Física Quântica 21 - Fronteira Entre o Quântico e o Clássico

 Fronteira Entre o Quântico e o Clássico

por Osvaldo Pessoa Jr.

“Ora, se nós somos feitos de átomos, e os átomos têm comportamento quântico, nós também somos quânticos! Se os átomos podem estar em dois lugares ao mesmo tempo, nós também podemos!

Se os cientistas provaram que há computação quântica para sete átomos, então nosso cérebro é um computador quântico! Se dois átomos distantes podem ficar em sincronia, duas pessoas também podem!

A consciência cósmica deve estar baseada nesse emaranhamento de partículas quânticas!”

Concepções como essas são comuns hoje em dia, mas elas não levam em consideração uma questão que ainda hoje não é perfeitamente compreendida pela ciência: a fronteira entre o mundo quântico e o mundo clássico.

A figura abaixo, feita por Michael Ramus, apareceu em um artigo de W.H. Zurek, na revista Physics Today de outubro de 1991.

Do lado direito, está o país clássico, aquele que nós conhecemos, onde uma cerca permanece parada em um único lugar, e os caminhos no chão são bem definidos.

À esquerda, o país quântico, que é difícil de representar de maneira pictórica. Ali, tudo aparece em forma de pontinhos, vemos o caminho no chão oscilando como uma onda, e vemos um gato que está numa superposição de vivo e morto.

Para atravessar a fronteira, o habitante do mundo clássico precisa utilizar um aparelho de medição, única via de acesso para o mundo quântico!

Nas décadas de 1980 e 90, avançou-se bastante na compreensão desta fronteira entre o clássico e o quântico, por meio da noção de “decoerência (ou descoerência) induzida pelo ambiente”.

Houve inclusive um brasileiro envolvido nesses avanços teóricos, o Amir Caldeira, da Unicamp. Para descrever mais ou menos o que diz essa teoria, farei uso de uma alegoria com átomos.

Amir e Bibi

Um certo átomo, chamemo-lo de Amir, vive isolado em sua casa, sem ser incomodado por ninguém.

Nessas condições, ele se comporta como uma onda, se espalhando pelo espaço disponível, sempre pulsando (como faz toda matéria), ficando em um estado simétrico, sem se localizar em um ponto específico, sem que a passagem do tempo seja sentida, etc.

Entra em sua região um outro átomo, Bibi, e pode haver uma atração mútua, e eles se emaranham, abraçam, perdem a identidade, entram em outro estado simétrico, pulsam juntos e o tempo não passa.

Se acontecesse de Bibi cair em um buraco e se separar espacialmente de Amir, mesmo assim poderiam continuar unidos no mesmo estado simétrico de perfeita comunhão, sem que a distância destruísse sua união!

Amir e Bibi moram juntos, isolados do mundo externo, mas este isolamento nunca é completo.

O próprio chão de sua casa pulsa e flutua, e ocasionalmente aparecem partículas que interrompem o que eles estavam fazendo, ou então entra um “gráviton” pela janela, ou algum “fóton” oriundo do big bang.

Mas essa interação com o ambiente raramente altera a rotina, e os físicos quânticos que estão estudando este casal de átomos não têm problemas em descrevê-los através da teoria quântica.

Esses cientistas exprimem isso, com seu linguajar difícil, mesmo que de maneira simplificada, da seguinte maneira:

“Os níveis de energia disponíveis têm separação de muitos elétrons-volt, e as partículas externas não têm energia suficiente para provocar uma transição entre os níveis, com probabilidade apreciável”.

Amir e Bibi vivem felizes, alheios ao que pensam os cientistas, mas aí estes manipuladores de corpúsculos resolvem que os dois merecem ter uma família, e começam a adicionar um monte de outros átomos, Clara, Dodô, Elza, ... um para cada letra do alfabeto.

Tal sistema poderia entrar no mesmo simétrico estado de nirvana de seus pais, mas acontece algo curioso.

A presença de muitos átomos faz com que os tais níveis de energia entre eles se multipliquem, e a separação entre os níveis fica pequena. Agora, os fótons e grávitons que passam por eles têm energia para causar transições frequentes entre os tais níveis.

Os habitantes dessa comunidade não conseguem mais se isolar da sociedade: o carro vendendo pamonha com alto-falante atiça o desejo das crianças, o outdoor luminoso mostrando átomos despidos bebendo cerveja invade a sala, e os átomos passam a ser parcialmente escravizados pela multidão de partículas que vivem do lado de fora.

Se antes os átomos eram “delocalizados” (não ficavam numa posição definida), agora o ambiente impõe para eles posições rígidas, da mesma maneira que as carteiras de uma escola impõem aos alunos onde eles devem ficar.

Mas este processo de impor às crianças um comportamento rígido, em função de uma “base” escolhida pelo ambiente escolar (outra base poderia ser escolhida, se o ambiente fosse outro), só pode ser feito através de sucessivos empurrões nos miúdos átomos.

É como se um exército de pequenos fotões e gravitões (para usar a nomenclatura de Portugal) ficassem continuamente empurrando os átomos, impedindo que eles dessem asas à imaginação, que eles se espalhassem pela sala de aula ou mantivessem suas interações emaranhadas com os outros átomos.

Não! Agora cada átomo fica confinado, colapsando sucessivamente para a mesma posição por ordem dos fotões e gravitões, e as anteriormente ricas interações com seus colegas ficam borradas pela interação com os bilhões de átomos que vivem na sociedade, fora da escola, e que são os emissários do exército de pequenos empurradores.

Alegoria

Essa, então, é uma versão alegórica da história que nos contam os físicos quânticos, para explicar o que é a “decoerência induzida pelo ambiente”.

Os átomos estudantes, que antes viviam de maneira “coerente”, simétrica, harmoniosa, agora vivem sob constante perturbação e perdem a sintonia com os outros colegas (ou melhor, passam a ficar sintonizados com todos os átomos da sociedade).

E este comportamento, após a decoerência, é justamente o comportamento das coisas no mundo clássico! Há, porém, ainda um problema, que os físicos não conseguiram resolver de maneira consensual.

A teoria explica bem qual é o ordenamento das carteiras nas quais os guris atômicos têm que se sentar, mas ela não explica por que Clara se sentou em tal carteira e não em outra!

Ou seja, a noção de decoerência fornece uma explicação estatística, mas não resolve o problema da medição (ou do colapso) para o caso de um átomo individual.

Assim, a noção de decoerência não resolve todos os problemas relacionados com a fronteira entre o quântico e o clássico, mas ela indica em que condições um fenômeno tipicamente quântico é borrado, e passa a se comportar classicamente.

Nosso cérebro, que é relativamente quente (ou seja, cheio de flutuações térmicas que provocam decoerência), é um ambiente que dificilmente permitiria a manutenção de coerência quântica.

Aspectos holistas e mundo quântico

Os aspectos holistas do mundo quântico seduzem os místicos, que gostariam que esses aspectos fundassem cientificamente o holismo que envolveria as almas humanas.

Mas, em primeiro lugar, a pretensa união entre as almas ou a ligação entre as partes do cérebro poderia muito bem ser compreendida dentro do mundo clássico, onde há um limite para a velocidade de propagação de informação.

Em segundo lugar, o grande mistério da consciência é a explicação científica das qualidades que vivenciamos subjetivamente na percepção, na memória, no sentimento, na emoção, na compreensão. 

Se algum dia houver uma teoria científica das qualidades mentais, ela terá que envolver menção a essas qualidades. A teoria quântica não faz isso! A teoria quântica descreve átomos mais ou menos bem isolados.

O mistério científico da consciência deve ser de outra ordem, envolvendo talvez princípios ainda desconhecidos que se tornem importantes na escala das grandes moléculas.

Tais princípios deverão ser consistentes com a física quântica, mas a chave científica do mistério da consciência não pode estar em noções como colapso ou emaranhamento, que são princípios quantitativos, e não envolvem qualidades. 

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