O que o gato de Schrödinger pode nos ensinar sobre a mecânica quântica? - Josh Samani

Veja a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

A física clássica que encontramos diariamente no mundo macroscópico é muito diferente da física quântica que rege sistemas em uma escala muito menor (como os átomos). Um bom exemplo de esquisitice da física quântica é o experimento imaginário do gato de Schrödinger. Josh Samani explica detalhadamente esta experiência de entrelaçamento quântico.

Aula de Josh Samani, animação de Dan Pinto.

Considere jogar uma bola para cima.

Você pode prever o movimento da bola
depois que ela sai de sua mão?

Claro, isso é fácil!

A bola subirá até um ponto mais alto,

e depois cairá na sua mão.

Seguramente é o que acontece.

Você sabe disso porque presenciou
eventos como este inúmeras vezes.

Você vem observando a física dos
fenômenos cotidianos por toda sua vida.

Suponha, porém, que investiguemos
uma questão da física dos átomos.

Exemplo: como é o movimento de um elétron

ao redor de um átomo de hidrogênio?

Responderíamos essa pergunta baseados
em nossa experiência cotidiana da física?

Definitivamente não. Por quê?

Porque a física que rege o comportamento
de sistemas em escalas tão pequenas

é muito diferente da física
de objetos macroscópicos.

que você sempre vê ao seu redor.

O mundo que você conhece e ama

comporta-se de acordo
com as leis da mecânica clássica.

Mas os sistemas na escala dos átomos

obedecem às leis da mecânica quântica.

Esse mundo quântico
é um lugar muito estranho.

Um famoso experimento imaginário
exemplifica a esquisitice quântica:

o gato de Schrödinger.

Um físico, que não gosta de gatos,

põe um gato em uma caixa
junto com uma bomba

que tem 50% de chance de explodir
depois que a tampa for fechada.

Antes de reabarirmos a caixa,

não teremos como saber
se a bomba explodiu ou não

e, portanto, não há como saber
se o gato está vivo ou morto.

Em física quântica, podemos dizer
que, antes de nossa observação,

o gato está num estado de superposição.

Não está nem vivo nem morto,
mas em uma mistura das duas possibilidades

com 50% de chance de cada uma delas.

O mesmo tipo de coisa acontece
em sistemas físicos em escala quântica,

como um elétron em órbita
em torno do átomo de hidrogênio.

Na verdade, o elétron
não tem órbita alguma.

No mesmo instante, pode estar
em qualquer lugar do espaço,

com maior probabilidade de estar
em alguns pontos do que em outros.

Somente depois de medirmos sua posição,

poderemos determinar
onde se encontra naquele momento.

Muito semelhante a não sabermos
se o gato está vivo ou morto,

antes de abrimos a caixa.

Isso nos leva ao estranho e lindo fenômeno

do entrelaçamento quântico.

Suponha que em vez de um gato na caixa

tenhamos dois gatos
em duas caixas diferentes.

Se repetirmos a experiência
do gato de Schrödinger

com este par de gatos,
o resultado do experimento

poderá ser uma das quatro possibilidades:
os dois gatos vivos,

ou os dois gatos mortos,

ou um gato vivo e o outro morto,
ou vice-versa.

O sistema de dois gatos está de novo
em um estado de superposição,

e a probabilidade de cada resultado
é de 25% e não de 50%.

Mas o legal vem a seguir.

A mecânica quântica afirma

que é possível desprezar
os resultados com os dois gatos vivos

e com os dois gatos mortos
no estado de superposição.

Em outras palavras, só pode existir
um sistema com dois gatos

tal que resulte sempre
um gato vivo e outro morto.

O termo técnico para isso é que
os estados dos gatos estão entrelaçados.

Mas há algo realmente desconcertante
no entrelaçamento quântico.

Se você tiver um sistema com dois gatos
em caixas, no estado entrelaçado,

e transportar as caixas
para extremos opostos do universo,

o resultado do experimento
será sempre o mesmo.

Um gato sempre ficará vivo
e o outro sempre morrerá,

mesmo que saber exatamente
qual dos gatos viverá ou morrerá

seja completamente imprevisível,
antes de verificarmos o resultado.

Como isso é possível?

Como podem os estados dos gatos
em lados opostos do universo

estarem entrelaçados desse modo?

Estão muito distantes um do outro
e não podem se comunicar.

Então, como é que as duas
bombas sempre conspiram

para que uma sempre exploda e a outra não?

Você pode estar pensando: "É apenas
um blá-blá-blá teórico.

Esse tipo de coisa não pode
acontecer no mundo real."

Acontece que o entrelaçamento quântico

foi confirmado em experimentos
de laboratório no mundo real.

Duas partículas subatômicas entrelaçadas
num estado de superposição

no qual, se uma gira em um sentido,
a outra deve girar no sentido oposto,

agem assim, mesmo sem haver meios
de passar informações

de uma partícula para a outra,

indicando como elas devem girar

de modo a obedecerem
às regras do entrelaçamento.

Então não é surpresa
que o entrelaçamento esteja

no cerne da ciência de informação quântica,

um campo em expansão,
que estuda como usar as leis

do estranho mundo quântico
no mundo macroscópico,

como na criptografia quântica,

para que espiões troquem
mensagens seguras entre si,

ou na computação quântica,
para decifrar códigos seguros.

A física cotidiana ficará mais parecida

com a do estranho mundo quântico.

O teletransporte quântico
pode até progredir tanto,

que um dia seu gato escapará
para uma galáxia mais segura,

onde não existam físicos nem caixas.