Einstein, Bohr e a guerra sobre a teoria quântica

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Traduzido da Nature
Por Ramin Skibba

Ramin Skibba explora uma história de questões não resolvidas além da interpretação de Copenhague.

O que é real ?: A busca inacabada pelo significado da física quântica 

Adam Becker Basic: 2018.

O inferno na física começou há 90 anos atrás. A teoria quântica surgiu — em parte, em confrontos acalorados entre Albert Einstein e Niels Bohr. Colocou um desafio à própria natureza da ciência, e sem dúvida, isso ainda continua, forçando severamente a relação entre a teoria e a natureza da realidade. Adam Becker, um escritor científico e astrofísico, explora este conto emaranhado em What Is Real? .

Becker questiona a hegemonia da interpretação de Copenhague da mecânica quântica. Proposto por Bohr e Werner Heisenberg na década de 1920, essa teoria sustenta que os sistemas físicos têm apenas probabilidades, e não propriedades específicas, até serem medidos. Becker argumenta que tentar analisar como essa interpretação reflete o mundo em que vivemos, é um exercício de opacidade. Mostrando que a evolução da ciência é afetada por eventos históricos — incluindo fatores sociológicos, culturais, políticos e econômicos — ele explora explicações alternativas. Se os eventos tivessem ocorrido de maneira diferente nos anos 1920, ele afirma, nossa visão da física poderia ser muito diferente.

Becker compareceu na Conferência de Solvay de 1927 em Bruxelas, onde 29 cientistas brilhantes se reuniram para discutir a teoria quântica. Aqui, os desentendimentos entre Bohr, Einstein e outros, incluindo Erwin Schrödinger e Louis de Broglie, chegaram ao auge. Enquanto Bohr propunha que entidades (como os elétrons) só tinham probabilidades se não fossem observadas, Einstein argumentou que elas tinham uma realidade independente, o que motivou sua famosa afirmação de que “Deus não joga dados”. Anos depois, ele acrescentou um glossário: “O que chamamos ciência tem o único propósito de determinar o que é.” De repente, o realismo científico — a ideia que confirmou as teorias científicas refletem aproximadamente a realidade — estava em jogo.

Fenômenos quânticos eram fenomenalmente desconcertantes para muitos. A primeira era a dualidade onda-partícula, na qual a luz pode atuar como partículas e partículas como elétrons interferem como ondas de luz. De acordo com Bohr, um sistema se comporta como uma onda ou como partícula dependendo do contexto, mas você não pode prever qual será o resultado.

Em segundo lugar, Heisenberg mostrou que a incerteza, por exemplo, sobre a posição e o momento de uma partícula, está ligada à física. Em terceiro lugar, Bohr argumentou que poderíamos ter apenas conhecimento probabilístico de um sistema: no experimento mental de Schrödinger, um gato em uma caixa está morto e vivo até ser visto. Em quarto lugar, as partículas podem ficar emaranhadas. Por exemplo, duas partículas podem ter o spin opostos, não importa o quão distantes estejam: se você medir o spin de uma, saberá instantaneamente qual o spin da outra. (Einstein chamou isso de “ação fantasmagórica à distância”.)

Becker explica como essas observações desafiam a localidade, a causalidade e o determinismo. No mundo clássico das bolas de bilhar, projéteis e maçãs caindo das árvores, nunca foram problemas.

Peneirando a história, Becker mostra como Bohr, como um anti-realista, trouxe para o seu lado muitos físicos em ascensão, incluindo Heisenberg, Wolfgang Pauli e Max Born. Einstein, no entanto, argumentou persistentemente que a interpretação de Copenhague estava incompleta. Ele conjecturou que poderia haver variáveis ocultas ou processos subjacentes a fenômenos quânticos; ou talvez “ondas-piloto”, proposto por de Broglie, que governam o comportamento das partículas. Em 1932, o matemático John von Neumann produziu uma prova de que não poderia haver variáveis ocultas na mecânica quântica. Embora matematicamente correto, revelou-se ser falho décadas mais tarde. Mas o estrago já havia sido feito: as alternativas potencialmente viáveis concebidas por Einstein e de Broglie permaneceram relativamente inexploradas. A interpretação de Copenhague tinha se firmado na década de 1930,

Assim, a Conferência Solvay pode ser vista como um impasse entre dois paradigmas matematicamente equivalentes, mas fundamentalmente diferentes: a visão instrumentalista de Bohr da física quântica e a visão realista de Einstein. Na ciência, um paradigma dominante determina quais experimentos são feitos, como eles são interpretados e que tipo de caminho um programa de pesquisa segue.

Mas, e se um campo escolher o paradigma errado? Becker mostra como, nos anos 1950 e 1960, um punhado de físicos espanou as teorias de Einstein e de Broglie e transformou-as em uma interpretação completa capaz de abalar o status quo. David Bohm argumentou que existiam partículas em sistemas quânticos, observadas ou não, e que elas têm posições previsíveis e movimentos determinados por ondas-piloto. John Bell então mostrou que as preocupações de Einstein sobre localidade e incompletude na interpretação de Copenhague eram válidas. Foi ele quem refutou a prova de von Neumann ao revelar que ela excluía apenas uma classe restrita de teorias de variáveis ocultas.

A comunidade científica cumprimentou friamente as idéias de Bohm. Um ex-mentor, J. Robert Oppenheimer, disse: “se não podemos desmentir Bohm, então devemos concordar em ignorá-lo”. E, como mostra Becker, os pontos de vista esquerdistas de Bohm levaram a uma aparição perante o Comitê de Atividades Antiamericanas da Câmara, e o subsequente ostracismo.

O físico contemporâneo de Bohm, Hugh Everett, apresentou outro desafio à interpretação de Copenhague. Em 1957, Everett começou a resolver o “problema da medição” na teoria quântica — a contradição entre a natureza probabilística das partículas no nível quântico e seu “colapso”, quando medido, em um estado no nível macroscópico.

A interpretação de muitos mundos de Everett não colocou nenhum colapso. Em vez disso, as probabilidades se bifurcam no momento da medição em universos paralelos — como aquele em que o gato de Schrödinger está vivo e outro em que está morto. Embora um número infinito de universos  pareça não científico para alguns , muitos físicos hoje veem a teoria como importante.

O livro tem algumas deficiências menores. Becker dá muito espaço para aplicações recentes baseadas na pesquisa de Bell, e muito pouco para novos desenvolvimentos na filosofia da ciência. No entanto, ele, como o cosmologista Sean Carroll em seu The Big Picture de 2016 ( RP Crease Nature 533, 34; 2016 ), explicita claramente a importância da filosofia. Essa é uma questão importante, com cientistas influentes, como Neil de Grasse Tyson, descartando a disciplina como uma perda de tempo.

O que é real? é um argumento para manter uma mente aberta. Becker nos lembra que precisamos de humildade ao investigar as inúmeras interpretações e narrativas que explicam os mesmos dados.

 

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