O Erro Genial de Einstein: Estados emaranhados
Conteúdo
1. Introdução
- Contribuições de Albert Einstein para a mecânica quântica
- Importância do papel do EPR na compreensão da física quântica
2. O Papel de Albert Einstein na Mecânica Quântica
- A teoria do efeito fotoelétrico
- Preocupações filosóficas de Einstein em relação à mecânica quântica
- Derivação da famosa equação E=mc^2
3. A Contribuição do EPR
- O artigo de 1935: "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?"
- O fenômeno dos estados emaranhados
- A indeterminação do estado de uma única partícula até a medição
4. Implicações Filosóficas e Comprometimento da Teoria da Relatividade
- A correlação perfeita entre partículas emaranhadas
- O dilema entre a teoria da relatividade e o emaranhamento quântico
- A ação fantasmagórica à distância de acordo com Einstein
5. A Controvérsia e o Experimento de Bell
- A impasse entre a teoria quântica ortodoxa e a teoria das variáveis ocultas locais
- O experimento de Bell e suas conclusões
- Os experimentos subsequentes que confirmaram a corretude da mecânica quântica
6. O Impacto do EPR na Física Quântica
- Reflexões sobre os fundamentos da física quântica
- Desenvolvimento da teoria da informação quântica
- Potencial para o desenvolvimento de computadores quânticos
7. Possibilidades Futuras e Limitações
- Limitações para o envio de informações mais rápidas do que a luz
- O fascinante e estranho universo da física quântica
📜 O Papel de Albert Einstein e a Teoria do EPR na Física Quântica
Albert Einstein desempenhou um papel fundamental no lançamento da mecânica quântica através de sua teoria do efeito fotoelétrico, mas permaneceu profundamente incomodado com suas implicações filosóficas. Embora a maioria de nós ainda o lembre por derivar a famosa equação E=mc^2, sua última grande contribuição para a física foi na verdade um artigo de 1935, coescrito com seus jovens colegas Boris Podolsky e Nathan Rosen.
O artigo EPR, como ficou conhecido, era considerado um ponto estranho e filosófico até a década de 1980, mas recentemente se tornou central para uma nova compreensão da física quântica, com sua descrição de um fenômeno estranho agora conhecido como estados emaranhados.
O artigo começa considerando uma fonte que produz 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. Uma vez que uma medição é realizada, medições subsequentes da mesma propriedade na mesma partícula produzirão o mesmo resultado. Impressionantemente, as medições afetam umas às outras.
No entanto, a coisa mais estranha acontece quando olhamos para as duas partículas em conjunto. Cada uma das partículas produz resultados aleatórios, mas se compararmos as duas, veremos que elas estão sempre perfeitamente correlacionadas. Ou seja, se ambas as partículas forem medidas como zero, a correlação sempre se manterá. Os estados das duas partículas estão emaranhados. Medir uma delas revela o estado da outra com certeza absoluta.
Essa correlação aparentemente desafia a famosa teoria da relatividade de Einstein, uma vez que não há nada que limite a distância entre as partículas. Mesmo que uma medição seja feita em Nova York ao meio-dia e a outra seja feita em São Francisco um nanossegundo depois, ambas darão exatamente o mesmo resultado. No entanto, de acordo com a teoria da relatividade, isso seria impossível, pois exigiria que uma partícula enviasse algum tipo de sinal para a outra a uma velocidade 13 milhões de vezes maior do que a luz.
Devido a isso, Einstein descartou o emaranhamento como uma "ação fantasmagórica à distância" e decidiu que a mecânica quântica deveria ser incompleta, uma mera aproximação de uma realidade mais profunda na qual ambas as partículas têm estados predeterminados que estão ocultos para nós. Por outro lado, os defensores da teoria quântica ortodoxa, liderados por Niels Bohr, sustentaram que os estados quânticos são fundamentalmente indeterminados e que o emaranhamento permite que o estado de uma partícula dependa do estado de sua parceira distante.
Durante 30 anos, a física ficou em um impasse até que John Bell descobriu a chave para testar o argumento EPR: olhar para casos envolvendo medições diferentes nas duas partículas. As teorias locais das variáveis ocultas defendidas por Einstein, Podolsky e Rosen limitavam drasticamente a frequência com que seria possível obter resultados como 1A ou B0, porque os resultados teriam que ser definidos antecipadamente. Bell mostrou que a abordagem puramente quântica, onde o estado é verdadeiramente indeterminado até que seja medido, tem limites diferentes e prevê resultados de medições mistas que são impossíveis no cenário predeterminado.
Uma vez que Bell descobriu como testar o argumento EPR, os físicos saíram e o fizeram. Desde John Clauster nos anos 70 até Alain Aspect no início dos anos 80, dezenas de experimentos testaram a previsão do EPR, e todos encontraram a mesma coisa: a mecânica quântica está correta. As correlações entre os estados indeterminados de partículas emaranhadas são reais e não podem ser explicadas por nenhuma variável oculta mais profunda.
O artigo EPR acabou por estar errado, mas de forma brilhante. Ao levar os físicos a refletirem intensamente sobre os fundamentos da física quântica, ele levou a um maior desenvolvimento da teoria e ajudou a lançar pesquisas em áreas como a informação quântica, atualmente um campo próspero com o potencial de desenvolver computadores de potência inigualável.
Infelizmente, a aleatoriedade dos resultados medidos impede o surgimento de cenários de ficção científica, como o uso de partículas emaranhadas para enviar mensagens mais rápidas do que a luz. Portanto, a teoria da relatividade está segura, por enquanto. No entanto, o universo quântico é muito mais estranho do que Einstein gostaria de acreditar.
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