OS SEGREDOS DA FÍSICA QUÂNTICA 1 E 2

https://www.youtube.com/watch?v=JHhqyPIRcMA

Legendas do vídeo logo embaixo, e bem mais abaixo ainda o episódio 2:

ndo pode estar completamente errado.

OS SEGREDOS DA FÍSICA QUÂNTICA

A história de nossa descida para a loucura científica

começa com o objeto mais improvável.

Berlim, 1890.

A Alemanha é um país novo, recentemente unificada e ávida por industrializar-se.

Nessa Alemanha recém unificada,

uma série de novas empresas de engenharia foram fundadas.

Eles gastaram milhões comprando a patente européia

da nova invenção de Édison, a lâmpada elétrica.

A lâmpada elétrica foi o epítome da tecnologia moderna,

um grande símbolo otimista do progresso.

Empresas de engenharia logo perceberam que havia fortunas

a serem feitas produzindo iluminação de rua para o novo império alemão.

Mas o que eles não perceberam foi que também desencadeariam

uma revolução cientifica.

Estranhamente,

esse humilde objeto é responsável pelo nascimento

da teoria mais importante em toda a ciência:

a mecânica quântica, uma teoria que passei minha vida estudando.

E isso porque, em 1900,

a lâmpada elétrica apresentou um problema um pouco estranho.

Os engenheiros sabiam que, se o filamento fosse aquecido,

ele brilhava.

A física que sustentava isso, porem, era completamente desconhecida.

Algo tão básico como a relação

entre a temperatura do filamento

e a cor da luz produzida era ainda um completo mistério.

Um mistério que eles estavam, obviamente, ansiosos por resolver.

E, com a ajuda do novo Estado alemão,

viram como passar a perna em seus competidores.

Em 1887, o governo alemão investiu milhões

em um novo instituto de investigação técnica aqui em Berlim,

o Physikalisch-Technische Reichsanstalt, ou PTR.

Então, em 1900, eles alistaram um brilhante,

embora muito certinho, cientista para ajudar no trabalho aqui.

Seu nome era Max Planck.

Planck se dedicou a um problema aparentemente simples:

Por que a cor da lâmpada muda com o aquecimento do filamento.

Para ter uma noção do quebra-cabeça enfrentado por Planck,

vou montar esta bicicleta com uma lâmpada elétrica antiga

alimentada por um antigo dínamo.

Claro que, quanto mais rápido eu vou, mais brilhante ficará a luz.

Quanto mais eu pedalo, mais eletricidade o dínamo produz,

mais quente fica o filamento e mais forte fica a luz.

Mas a luz que a lâmpada produz não está ficando apenas mais brilhante,

está mudando de cor, também.

Enquando eu acelero, a cor muda de vermelho para laranja e para amarelo.

Certo, agora vou realmente conseguir.

Agora o filamento está ficando ainda mais quente,

mas embora certamente fique mais brilhante…

…a cor parece permanecer a mesma – amarelo claro.

Por que a luz não fica mais azulada?

Para investigar, Planck e seus colegas construiram isto,

um radiador de corpo negro.

É um tubo especial que pode aquecer a uma temperatura muito precisa

e uma maneira de medir a cor ou a frequência

da luz produzida.

Hoje em dia, mais de 100 anos depois, o PTR ainda faz exatamente

esse tipo de medição, apenas com muito mais precisão.

A temperatura aqui dentro é de 841 graus centígrados.

Posso sentir o calor saindo e ele está brilhando

com uma bela cor vermelho-alaranjada.

É quase a mesma cor da luz da minha bicicleta quando estou pedalando devagar.

Mas eu quero ver alguma coisa mais quente ainda.

A temperatura aqui dentro está em 2000 graus centígrados…

…e está brilhando com uma luz muito mais brilhante, esbranquiçada.

Produzir luz dessa intensidade ecor

requer uma potência de cerca de 40 kilowatts.

Agora, isso equivale a cerca de 400m/s numa bike muito rápida,

ou a saída combinada de todo o Tour de France.

Ainda que a luz seja mais branca – é branco avermelhada –

há muito pouco azul.

Por que o azul é tão mais difícil de conseguir do que o vermelho?

E ainda mais acima no espectro, para além do azul,

o chamado ultravioleta, dificilmente é produzido,

mesmo quando olhamos para coisas tão quentes quanto o sol.

Mesmo o sol, com uma temperatura de 5.500 graus centígrados,

produz a maioria de sua luz visível branca

e consegue pequena quantidade de luz ultravioleta,

considerando o quanto é quente. Por que isso acontece?

Por que a luz ultravioleta é tão difícil de produzir?

Essa falha notável de bom senso deixou tão perplexos os cientistas

do final do século 19 que eles deram-lhe um nome bem dramático.

Chamaram-na de ‘catástrofe ultravioleta’.

Planck deu um primeiro passo crucial para resolver isso.

Ele encontrou a relação matemática precisa

entre a cor da luz, sua frequência e sua energia.

Mas ele não entendeu a conexão.

No entanto, foi outra estranha anomalia

que realmente colocaria as coisas no ponto certo.

No final do século 19, os cientistas estavam estudando

as recém descobertas ondas de rádio e como elas eram transmitidas.

E para fazer isso, estavam construindo plataformas experimentais

muito semelhantes a esta. Basicamente, girando este disco,

eles podiam gerar enormes tensões que causavam faíscas

que atravessavam o fosso entre as duas esferas de metal.

Mas, ao fazer isso,

eles descobriram algo muito inesperado acontecendo com a luz.

Descobriram que, colocando uma fonte de luz poderosa

nas esferas, podiam fazer as faiscas saltarem mais facilmente.

Isso sugeria uma ligação misteriosa e inexplicável

entre a luz e a eletricidade.

Para entender o que está acontecendo, os cientistas usaram isto.

Ele é chamado de eletroscópio de folha de ouro.

É basicamente uma versão mais sensível do aparelho de abertura de faísca.

Agora, em primeiro lugar, tenho que energizá-lo.

O que estou fazendo é adicionando um excesso de elétrons

que estão afastando as duas folhas de ouro.

Agora, primeiro eu levo a luz vermelha

e ilumino a superfície de metal

e nada acontece.

Mesmo se eu aumento o brilho da luz,

as folhas de ouro ainda não são afetadas.

Agora eu tento essa luz azul especial, rica em ultravioleta.

Imediatamente, as folhas de ouro entram em colapso.

A luz pode remover claramente a carga elétrica estática das folhas.

Pode de alguma forma retirar os eléctrons que adicionei a eles.

Mas por que a luz ultravioleta é muito melhor ao fazer isso que a luz vermelha?

Essa nova charada tornou-se conhecida como o efeito fotoelétrico.

A catástrofe ultravioleta e o efeito fotoelétrico

foram grandes problemas para os físicos,

porque nenhum deles pode ser entendido usando a melhor ciência da época.

A ciência que disse, de forma inequívoca,

que a luz era uma onda.

Em toda a nossa volta,

vemos a luz comportar-se de um modo perfeitamente ondulado.

Olhe para a sombra da minha mão. É distorcida nas bordas.

Nós entendemos isso como a luz que atinge o lado da minha mão

e dobra e curva um pouco para fora,

assim como ondas de água em torno de uma obstrução.

Perfeitamente sensato como comportamento ondulatório.

E há algo mais, algo bem bonito.

Olhe para estas bolhas de sabão.

Acenda uma luz sobre elas

e lindos padrões coloridos surgem do nada.

E isso era facilmente explicado aceitando que a luz é uma onda,

refletindo das camadas externas e internas da película fina do sabão

e quebrando-se nas cores do arco-íris.

Um pouco como ondas na superfície da água,

a luz era simplesmente ondas de energia espalhando-se através do espaço

e isso foi tão firmemente aceito como o fato de que a Terra era redonda.

Mas embora essa teoria ondulatória funcionasse perfeitamente para sombras

e bolhas, quando vinha para a ‘catástrofe violeta’

e o efeito fotoelétrico…

…as coisas começavam a não encaixar.

O problema era esse: como a luz podia fazer isso?

Para compreender de verdade o quão absurdo era esse fenômeno,

pode ser útil considerar como as ondas se comportam na água.

Ei!

Este é o tanque de ondas na sede da PNLI em Dorset.

É usado para treinar equipes de salvamento para lidar com uma gama

de diferentes tipos de ondas. Primeiro, pequenas ondas, de 30 cm de altura.

Essas ondas não têm muita energia,

mal energia suficiente para jogar essa lata de cima contra a outra.

Mas, quando as ondas crescem para cerca de 1,5 m,

é uma proposta muito diferente.

E elas estão realmente me jogando sobre isso.

Não há maneira que eu possa manter essa lata equilibrada no topo.

Está claro o que as ondas da água estão nos dizendo:

ondas maiores e mais intensas têm mais força.

Elas jogaram a mim e às latas facilmente.

Portanto, se a luz era uma onda,

mais intensidade deve jogar para fora mais elétrons.

Mas não foi o que aconteceu.

Lembre-se, não importa o quão intensa era a luz vermelha,

ela não tirou elétrons do metal.

Mas, estranhamente, a fraca luz ultravioleta conseguiu em segundos.

Então, pensando na luz como uma onda não estava somando.

Para resolver isso, alguém precisava pensar no impensável

e, em 1905, alguém o fez. Você pode bem ter ouvido sobre isso.

Seu nome era Albert Einstein.

Este é o observatório Archenhold-Sternwarte em Berlim.

Colocada no topo está uma estranha e enorme construção de ferro e aço,

mas não é uma arma, é de fato um telescópio.

Construído em 1896, o telescópio era um dos maiores do seu tipo

no mundo e tornou o observatório o lugar para ir

para envolver e surpreender o público com a nova ciência.

Albert Einstein deu uma palestra pública muito famosa aqui

sobre sua teoria da relatividade, que é, naturalmente, a sua mais famosa.

Mas não é o trabalho que lhe rendeu o Prêmio Nobel.

Em 1905, ele também veio com uma nova teoria para explicar

o feito fotoelétrico e que ele sugeriu ser revolucionário

e até mesmo herético.

Ele argumentou que temos que esquecer tudo sobre a idéia de que a luz é uma onda

e pensar nela como uma corrente de minúsculas partículas semelhantes a balas.

O termo que ele usou para descrever uma partícula de luz foi um quantum.

Para Einstein, um quantum era um pequeno pedaço de energia

e embora, em 1905, a palavra não fosse nova,

a ideia de que a luz poderia ser um quantum parecia maluca.

No entanto, seguindo a linha herética do pensamento de Einstein

à sua conclusão lógica

resolveu todos os problemas com a luz de um único golpe.

Vou tentar explicar como isso ajuda usando uma grosseira analogia.

Claro que, como todas as analogias, está longe de ser perfeita,

mas espero que lhe dê um sentido da física

para ajudá-lo a entender porque o pensamento da luz como corrente de partículas

resolve o mistério do efeito fotoelétrico.

Nessa analogia, estas bolas vermelhas representam os ‘quanta’ de luz de Einstein.

E essas latas ali em cima são a eletricidade presa ao metal.

Agora, no experimento original,

eles fizeram a eletricidade fluir da superfície do metal

jogando luz sobre ele. Na minha analogia, vou tentar

derrubar essas pequenas latas usando estas bolas vermelhas.

Absolutamente nenhum efeito.

É apenas como a luz vermelha.

De acordo com Einstein,

cada partícula de luz vermelha transporta muito pouca energia,

porque a luz vermelha tem uma baixa frequência.

Então, mesmo uma luz vermelha brilhante com muitas partículas de luz

não consegue desalojar elétrons das placas de metal,

como acontece com as bolas vermelhas.

Agora vou usar bolas mais pesadas como estas bolas azuis de golfe

e vou tentar derrubar as pequenas latas com elas.

Elas são como a luz ultravioleta na experiência.

Agora, cada partícula individual de luz transporta mais energia,

porque a luz ultravioleta é de uma frequência maior.

Umas poucas delas, como a fraca luz ultravioleta,

são suficientes para tirar os elétrons da placa de metal

e abater a folha de ouro.

Assim a ideia de Einstein de que a luz é feita de pequenas partículas ou ‘quanta’

é uma explicação maravilhosa do efeito fotoelétrico.

Lembro quando, pela primeira vez, li sobre isso

sendo levado pela sua pura elegância e simplicidade.

Mas, o que é mais, a ideia bacana de Einstein também ajudou a resolver

o mistério da lâmpada de Planck.

Havia mais vermelho que ultravioleta

porque os ‘quanta’ ultravioletas precisavam muito mais energia para produzir,

cerca de 100 vezes mais energia.

Não admira que haja tão poucos deles.

Aquele momento no início do século 20

assinalou uma autêntica revolução,

porque demonstrou que o tipo de ciência física

que as pessoas faziam antes, de Newton e Laplace,

e pessoas como aquelas, que era preciso uma abordagem completamente nova.

A física nunca se recuperou daquele momento

no sentido do que foi construído nesse momento,

que é onde a física moderna realmente começou.

Mas a teoria de Einstein também deixou os físicos com um enorme paradoxo

desafiando o senso comum.

A luz era definitivamente uma onda que explicava sombras e bolhas.

E agora ela era definitivamente uma partícula também:

os ‘quanta’ de Einstein explicando o efeito fotoelétrico

e a catástrofe ultravioleta.

Então, alguns anos depois da ideia brilhante e maluca de Einstein,

o paradoxo ficou mais profundo e muito mais estranho.

Porque o que parecia ser um mistério curioso sobre a luz

estava prestes a tornar-se um campo de batalha sobre a natureza da própria realidade.

– 1922 –

O mundo ocidental estava nas garras de uma revolução, a revolução cultural.

Ulisses, de James Joyce, é publicado,

Stravinsky está no auge de seus poderes

e Chaplin acaba de lançar seu primeiro filme sério.

Desmorona o Império Otomano.

A Europa ainda está se recuperando da guerra para acabar com todas as guerras

em que milhões de homens perderam suas vidas.

A Rússia é recém-comunista.

Enquanto isso, a América está exportando o jazz para o mundo.

Obrigado. A MÚSICA TOCA

Nas artes, na política, na literatura, na economia,

havia um apetite insaciável por mudança.

Esse foi o nascimento do modernismo.

# Você tem um coração que não há nenhuma maneira de saber

# Posso ver onde está, mas não consigo ver onde você está indo

# E estou presa aqui ainda

# Estou enrolada com você

# Esse mundo inteiro pode ser tão incerto…

Mas, e eu poderia estar em apuros por dizer isso,

eu diria que a convulsão que teve lugar na física

nesse momento iria eclipsar todos eles

e teria consequências muito mais duradouras.

Havia começado com a descoberta

da estranha e contraditória natureza da luz

e terminou como uma batalha épica travada entre as maiores mentes

da ciência para o maior prêmio possível:

a natureza da própria realidade.

# Sei que mereço você, sei que é meu salvador

# Mas quando observo você, você muda o seu comportamento…

De um lado, uma nova onda de cientistas revolucionários modernos

e seu líder, o brilhante físico dinamarquês Niels Bohr.

Do outro lado, a voz da razão, Albert Einstein,

na altura de seus poderes e agora famoso mundialmente,

um adversário formidável.

# Enrolada com você…

A batalha se desenrolava há décadas.

Na verdade, em alguns aspectos, ainda acontece.

Ela foi travada em todo o mundo, em universidades, em conferências,

em bares e cafés, reduziria homens adultos às lágrimas

e começou com uma experiência extremamente simples.

# Este mundo todo pode ser tão incerto…

Mas estranhamente foi uma experiência que não era sequer sobre a luz,

era sobre as partículas que formam a eletricidade.

# A outra pessoa…

No meio da década de 20, uma experiência foi realizada

nos Laboratórios Bell em Nova Jersey, na América,

que descobriu algo totalmente inesperado sobre os elétrons.

Agora, na época em que foi aceito sem questionar

que os elétrons eram esses pequenos pedaços de matéria,

mas pequenas partículas sólidas, como bolas de bilhar em miniatura.

No experimento, dispararam um feixe de elétrons em um cristal

e viram como se dispersavam.

Isso é totalmente equivalente à retirada de um feixe elétrons,

digamos que de um canhão de elétrons,

e atirar para uma tela com duas fendas nela

para que os elétrons passem através das fendas

e atinjam em outra tela atrás.

O que os cientistas da Bell descobriram

chocou o mundo da física por completo.

Para entender o porquê, considere uma experiência semelhante com ondas de água.

Eu preparei uma experiência simples.

Eu tenho um tanque de ondulação de água colocada em cima de um retroprojetor,

tenho um gerador produzindo ondas que passam por duas aberturas estreitas.

O projetor lança a imagem das ondas na parede do fundo.

Você pode ver como as ondas vêm da esquerda

e se espremem através das duas lacunas;

elas se espalham do outro lado e interferem uma com a outra.

O que isso significa é que quando você tem a crista de uma onda

encontrando a crista de outra, elas se somam para fazer uma onda maior.

Mas quando a crista de uma encontra a depressão da outra, elas se cancelam.

Isto dá origem a estas linhas características

levando a um padrão de onda.

Bandas de luz e escuridão.

Sempre que você vê essas bandas claras e escuras,

o padrão de onda,

você sabe, sem dúvida, que tem um comportamento ondulatório.

Então adivinhe o que eles viram em Nova Jersey.

Agora parecia que os elétrons lançados, pequenas partículas sólidas,

através das duas lacunas produziam exatamente o mesmo tipo de padrão,

faixas de luz e escuridão.

Primeiro a luz, por muito tempo pensada como uma onda,

descobriu-se que às vezes se comporta como partícula

e agora elétrons, por muito tempo pensados como partículas,

estavam se comportando como ondas.

Mas isso era de fato ainda mais estranho.

O padrão de onda não era meramente algum resultado

de todo feixe de elétrons.

Mais recentemente essa experiência foi repetida

em laboratórios em todo o mundo atingindo um elétron a cada vez

através das frestas na tela.

A princípio, cada elétron parece pousar aleatoriamente na tela.

Mas, gradualmente, um padrão forma uma assinatura de onda.

Deixe-me ser muito claro sobre o quanto estranho é isso.

Lembre-se da experiência do tanque de ondas

onde o padrão de assinatura de onda só existe

porque cada onda passa por ambas as frestas

e então suas duas peças interferem entre si.

Mas aqui cada elétron individual,

cada única partícula está passando sozinha pelas frestas

antes de tocar a tela.

E ainda, cada único elétron está contribuindo

para o padrão de assinatura de onda.

Cada elétron tem que estar se comportando como uma onda.

Para explicar esse estranho resultado,

Niels Bohr e seus colegas criaram a mecânica quântica,

uma teoria maluca da luz e da matéria que abraçou a contradição

e não se importou que ela era quase impossível compreender.

Como o próprio Niels Bohr disse,

qualquer um que não está chocado com a teoria quântica ainda não a compreendeu.

Então, espectadores, vou tomar nosso diminuto elétron

e usá-lo para mergular profundamente no coração da realidade.

E, sim, preparado para ficar chocado,

porque esta é a única maneira de explicar o que se observa

quando um único elétron viaja através das fendas

e atinge a tela.

A mecânica quântica diz isso…

…não podemos descrever o que está viajando como um objeto físico.

Tudo que podemos descrever

são as chances de onde o elétron possa estar.

Essa onda de possibilidade de alguma forma viaja pelas duas fendas

produzindo interferência assim como a onda de água.

Então, quando ela bate na tela,

o que era apenas a possibilidade fantasmagórica de um elétron

misteriosamente torna-se real.

Deixe-me tentar capturar o quão estranho isso é com uma analogia.

Se eu girar esta moeda…

Então o tempo todo ela está girando, é um borrão,

não posso dizer se é cara ou coroa,

mas se eu pará-la, eu a forço a decidir e é cara.

Então, antes não era nem cara nem coroa mas uma mistura de ambos,

mas tão logo eu a fiz parar, obriguei-a a mudar de ideia.

Isso é o que Bohr e seus apoiadores

alegou estar acontecendo com nossos elétrons.

Em certo sentido, ao girar, a moeda era tanto cara como coroa.

Da mesma forma, a onda de elétrons

passa através das duas fendas, dois caminhos ao mesmo tempo.

Nossa moeda então pára em cara.

A onda etérea da probabilidade atinge a tela

e só então se torna uma partícula.

O mundo quântico era diferente de qualquer outro visto antes.

É difícil estimar o quanto louco é isso.

Bohr estava efetivamente alegando que não se pode nunca saber

onde o elétron realmente está até que você o meça

e não é que você não saiba onde o elétron está,

é estranho como se o próprio elétron estivesse em todos os lugares ao mesmo tempo.

Tenha em mente que os elétrons estão entre os mais comuns

e mais básicos blocos básicos da construção da realidade

e ainda assim Bohr está dizendo que só procurando

nós realmente conjuramos sua posição na existência.

É como se houvesse uma cortina entre nós e o mundo quântico

e por trás dele não existisse uma realidade sólida…

apenas o potencial para a realidade.

As coisas só se tornam reais quando puxamos a cortina e olhamos.

E esta visão, senhores e senhoras,

tornou-se conhecida como a interpretação de Copenhagen.

APLAUSOS

Persuasivo como pode parecer,

muitas pessoas não puderam digerir as ideias bizarras de Niels Bohr.

E eles encontraram um líder natural no homem mais poderoso da ciência.

Albert Einstein odiou essa interpretação

com todas as fibras do seu ser.

Ele disse a famosa frase

“A lua deixa de existir quando eu não olho para ela?”

Ele estava muito insatisfeito porque isso deu limites para o conhecimento

que ele não achava que deveria ser final.

Ele pensou que deveria haver uma teoria subjacente melhor.

Pelos próximos dez anos, Einstein e Bohr argumentariam apaixonadamente

sobre se a mecânica quântica significava desistir da realidade ou não.

Então, com outros dois cientistas, Nathan Rosen e Boris Podolsky,

Einstein achou que encontraram um argumento vitorioso.

Ele estava convencido de que tinha encontrado uma falha fatal

na interpretação de Copenhagen e sua alegação de que a realidade

era chamada à existência pelo ato de olhar para ela.

No cerne do argumento de Einstein

estava um aspecto da mecânica quântica chamado emaranhamento.

Emaranhamento é esta incrível, estreita relação

entre um par de partículas quânticas cujos destinos estão entrelaçados.

Por exemplo, se elas foram criadas no mesmo evento.

Deixe-me tentar explicar isso

imaginando que as duas partículas são moedas girando.

Imagine que essas moedas são dois elétrons

criados no mesmo evento e então separados um do outro.

A mecânica quântica diz que, por serem criados juntos,

eles são emaranhados.

Agora muitas de suas propriedades estão linkadas para sempre,

onde quer que estejam.

Lembre-se, a interpretação de Copenhagen diz que,

até você medir uma das moedas, nenhuma delas é cara ou coroa.

Na verdade, caras e coroas nem mesmo existem.

E é aqui que o emaranhamento torna essa situação ainda mais estranha.

Quando paramos a primeira moeda e ela se torna cara…

porque as moedas estão ligadas pelo emaranhamento,

a segunda moeda tornar-se-á simultaneamente coroa.

E aqui está o fato crucial.

Não posso prever qual será o resultado do meu lançamento,

apenas que elas serão sempre opostas.

Einstein apropriou-se disso.

Porque isso significava que algo estava acontecendo entre as duas moedas

que era quase louco demais para imaginar.

É como se as duas moedas estivessem se comunicando secretamente.

Comunicação instantânea através do espaço e do tempo.

Mesmo se a primeira moeda estivesse na Terra e a outra em Plutão.

Einstein recusou-se a acreditar

nessa comunicação instantânea, mais rápida que a luz.

Sua teoria da relatividade dizia que nada podia viajar àquela velocidade.

Nem mesmo a informação.

Então, como poderia uma moeda saber instantaneamente

como a outra iria cair?

Depreciativamente, ele a chamou de “ação fantasmagórica à distância”

e alegou que era uma falha fatal na interpretação de Copenhagen.

O que é mais, ele teve uma ideia melhor.

Einstein acreditava que havia uma interpretação mais simples.

Que, de algum modo, o destino das duas moedas, fossem ou não

caras ou coroas, já estava determinado muito tempo antes que as observássemos.

Ele disse que, embora parecesse que a moeda

estava decidindo ser, digamos, cara, no momento da observação,

de fato, aquela decisão tinha sido tomada muito antes.

Ela apenas estava escondida de nós.

Na mente de Einstein,

as partículas quânticas não eram nada como moedas girando.

Elas eram mais como um par de luvas, esquerda e direita,

separadas em caixas.

Nós não sabemos qual caixa contém tal luva até que abrimos uma,

mas quando o fazemos e encontramos uma luva da mão direita,

imediatamente sabemos que a outra caixa contém a luva da mão esquerda.

Mas, fundamentalmente, isso não requer nenhuma ação fantasmagórica à distância.

Nem a luva foi alterada pelo ato de observação.

Ambas foram

a luva da mão esquerda ou direita desde o princípio.

E a única coisa que mudou foi o nosso conhecimento.

Assim, qual é a descrição verdadeira da realidade?

As moedas de Bohr, que só se tornam reais quando olhamos para elas…

…e então magicamente se comunicam entre si,

ou as luvas de Einstein, que estão escondidas de nós,

mas são definitivamente esquerda e direita desde o início?

Em outras palavras, há uma realidade objetiva,

como Einstein acreditava, ou não, como manteve Bohr?

No final dos anos 30, com o mundo mergulhado em guerra,

não havia maneira de responder a esta pergunda.

A batalha para compreender a natureza da realidade ficou num impasse.

A guerra espalhou-se pela Europa

e muitos dos cientistas principais fugiram para os Estados Unidos.

Então, como a Segunda Guerra Mundial levou à Guerra Fria…

…a ciência americana, apoiada por dólares

e uma nova visão do futuro, cresceu.

Lembre-se, após a guerra os físicos voltaram ansiosos

para tentar aplicar as ideias da teoria quântica de átomos,

a interação entre elétrons e luz e o que você tem,

você não precisava se preocupar sobre o lado filosófico das coisas

para progredir como aquilo.

Então, como se diz, realmente ficou muito cômodo.

A mecânica quântica levou a um profundo entendimento dos semicondutores,

que ajudou a criar a era da eletrônica moderna.

Isso produziu lasers, revolucionou as comunicações,

novos avanços médicos de tirar o fôlego.

E avanços na energia nuclear.

A mecânica quântica foi tão bem sucedida que a maioria dos físicos

escolheu deliberadamente ignorar as objeções de Einstein.

Simplesmente não importava para eles porque funcionava.

Eles até cunharam uma frase para isso: “Cale-se e calcule.”

E o preço para esse sucesso foi que o debate entre Bohr e Einstein

sobre a realidade do mundo quântico foi simplesmente varrido para baixo do tapete.

E no meio de todo esse sucesso e pragmatismo,

havia poucos que ainda estavam preocupados como o que aquilo significava.

Mas, à medida que os anos 50 chegaram aos 60, um dissidente solitário

trabalhou para resolver o impasse de uma vez por todas.

John Bell, acho que é justo dizer,

não é bem conhecido do público em geral.

Mas para físicos como eu, ele é, bem, um herói.

Ele era um pensador original com muita coragem em suas convicções.

E a história de sua ascensão para se tornar um dos grandes nomes da física

é ainda mais notável quando se considera como ele começou.

Ele nasceu em Belfast nos anos 20, de uma família pobre da classe trabalhadora.

Seu pai era um negociante de cavalos.

Seus pais realmente se esforçaram

para colocá-lo na Universidade da Raínha em Belfast, para estudar física.

Ele foi o único em sua família para sequer terminar a escola.

Isso, creio, fez dele um curioso insaciável, ardente e teimoso.

Eu me lembro de encontrar John Bell em 1989, um ano antes de sua morte.

Estávamos ambos numa conferência na América

e aconteceu de compartilharmos um elevador logo após assistirmos

uma palestra sobre mecânica quântica.

Ansioso para dizer algo para o grande John Bell, eu disse que achava

que as conclusões do orador eram completamente loucas.

Ele olhou para mim com seus olhos azuis penetrantes e, por um momento,

pensei que a minha carreira incipiente de físico estava indo para o ralo.

Mas, como as portas do elevador se abriram e ele estava prestes a sair, ele disse:

“Sim, concordo completamente com você.”

“Não ouviram falar do problema do hélio?”

Até hoje eu não tenho certeza de qual é o problema do hélio,

mas eu estava tão aliviado com John Bell que eu concordei.

Por muitos anos, ele trabalhou aqui,

no centro de pesquisa de energia atômica da Grã-Bretanha, Harwell,

que construiu esse antigo reator nuclar experimental chamado DIDO.

Foi aqui que ele começou a refletir sobre

as questões profundas e preocupantes levantadas pela mecânica quântica.

Será que o mundo quântico só existiu quando foi observado?

Ou havia uma verdade mais profunda lá fora esperando para ser descoberta?

Na verdade, ele estava tão perturbado, que começou a se perguntar

se havia um problema no coração da mecânica quântica.

Ele disse a famosa frase: “Eu hesito pensar que poderia estar errado,”

“mas sei que está podre.”

E assim, no fim dos anos 60, Bell decidiu tentar

resolver a crise no coração da física quântica.

Foi um desafio épico.

Afinal, como é que você verifica se algo é real,

se algo está ou não lá, tudo sem olhar?

Como você olha por trás da cortina sem abri-la?

Mas John Bell veio com uma excelente maneira de fazer exatamente isso.

Penso que essa é uma das mais engenhosas ideias

em toda a física.

É certamente uma das mais difíceis de entender e explicar.

Mas vou tentar e, sim,

temo que vou usar outra analogia.

Desta vez, vou usar um jogo de cartas.

Mas é uma das cartadas mais altas possíveis,

a natureza da própria realidade.

O jogo de cartas é contra um misterioso negociante de quantum.

As cartas que ele lida representam todas as partículas subatômicas,

ou mesmo quanta de luz, os fótons.

E o jogo que vamos jogar vai nos dizer

se Einstein ou Bohr estava certo.

As regras do jogo são extremamente simples.

O distribuidor vai dar duas cartas viradas para baixo.

Se elas foram da mesma cor, eu venço.

Se foram de cores diferentes, eu perco.

Eu tenho uma vermelha, então preciso de outra vermelha para vencer.

É preta. Eu perdi.

De novo, cores opostas. Eu perdi ambas.

É quatro em uma fila.

São seis pares numa fila que eu perdi. Ok.

Acho que sei o que o distribuidor está fazendo.

Claramente, o maço foi fraudado com antecedência

para que cada par saísse com cores opostas.

Mas há uma maneira simples de pegar o distribuidor de cartas.

O que podemos fazer agora é mudar as regras do jogo.

Desta vez, se são de cores opostas, eu venço.

Mas mais uma vez, a cada vez, meu adversário quantum me bate.

Mas novamente posso ver o que o negociante astuto poderia ter feito.

Talvez, quando eu não estava olhando, ele trocou o maço

e manipulou para que sempre caísse a seu favor.

Agora cada par é da mesma cor.

Conjuntos manipulados, lembre-se, eram o que Einstein pensava

estar acontecendo na experiência do emaranhamento.

Ele disse que, como as luvas já foram colocadas na caixa,

então o comerciante empilhava as cartas antes de jogarmos.

Mas a ideia de Niels Bohr era muito diferente.

Ele dizia que vermelha e preta nem sequer existem até você virá-las.

A genialidade de Bell foi que veio com uma maneira de decidir

de uma vez por todas quem estava certo: Einstein ou Bohr.

Assim é como ele fez.

Agora não vou dizer ao distribuidor que jogo quero jogar,

mesmas cores vence, ou cor diferente vence,

até depois que ele tenha dado as cartas.

Agora, por ele nunca poder prever por que regras vou jogar,

ele não pode nunca enfileirar o maço de cartas corretamente.

Agora ele não pode vencer… ou pode?

Então agora as regras são: diferente vence.

Elas são da mesma cor. Ok.

Mesma cor vence.

Isso torna-se o coração da ideia de Bell.

Se agora começarmos a jogar e eu vencer tantas quanto perder,

então Einstein estava certo.

O distribuidor é só um malandro com um presente ligeiro da mão.

A realidade pode ser complicada, mas ela tem uma existência objetiva.

Mas e se eu perder?

Bem, então sou forçado a admitir que não há uma explicação sensata.

Cada carta deve estar enviando sinais secretos às outras

através do espaço e tempo, a despeito de tudo que sabemos.

Eu sou forçado a aceitar que, ao nível quântico fundamental,

a realidade é verdadeiramente incognoscível.

Bell reduziu essa ideia a uma única equação matemática

que nos diz de uma vez por todas o que parecia irrespondível.

Como a realidade realmente é.

John Bell publicou sua ideia em 1964 e o fato extraordinário é que,

na época, a comunidade de físicos inteira o ignorou.

Silêncio total. Parecia que o mundo simplesmente não estava pronto.

Talvez porque sua equação parecia não testável,

ou apenas porque ninguém pensou que valia a pena investigar.

Mas isso estava prestes a mudar.

E a mudança viria de um lugar inesperado.

# Esse é o alvorecer da era de Aquário

# Era de Aquário

# Aquário

# Aquário

América estava em crise com o Vietnã,

Watergate, feminismo, os Panteras Negras.

E enquanto tudo isso acontecia, um pequeno grupo de físicos hippies

estavam trabalhando na Universidade de Berkeley, na Califórnia.

Eles fizeram todas as coisas hippies:

eles fumavam maconha, experimentavam LSD,

debatiam coisas como Budismo e telepatia.

# Quando a Lua

# Estiver na Sétima Casa…

E eles adoravam mecânica quântica.

Na sua versão estranha da realidade,

eles viram paralelos com suas própria crenças esotéricas.

# E o amor controlará as estrelas

# É o desabrochar da…

Sua física hippie, estilo new-age,

também conseguiu a atenção do público,

que leu seus livros hippies malucos

que misturavam mecânica quântica com misticismo oriental.

Livros como O Tao da Física,

Os Mestres Wu Li de Dança

e o meu favorito pessoal, Além do Espaço-Tempo –

Em Direção de uma Explicação do Inexplicável.

Mas mais importante para nossa história,

a história da mecânica quântica,

esses físicos hippies também focaram sua atenção

para a experiência de Einstein agora famosa

e o que ela nos disse sobre a natureza da realidade.

Eles viram a sinalização de segredo de Niels Bohr

como prova de que a física apoiava as suas próprias ideias.

Porque se duas partículas podiam comunicar-se fantasmagoricamente através do espaço,

então a ESP, a telepatia e a clarividência eram provavelmente verdade também.

Se ao menos eles pudessem provar que isso realmente existia.

Então, em 1972, eles perceberam que,

com um pequeno aceno de mão matemático,

eles podiam pegar a equação de Bell e testá-la experimentalmente.

Um do seu grupo, John Clauser,

pegou emprestado algum equipamento do laboratório em que trabalhava

e realizou o primeiro e derradeiro teste final da mecânica quântica.

Esta é uma foto daquele primeiro experimento

construído de sobras e equipamentos roubados.

Ao longo dos anos seguintes, ele foi melhorado por uma equipe

liderada por Alan Aspect, em Paris, tornando seus resultados mais confiáveis.

Cerca de 10 anos depois que Bell primeiro propôs sua equação,

finalmente isso pode ser posto em teste.

Esta é uma versão moderna da experiência

primeiro conduzida por John Clauser e então por Alan Aspect.

Aqui, um cristal converte a luz do laser

em pares emaranhados de quanta de luz, os fótons,

fazendo dois feixes de luz muito precisos.

Esses fótons são passados em torno e se enclinam para trás outra vez,

até passarem por esses detectores.

Os dois fótons são como as duas cartas

que o distribuidor mau coloca em minha frente.

Vamos medir uma propriedade dos fótons chamada polarização,

que é equivalente à cor das cartas aplicadas no meu jogo.

Assim, por exemplo, vencendo com duas cartas vermelhas pode ser o mesmo

que dois fótons com polarização igual.

Mas porque isso é mecânica quântica,

é mais complicado do que com meu jogo de cartas simples.

E esses mostradores aqui me permitem

medir uma segunda propriedade dos fótons também.

Agora isso é equivalente para mim

não só a tentar adivinhar a cor de face das cartas,

mas também a tentar adivinhar a cor do verso das cartas.

Ok. Agora nós vamos indo ligar o laser e iniciar a experiência.

Então este número aqui me dá

o número de pares de fótons vindo através do experimento.

Isso equivale aos pares de cartas no meu jogo.

O gráfico aqui, descendo,

me dá a probabilidade de que eu possa vencer, que estou jogando certo.

Quanto mais fótons, mais preciso ele se torna.

Vou parar a uma incerteza de cerca de 1%.

E a resposta final é 0,56. Então, se eu…

colocar isso em minha equação,

agora preciso rodar a experiência mais três vezes,

correspondendo a quatro diferentes configurações desses mostradores.

Cada jogada agora é como um conjunto diferente de regras para o distriuidor.

E quando eu os adiciono e obtenho a resposta,

se for menos que dois, então Einstein estava certo.

Se for maior que dois, então Bohr estava certo.

Ok, agora o segundo conjunto.

Lembre-se apenas o que a experiência vai mostrar.

Se os números derem menos que dois,

é prova de que o distribuidor esteve empilhando o baralho.

Essa é a visão de Einstein.

Ok. O número que consegui desta vez foi 0,82.

Agora, reinicie para a jogada três.

Mas se o resultado for maior que dois,

então o maço não pode ser enfileirado e está havendo algo mais.

Ok, a joga três resulta em -0,59.

E finalmente rode a quarta jogada.

Este último número vai finalmente revelar

se o mundo segue o senso comum, ou alguma coisa muito mais bizarra.

Ok, nosso resultado final entrou e é 0,56.

Então, se desligamos o laser…

Pronto, é melhor trabalhar a resposta.

E então nós temos ela: 2,53.

É um número maior que dois.

Prova absoluta de que Einstein estava errado

e de Niels Bohr estava certo.

A significância deste resultado é simplesmente enorme.

Lembre-se só do que significa.

A versão da realidade de Einstein não pode ser verdadeira.

Nenhuma quantidade de trapaça com nossa experiência

pode enganar a natureza.

As propriedades dos dois fótons emaranhados

não poderiam ter sido ajustadas a partir do início,

mas são convocadas a existir somente quando as meço.

Alguma coisa estranha as está ligando pelo espaço.

Algo que não podemos explicar ou mesmo imaginar,

diferente do que usando matemática.

E mais bizarro, fótons só se tornam reais quando nós os observamos.

Em certo sentido curioso, isso realmente faz sugerir

que a lua não existe quando não estamos olhando.

Realmente desafia o senso comum.

Não admira que, ao final de sua vida, Einstein escreveu…

Todos esses 50 anos de busca não me levaram mais perto da questão – o que são os quanta?

Qualquer um acha que sabe. Mas está enganado.

A experiência só confirma isso.

O que quer que esteja acontecendo, nós apenas não entendemos.

Mas não significa que devamos parar de procurar.

Embora seja verdade que o sonho de Einstein de encontrar

uma explicação razoável foi despedaçada,

a minha própria visão pessoal é de que isso

não vá banir necessariamente a realidade física.

Como Einstein, ainda acredito que deva haver uma explicação

mais aceitável subjacente aos resultados bizarros da mecânica quântica.

Uma coisa é certa, se há conexões físicas, fantasmagóricas,

se existem universos paralelos,

se trazemos a realidade à existência olhando,

seja qual for a verdade,

a estranheza do mundo quântico não vai embora.

Ela vai elevar sua feia cabeça em algum lugar.

Há 120 anos, a maior revolução científica já ocorrida

foi provocada por uma lâmpada.

E os cientistas ainda estão usando poderosas fontes de luz

como raios X para desbravar os mistérios da natureza.

Esta é a fonte de luz do diamante.

É simplesmente a maior instalação científica da Brã-Bretanha.

Os raios X produzidos aqui são dez bilhões de vezes mais poderosos

do que o raio X de hospital.

Com todo esse poder, os cientistas podem cortar a matéria

e vislumbrar os segredos internos do quantum.

Pesquisadores aqui estão usando este poderoso feixe de luz

para investigar novos materiais que podem ter o potencial

para provocar um avanço tão grande como nunca foi visto antes.

Assim como os pioneiros do quantum dos anos 20 e 30 do século passado

acabaram provocando uma revolução científica e tecnológica,

assim esta geração de físicos estão inaugurando uma nova era quântica.

Um época em que o entrelaçamento quântico era odiado por Einstein

agora produz a segurança do computador inquebrável.

Novos tipos de sistemas de comunicação, computadores super velozes

e outros avanços que nós ainda nem podemos imaginar.

E é por isso que a mecânica quântica me emociona e me frustra.

É caprichosa, é contra-intuitiva,

ela parece, por vezes, totalmente errada.

E ainda assim nos surpreende a cada dia.

Eu, por exemplo, acredito que nosso conhecimento do mundo quântico

ainda está longe de completar-se.

Que há maiores verdades sobre a natureza ainda a serem descobertas.

E isso é ainda o que me mantém acordado à noite.

Semana que vem, junte-se a mim enquanto a viagem pelo mundo quântico

fica ainda mais surpreendente.

Vou investigar como suas regras estranhas são cruciais para a vida

e como o comportamento bizarro de partículas subatômicas

podem até influenciar a própria evolução.

https://www.youtube.com/watch?v=D8FmpEEj54Q