O gato de Schrödinger: Uma experiência imaginária de mecânica quântica - Chad Orzel

Assista à aula completa: http://ed.ted.com/lessons/schrodinger-s-cat-a-thought-experiment-in-quantum-mechanics-chad-orzel

O físico austríaco Erwin Schrödinger, um dos fundadores da mecânica quântica, levantou esta famosa questão: se colocarmos um gato numa caixa fechada, com um dispositivo que tem 50% de chance de matar o gato dentro de uma hora, qual será o estado do gato quando o prazo terminar? Chad Orzel investiga este experimento imaginário.

Aula de Chad Orzel, animação de Agota Vegso.

O físico austríaco Erwin Schrödinger é um
dos fundadores da mecânica quântica.

Porém, ele é mais conhecido por algo
que na verdade nunca fez:

uma experiência imaginária
envolvendo um gato.

Ele imaginou colocar um gato
numa caixa fechada

comn um dispositivo com 50% de chance
de matar o gato dentro de uma hora.

Depois de uma hora, ele perguntou:
“Qual será o estado do gato?”

O senso comum sugere que o gato
estará vivo ou morto.

Mas Schrödinger argumentou que,
de acordo com a física quântica,

imediatamente antes de se abrir a caixa,
há chances iguais de estar vivo e morto,

ao mesmo tempo.

Somente depois que a caixa for aberta,
poderemos ver um estado definido e único.

Antes disso, o gato tem
uma probabilidade indefinida:

metade uma coisa, metade outra.

Isto parece absurdo,
o que era a opinião de Schrödinger.

Ele achava a física quântica
tão filosoficamente perturbadora,

a ponto de abandonar a teoria
que ajudou a construir

e passou a escrever sobre biologia.

Por mais absurdo que possa parecer,
o gato de Schrödinger é muito real.

Na verdade, é essencial.

Se objetos quânticos não pudessem estar
em dois estados ao mesmo tempo,

o computador que você está usando
para assistir a este vídeo não existiria.

O fenômeno quântico da superposição

é uma consequência da natureza dual
de partícula e onda, de todas as coisas.

Para um objeto ter
um comprimento de onda,

ele deve se estender por
certa região do espaço,

ou seja, deve ocupar muitas posições
ao mesmo tempo.

O comprimento de onda de um objeto
em um pequeno espaço

não pode ser perfeitamente determinado.

Logo, ele tem muitos comprimentos
de onda ao mesmo tempo.

Não vemos as propriedades ondulatórias
de objetos cotidianos

porque o comprimento de onda diminui
com o aumento do momento linear.

E um gato é relativamente grande e pesado.

Se fizéssemos um átomo ficar
do tamanho do nosso sistema solar,

o comprimento de onda de um gato
fugindo de um físico,

seria do tamanho de um átomo
dentro daquele sistema solar.

É muito pequeno para ser detectado,

e por isso nunca veremos
o comportamento ondulatório de um gato.

O elétron, sendo uma partícula minúscula,

pode mostrar uma dramática evidência
de sua natureza dual.

Se atirarmos elétrons, um por vez,
contra duas fendas estreitas de uma barreira,

cada elétron é detectado em um local
e instante específicos, em cada fenda,

tal como uma partícula.

Mas se o experimento
for repetido muitas vezes,

mantendo-se o registro
de todas as detecções individuais,

surgirá um padrão característico
de comportamento ondulatório,

Um conjunto de listras,
regiões com muito elétrons,

separadas por regiões sem listras.

Bloqueie uma dessas fendas
e a listras desaparecerão.

Logo, tal padrão resulta da passagem
de cada elétron por ambas as fendas

ao mesmo tempo.

Um elétron não passa
pela fenda da esquerda ou da direita

mas por ambas simultaneamente.

Estes estados de superposição
também levam à tecnologia moderna.

A órbita de um elétron em torno do núcleo
atômico, se assemelha a uma onda.

Juntem-se dois átomos

e os elétrons não ficam com um deles,

mas são compartilhados entre eles.

É assim que algumas ligações químicas
são formadas.

O elétron numa molécula não é apenas
do átomo A ou B, mas do A e do B.

Quando são acrescentados mais átomos,
os elétrons se espalham ainda mais,

compartilhados ao mesmo tempo
por um grande número de átomos.

Em um sólido, os elétrons não estão
presos a um determinado átomo

e sim compartilhados entre todos eles,
dispersos em uma grande região do espaço.

Essa grande superposição de estados

determina como os elétrons se movimentam
no interior do material,

seja ele um condutor, um isolante,
ou um semicondutor.

Compreender como os átomos
compartilham elétrons entre si

nos dá meios de controlar com precisão
as propriedades de semicondutores

como o silício.

Combinando vários semicondutores
da maneira correta

permite-nos fabricar
transistores bem pequenos,

com milhões deles em único chip.

Esses chips e seus elétrons deslocalizados

alimentam o computador que você
está usando para assistir a este vídeo.

Segundo uma piada, a internet existe para
que possamos partilhar vídeos sobre gatos.

Porém, em um nível bem profundo,
a internet deve sua existência

a um físico austríaco
e ao seu gato imaginário.