Física Quântica 9 - Onde Está o Gato de Schrödinger?

 Onde está o Gato de Schrödinger?

por Osvaldo Pessoa Jr.

Uma das imagens mais populares, relacionadas à física quântica, é a do “gato de Schrödinger”. 

O físico austríaco Erwin Schrödinger foi um dos pioneiros da física quântica, e em 1935, no exílio em Oxford, escreveu um artigo a respeito de um famoso argumento de Einstein, Podolsky & Rosen, que futuramente descreveremos. 

Neste artigo, Schrödinger examinou alguns problemas conceituais da física quântica, e um deles era a respeito das “superposições quânticas”. 

Segundo algumas interpretações da teoria quântica (como a realista ondulatória), um átomo pode estar localizado em dois lugares diferentes ao mesmo tempo. 

É como se ele estivesse dividido simetricamente em dois (antes da observação), apesar de sempre ser observado como um só. Exploramos esta questão no texto sobre “O Problema da Medição”.

“Ora” – raciocinou Schrödinger –, “talvez possamos considerar que um átomo é uma entidade borrada [blurred], que se localiza em dois lugares ao mesmo tempo” (essas não são as palavras exatas que ele usou). 

“Porém, essa imagem não pode ser estendida para objetos muito maiores do que átomos. Pois se tentarmos colocar um gato em uma superposição, fracassaremos, pois um gato está sempre em um estado macroscópico bem definido.”

Schrödinger descreveu como se poderia tentar colocar um gato em uma superposição de dois estados diferentes. 

Em primeiro lugar, todo o equipamento, incluindo o gato, é colocado em um recipiente completamente isolado do ambiente. 

Na prática isso é impossível – o que de certa forma invalida o experimento –, mas vamos supor que os efeitos do ambiente sejam desprezíveis. 

O físico austríaco imaginou um dispositivo quântico em que um átomo estivesse em uma superposição (por exemplo, em dois lugares diferentes, A e B), e daí esta superposição seria amplificada. 

Já vimos um processo semelhante na 2ª figura do texto “O Problema da Medição”. 

Se o átomo estivesse em A, a amplificação levaria um martelo a quebrar um vidro contendo cianureto, e o gato morreria (ver figura abaixo, à direita). 

Se o átomo estivesse em B, a amplificação não afetaria o martelo, e o gato viveria (figura, à esquerda). 

Mas o átomo está numa superposição de A e B; assim, o gato deveria ser levado para uma superposição de estados, estando ao mesmo tempo vivo e morto (ver figura abaixo)! 

Schrödinger considerou que isso seria um absurdo, concluindo assim que não se pode estender a noção de entidades borradas para corpos macroscópicos. Implícito nisso estava a mesma conclusão obtida por Einstein, Podolsky & Rosen:

A física quântica seria “incompleta”, ou seja,
há algo faltando na teoria quântica.

Outros autores pegaram este exemplo e começaram a tirar conclusões diferentes, e foi assim que o gato ganhou sua fama.

A primeira questão central é se é possível, pelo menos em princípio, criar uma superposição de um objeto macroscópico.

Esta é uma questão bastante atual, e os físicos já conseguiram criar superposições envolvendo mil partículas (numa molécula de fulereno) separadas por uma distância de 0,1 micra (um mícron é um milionésimo de metro).

Superposições bem maiores, envolvendo um bilhão de elétrons, foram obtidas não com separação espacial, mas com o sentido de propagação de uma corrente elétrica. Isso tudo parece indicar que certas superposições macroscópicas podem ser obtidas em situações de grande isolamento.

Supondo que fosse possível colocar um gato em uma superposição, o que aconteceria se alguém olhasse para ele?

Certamente observariamos ele ou vivo, ou morto, mas nunca numa superposição. Isso porque, segundo a física quântica, toda medição (ou observação) leva a um “colapso” do estado.

No momento em que o gato fosse iluminado pela luz de uma lanterna, para que pudéssemos vê-lo, ele colapsaria para o estado vivo ou para o estado morto.

Mas será que é possível colocar um gato em uma superposição macroscópica? Provavelmente não, pois ele é um sistema quente, cheio de flutuações que acabariam impedindo a realização da superposição.

Se tal experimento fosse possível, seria provavelmente necessário resfriar o gato para uma temperatura próxima do zero absoluto, o que certamente o mataria.

(As figuras foram retiradas de um artigo de B. DeWitt, “Quantum Mechanics and Reality”, Physics Today 23, setembro 1970, pp. 30-35.)

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