A revisão da equação de Schrödinger pode combinar relatividade e mecânica quântica

Recentemente, os físicos propuseram uma modificação do famoso paradoxo dos gatos Schrödinger, o que pode ajudar a explicar por que partículas quânticas podem existir em vários estados ao mesmo tempo, enquanto objetos grandes ( como o Universo ) parecem, não posso fazer isso.

A relatividade e a mecânica quântica de Einstein

A física — é uma área complexa e fascinante que busca entender as leis fundamentais que governam nosso universo. As duas teorias mais influentes e bem-sucedidas nessa área são a teoria da relatividade e da mecânica quântica de Einstein.

A teoria da relatividade, formulada principalmente por Albert Einstein no início do século 20, revolucionou nossa compreensão do espaço, tempo e gravidade. Esta teoria consiste em duas partes principais: relatividade especial e relatividade geral. A relatividade especial descreve o comportamento de objetos que se movem a velocidades próximas à velocidade da luz, e a relatividade geral explica a gravidade como uma curvatura do espaço-tempo devido à presença de massa e energia.

A mecânica quântica, por outro lado, é uma teoria que descreve o comportamento de partículas subatômicas, como elétrons e fótons. Ao contrário da física clássica, postula que essas partículas podem existir nos estados impostos umas às outras, ou seja, elas podem ocupar vários estados ao mesmo tempo. Por exemplo, um elétron pode estar no estado de onda ou no estado de partícula até ser observado. Em outras palavras, quando a medição é feita, o sistema quântico entra em um desses estados, fornecendo o valor exato do valor medido.

Problema de compatibilidade

O problema surge quando tentamos combinar essas duas teorias em uma única descrição coerente do universo. A relatividade e a mecânica quântica parecem divergir em opiniões sobre vários pontos críticos. Por exemplo, a mecânica quântica prevê a existência de estados sobrepostos, enquanto a teoria geral da relatividade descreve um universo em que os objetos têm posições e velocidades claramente definidas. Além disso, a mecânica quântica usa uma estrutura probabilística para descrever o comportamento das partículas, enquanto a relatividade se baseia em equações determinísticas para descrever a dinâmica do espaço-tempo.

O paradoxo do gato Schrödinger — é uma ilustração maravilhosa desta incompatibilidade. Neste cenário famoso, o gato está em uma caixa com um dispositivo que pode causar a liberação de veneno que mata o gato. De acordo com a mecânica quântica, enquanto a caixa está fechada, o gato está em um estado de superposição, vivo e morto. Somente quando a caixa é aberta e o gato é observado, sua condição é determinada. No entanto, isso contradiz a intuição clássica, segundo a qual o gato não pode estar vivo ou morto, mas deve estar em um estado claramente definido.

Tentando reconciliar esses dois pontos de vista aparentemente conflitantes, os físicos propuseram uma modificação da equação de Schrödinger subjacente à mecânica quântica. Essa mudança sugere que os sistemas quânticos colapsam espontaneamente em intervalos regulares, adquirindo certos valores para seus parâmetros observados. Em outras palavras, em vez de permanecer infinitamente no estado imposto, as partículas quânticas acabam "selecionando" um determinado estado de maneira acidental e espontânea.

Abordagem inovadora

Para ver cada vez mais claramente, imagine que você está olhando o mundo através de duas lentes diferentes. Por um lado, você tem uma lente da mecânica quântica que permite ver o mundo das partículas subatômicas, onde tudo pode estar em vários estados ao mesmo tempo, como em uma espécie de dança probabilística. Por outro lado, você tem uma lente da teoria geral da relatividade de Einstein, que fornece uma imagem do Universo em larga escala, onde os objetos seguem trajetórias determinísticas claramente definidas, como planetas orbitando uma estrela.

Assim, essas duas visões do mundo geralmente parecem contraditórias. A mecânica quântica nos diz que tudo pode ser confuso e incerto, enquanto a relatividade geral nos diz que tudo é definido com precisão. Parece tentar misturar óleo com água: parece que não é possível.

Portanto, no novo trabalho, os físicos pensaram: e se, em vez de considerar as coisas como embaçadas ou precisas, encontrarmos uma maneira de ser as duas ao mesmo tempo, mas em uma escala diferente? Foi aqui que a modificação da equação de Schrödinger veio a calhar.

Essa modificação pressupõe que sistemas quânticos, como partículas subatômicas, podem se romper espontaneamente em intervalos regulares, escolhendo um certo estado de muitos possíveis. Isso lhes dá uma espécie de “push” para um determinado estado, o que os torna mais compatíveis com nossa visão clássica de um mundo em grande escala governado pela relatividade comum.

Em outras palavras, essa modificação da equação de Schrödinger permite que as partículas quânticas se movam de um estado difuso e incerto para um estado exato e definido ao longo do tempo, sem a necessidade de observação externa para isso. Isso explica por que vemos objetos macroscópicos, como gatos em caixas, não em estados estranhos impostos um ao outro, mas em certos estados observados.

Era como se tivéssemos encontrado uma maneira de combinar as duas lentes, a fim de obter uma imagem mais clara e consistente do mundo ao nosso redor. É claro que ainda há muito trabalho a ser feito para testar essa ideia e garantir que ela seja verdadeiramente verdadeira, mas é uma perspectiva emocionante que pode nos ajudar a entender melhor os segredos do universo.

Detalhes do estudo publicado na revista Jornal de Física de Alta Energia.