Física Quântica 49 - Um Obstáculo Pode Aumentar o Vazamento?

 

Um Obstáculo Pode Aumentar o Vazamento?

por Osvaldo Pessoa Jr.

 A luz é uma onda que se propaga no vácuo, oscilando de maneira transversal à sua propagação.

Se alguém vê uma pequena lanterna em seus olhos e você vê um ponto de luz, esta luz que chega aos seus olhos pode estar oscilando na horizontal ou na vertical.

Estas duas direções determinam dois planos de polarização linear da luz, que podem ser indicados como 0° e 90°.

A polarização pode também se dar em uma direção intermediária entre essas, e pode também envolver componentes circulares, que ignoramos aqui.

A luz que sai de uma lâmpada incandescente está numa mistura de estados de polarização. Uma maneira simples de gerar luz polarizada em uma única direção (por exemplo 0°) é fazê-la passar por um filtro polarizador.

Se fizermos a luz passar por um outro filtro polarizador em uma direção ortogonal (90°), nenhuma luz passará. Isso está representado na Figura (a), abaixo, onde à direita há um detector que não mede nada.

Em 1979, Gary Zukav publicou um livro de divulgação de física moderna, The Dancing Wu Li Masters (não traduzido), que contribuiu bastante para atual popularidade do misticismo quântico, conforme já mencionamos no texto (“As Origens Hippie do Misticismo Quântico”.

Na pg. 268, ele apresenta o que no seu sumário chamou de “paradoxo do terceiro polarizador”, e que consiste no fato de que se um terceiro polarizador, orientado em uma direção intermediária entre 0° e 90°, como 45°, for colocado entre os dois anteriores, então ¼ da luz que atravessou o primeiro polarizador será transmitida ao final (Fig. b).

Isso é de certa forma estranho. Pois eu coloco um obstáculo na passagem da luz, que deveria bloqueá-la ainda mais, mas o efeito é aumentar a passagem da luz! É como se na chuva eu abrisse meu guarda-chuva e passasse a me molhar ainda mais! 

Zukav utiliza este exemplo para argumentar que a lógica da física quântica é diferente que sai da fonte seria uma entidade única, com propriedades que se manteriam as mesmas até o final.

Se esta entidade não tem a capacidade de passar por dois polarizadores (Fig. a), como é que ela poderia ter a capacidade de passar por três (Fig. b)?

Zukav argumenta que a nossa incapacidade de entender essa situação está ligada ao fato de usarmos um raciocínio lógico inapropriado, de usarmos a “lógica clássica”. 

No entanto, não é difícil entender esta situação, mesmo usando nossa lógica habitual. O ponto é que as propriedades da luz se alteram à medida que ela vai passando pelos polarizadores.

Após o primeiro polarizador da Fig. (b), a luz tem uma propriedade bem definida, que é polarização 0°; após passar pelo segundo polarizador, parte da luz é absorvida pelo filtro, e a parte que é transmitida tem uma nova propriedade bem definida, um novo “elemento de realidade”: polarização a 45°.

E ao passar pelo terceiro polarizador, novamente o estado da luz é alterado. 

Vemos assim que o paradoxo apontado por Zukav não é difícil de entender, fazendo parte do arcabouço conceitual da Física Ondulatória Clássica. Um obstáculo pode aumentar o vazamento!

É interessante que esta propriedade, de um obstáculo aumentar a passagem da luz, foi usada por Marshall, Santos & Selleri (1983) para elaborar uma teoria de variáveis ocultas local, consistente com os resultados experimentais da Física Quântica (isso foi mencionado no texto, “Teste Experimental do Teorema de Bell”.

Notem, na Fig. (c) abaixo, o que acontece se colocarmos mais dois polarizadores com orientações intermediárias, no arranjo anterior:

A fração da luz que chega ao detector aumenta! Será que podemos ir inserindo polarizadores, até que 99% da luz chegue ao final? Sim, claro!

Para calcular a fração da luz que é transmitida por um filtro polarizador, usa-se a lei de Malus: multiplica-se a intensidade do feixe inicial pelo quadrado do cosseno do ângulo (entre os planos de polarização inicial e final).

Por exemplo: considere o feixe inicial de intensidade I0, polarizado a 0°; ao passar pelo polarizador orientado a 22,5°, o que sobra tem intensidade proporcional a cos²(22,5), ou seja, 85% da intensidade inicial I0.

Para que o feixe final tenha mais que 99% de intensidade do feixe inicial, basta usar 246 polarizadores, cada qual girado por um ângulo de 0,366° em relação ao anterior. Quanto maior o bloqueio, maior a transmissão! (Claro, usando ângulos adequados...)

O resultado final dos processos mencionados acima é girar o plano de polarização da luz em 90°, sempre com perdas.

É possível fazer isso sem perdas, usando uma substância opticamente ativa como uma solução de açúcar, ou um rotor óptico envolvendo “birrefringência”.

Na Fig. (d), efetua-se uma rotação de 90° por meio de quatro rotores de 22,5°. Neste caso, a intensidade final é igual à inicial.

É interessante combinar o uso de filtros e rotores, como nas figuras abaixo:

Nestes casos, os filtros estão fixados em 0°, de forma que a luz transmitida ao final está sempre polarizada a 0°. Os rotores introduzem uma rotação total de 90°, mas em cada passo essa rotação total é dividida em rotações parciais.

Como anteriormente, a intensidade de luz transmitida vai aumentando à medida que novos componentes ópticos são introduzidos.

Esta situação é um exemplo do efeito Zenão quântico, que vimos no texto (“O Efeito Zenão Quântico”.

Para isso, deve-se considerar que a ação dos polarizadores seja uma medição, e que a transição de estado (introduzida pelos rotores) não seja contínua, mas discreta.

A observação frequente (casos f e g) mantém a luz não-absorvida no estado original, e à medida que a observação se torna contínua, todos os fótons detectados terão a polarização inicial, sem perdas.

Usaremos este resultado para explicar como é possível cutucar uma bomba ultra-sensível sem fazê-la explodir!

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