Einstein e o Entrelaçamento Quântico

O entrelaçamento quântico parecia desafiar a famosa teoria da relatividade de Einstein, pois não há nada que limite a distância entre as partículas. Mesmo que seja realizada uma medição em Nova York ao meio-dia e a outra em São Francisco um nanossegundo depois, os resultados serão exatamente os mesmos. No entanto, se a medição determina o valor do estado, isso implicaria que uma partícula está enviando algum tipo de sinal para a outra à velocidade de 13 milhões de vezes a velocidade da luz, o que, de acordo com a teoria da relatividade, é impossível. Por essa razão, Einstein rejeitou o entrelaçamento como uma "ação fantasmagórica à distância", acreditando que a mecânica quântica deveria ser incompleta, uma mera aproximação de uma realidade mais profunda, na qual as partículas têm estados predeterminados que estão ocultos para nós.

🌀 A Controvérsia entre Einstein e os Defensores da Teoria Quântica

Enquanto Einstein acreditava que a mecânica quântica era incompleta, os defensores da teoria quântica ortodoxa, liderados por Niels Bohr, afirmavam que os estados quânticos eram fundamentalmente indeterminados e que o entrelaçamento permitia que o estado de uma partícula dependesse do estado de sua parceira distante. Essa controvérsia manteve a física em um impasse por 30 anos, até que John Bell descobriu que a chave para testar o argumento EPR era analisar casos envolvendo diferentes medições nas duas partículas.

🧪 O Experimento de Bell: Testando a Argumentação EPR

As teorias de variáveis ​​ocultas locais, defendidas por Einstein, Podolsky e Rosen, restringiam estritamente a frequência com que os resultados como 1A ou B0 poderiam ocorrer, porque os resultados teriam que ser definidos antecipadamente. Bell mostrou que a abordagem puramente quântica, na qual o estado é verdadeiramente indeterminado até ser medido, tem limites diferentes e prevê resultados de medição mistos, o que é impossível no cenário de predeterminação.

Uma série de experimentos foi realizada desde então para testar a previsão EPR, incluindo os trabalhos de John Clauster na década de 70 e Alain Aspect no início dos anos 80. Todos eles encontraram o mesmo resultado: a mecânica quântica é correta. As correlações entre os estados indeterminados das partículas entrelaçadas são reais e não podem ser explicadas por variáveis ​​mais profundas.

📜 O Legado do Artigo EPR e a Evolução da Teoria Quântica

O artigo EPR revelou-se errado, mas brilhantemente errado. Ao desafiar os fundamentos da física quântica, ele levou a um aprofundamento da teoria e lançou pesquisas em áreas como a informação quântica, que hoje é um campo próspero com o potencial de desenvolver computadores de poder inigualável. Infelizmente, a aleatoriedade dos resultados medidos impede cenários de ficção científica, como o uso de partículas entrelaçadas para enviar mensagens mais rápidas que a luz. Assim, por enquanto, a teoria da relatividade de Einstein está segura, mas o universo quântico é muito mais estranho do que Einstein queria acreditar.

🔬 Conclusão

Em suma, o papel de Albert Einstein na mecânica quântica foi fundamental. Seu artigo EPR trouxe à tona questionamentos filosóficos importantes e incentivou o desenvolvimento de uma compreensão mais profunda dos fenômenos quânticos. Embora Einstein discordasse das implicações do entrelaçamento quântico, experimentos subsequentes mostraram que a mecânica quântica é, de fato, correta. O legado de Einstein continua vivo, impulsionando a pesquisa e a exploração do reino fascinante da física quântica.

Recursos:

• Texto original: Link
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