Caros Leitores;
Você certamente já ouviu a palavra “quântico”. Possivelmente, já ouviu essa palavra em explicações a respeito da capacidadede de utilização da nossa mente para transformar a matéria e afetar nossa saúde.
Essas interações entre física quântica e saúde, frequentemente denominadas de “terapia quântica”, “cura quântica”, “medicina quântica”, em geral não possuem qualquer embasamento científico, tratando-se portanto de pseudociências.
Uma maneira de ficarmos um pouco menos vulneráveis ao charlatanismo quântico é entendendo melhor o que de fato é esta área de conhecimento. Por isso, vamos falar neste texto sobre o que de fato é a física quântica, como ela se diferencia da física clássica e a partir de que ponto as afirmações quânticas deixam de ser científicas.
Este conteúdo é inspirado em meu texto “A física do multiverso” (publicado na edição 394 da Revista Ciência Hoje) e foi produzido em vídeo para o canal Ciência Nerd. Você pode assisti-lo no player acima ou lê-lo abaixo!
O surgimento de uma nova física
No final do século 19, pairava um sentimento sobre os físicos de que tudo estava resolvido. Muitos realmente acreditavam que todas as grandes descobertas já haviam sido feitas, que não havia mais mistérios da natureza para a física investigar. Mas por quê? Como estava o cenário da física naquele momento?
A teoria eletromagnética, brilhantemente elaborada pelo físico e matemático escocês James Clerk Maxwell (1831-1879), dava conta de explicar praticamente todos os fenômenos envolvendo a luz, as radiações, a eletricidade e o magnetismo. A termodinâmica, estrela da revolução industrial, nos possibilitava conhecer com precisão o comportamento dos gases e estava plenamente consolidada. E a mecânica clássica de Isaac Newton era tão bem sucedida que descrevia matematicamente o movimento dos objetos na Terra e no espaço com primazia. Eram poucos os fenômenos que ainda não encontravam explicações nestas três grandes áreas da física.
No entanto, esses poucos fenômenos inexplicados de repente viraram problemas tão grandes, que alguns físicos perceberam que a física que nós conheciamos simplesmente seria incapaz de explicá-los. Uma nova física se fazia necessária.
Para contornar algumas dessas questões que não tinham explicação científica, o físico alemão Max Planck (1858-1947) encontrou um artifício matemático que não aparentava fazer muito sentido no mundo real, mas resolvia alguns problemas da física.
Planck propôs que a energia presente na luz não poderia ser emitida (ou absorvida por outros corpos) de maneira contínua, mas sim na forma de “pacotes” com quantidade fixa. Como assim?
Imagine que você quer encher um copo com água. Se a água estiver líquida você pode encher o copo de forma contínua, ou seja, pode colocar qualquer quantidade: 10 mL, 5 mL, 2,5 mL, até mesmo 0,37 mL. Sempre haverá um valor intermediário de água que você pode colocar no copo. Mas e se essa água estivesse na forma de cubos de gelo? Você poderia colocar 1 cubo gelo no copo, ou 2, ou 3, ou 4. Mas não poderia colocar valores intermediários. Nesse caso, a água existe e é transferida na forma de pacotes com quantidades fixas.
Assim, a solução matemática de Planck considerava que a energia contida na luz também deveria existir na forma de pacotes, com quantidade fixa de energia. E ao absorver energia, um átomo só poderia absorver um desses pacotes, ou dois, ou três, mas nunca valores intermediários.
Esse “pacote”, que carrega a menor quantidade de energia possível para uma determinada luz, recebe o nome de quantum de luz, ou de fóton. E, por meio de uma equação muito simples, denominada ‘relação de Planck-Einstein’, demonstrou-se que a energia contida em cada um desses fótons dependia exclusivamente da frequência da luz (ou seja, da sua cor).
Essa tese de que a energia é quantizada (ou seja, existe em quantidades fixas e específicas) foi extremamente revolucionária. Ela violava áreas da física muito bem consolidadas e, por isso, muitos foram os físicos que se opuseram a ela.
Com o passar do tempo, essa nova física – que já podemos passar a chamar de física quântica” – mostrou-se bastante sólida. A concordância entre as equações matemáticas e os resultados experimentais era tão grande, que ela se mostrou uma das teorias mais bem-sucedidas da física. Hoje, nenhum físico questiona a validade da mecânica quântica e a sua enorme importância para a ciência.
O mundo quântico
Neste mundo macroscópico que conhecemos, todos os movimentos podem ser muito bem descritos e previstos por equações matemáticas da física clássica, em especial pela 2ª lei de Newton. Se eu sei as condições iniciais de um sistema, eu sei como ele vai evoluir no tempo.
Quando vamos para a escala quântica (ou seja, quando lidamos com objetos do tamanho de átomos, elétrons, prótons), essas equações clássicas não fazem mais sentido, elas simplesmente deixam de funcionar. O movimento de um elétron é completamente diferente do movimento da queda de um objeto, ou de um planeta em torno do Sol. Por isso, é impossível prever o comportamento de um elétron usando a “matemática das coisas grandes”, ou seja, usando a física clássica. A matemática que descreve os movimentos nessa escala subatômica é a famosa equação de Schrödinger, que foi elaborada pelo físico austríaco Erwin Schrödinger.
Na física clássica, quando resolvemos as equações para analisar o movimento de um corpo, nós conseguimos prever exatamente qual a posição e a velocidade dele em qualquer instante de tempo.
Já na escala quântica, a solução da equação de Schroedinger não nos diz exatamente onde estará o elétron ao redor de um átomo. Ela nos permite conhecer qual a probabilidade desse elétron estar em cada uma das posições teoricamente possíveis. Assim, não se trata de um resultado exato, mas de um resultado probabilístico. E isso deixou muitos físicos incomodados, inclusive o Albert Einstein.
E as estranhezas dessa nova física não paravam de surgir.
Sobreposição de estados quânticos
Imagine uma pessoa jogando uma moeda dentro de uma caixa escura. O que vai acontecer? Ou a moeda irá cair com a cara voltada para cima, ou com a coroa voltada para cima. A chance da moeda terminar no “estado” de cara é de 50%. E a chance dela terminar o movimento no “estado” de coroa também é de 50%. Quando ela de fato cair uma das duas coisas terá acontecido: ou cara ou coroa.
No mundo quântico as coisas funcionam de um jeito bem diferente. Existe um princípio chamado de sobreposição de estados quânticos (que você também pode irá vê-lo por aí com o nome de superposição). A sobreposição significa que um sistema (em escala quântica) existe em todos os estados teoricamente possíveis simultaneamente. Ou seja, é como se um mesmo elétron estivesse, ao mesmo tempo, em vários lugares diferentes. E todas essas possibilidades coexistem.
Se aplicássemos esse princípio no exemplo da moeda é como se se ela ficasse lá dentro da caixa, depois de cair, no estado de cara, mas também de coroa, e até mesmo de metade cara e metade coroa. Tudo isso ao mesmo tempo. Ela está nos 3 estados simultaneamente.
E para tornar as coisas ainda mais estranhas, sabe o que acontece quando tentamos observar o átomo através de algum experimento específico (que o faça interagir com outros objetos macroscópicos)? Todos esses estados sobrepostos se colapsam em um único estado e o elétron se torna ‘localizável’.
Toda vez que nós tentamos observar um fenômeno quântico, através de experimentos, essa sobreposição de estados simplesmente não acontece. Portanto, é impossível ver ou detectar essa sobreposição.
Por mais estranha que seja essa ideia da sobreposição (e por mais que ela seja impossível de ser observada), a sobreposição de estados de um sistema quântico faz todo sentido matemático. Mais do que isso, ela é um postulado fundamental para que toda a teoria quântica funcione.
Se o seu computador, o seu celular, até o seu pendrive funcionam perfeitamente bem, é graças à mecânica quântica. Sim, até o seu pendrive tem mecânica quântica e você pode ler mais sobre isso em meu texto sobre atravessar paredes, neste mesmo blog.
A mecânica quântica é uma teoria extremamente bem sucedida, o que significa que o seu formalismo matemático é perfeitamente concordante com os resultados experimentais. O grande desafio da mecânica quântica está no domínio da interpretação das equações. O que elas significam exatamente? O que significa essa sobreposição de estados? Como é essa sobreposição visualmente? Por que isso acontece com o elétron? O que exatamente faz esses estados colapsarem?
Quando entramos no campo da interpretação da mecânica quântica, nós não temos resposta para quase nada, não temos consenso científico para quase nada. E sempre que uma pessoa (principalmente que não for da física ou que trabalhe com pesquisa na área) apresenta qualquer interpretação, qualquer extrapolação da teoria quântica que vá além da simples aplicação de suas equações; qualquer pessoa que relacione física quântica com outras áreas do conhecimento (principalmente com a área da saúde, da psicologia, da neurociência) essa pessoa provavelmente está tentando te enganar. E ela certamente não sabe nada de física quântica.
Em um texto futuro, irei falar sobre O QUE NÃO É física quântica, quais são os principais argumentos dos charlatões quânticos, quais são os pontos da mecânica quântica essas pessoas se apropriam e deturpam afim de enganar os outros.
Lucas Miranda
Físico e mestre em Divulgação Científica pela Unicamp. É professor no Sistema Anglo de Ensino, Colunista da Revista Ciência Hoje, Coordenador do projeto Ciência ao Bar e Cinegrafista, Editor e Tradutor na TV NUPES (Fac. de Medicina - UFJF)
Para saber mais, acesse o link>
Fonte: https://www.blogs.unicamp.br/ciencianerd/2023/01/25/o-que-e-fisica-quantica/
Fonte:
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
