Gato morto dentro de uma caixa? Entenda o experimento do gato de Schrödinger.

Por Vinícius Henrique de Paula - 14/05/2020

  Muito se fala a respeito do experimento do físico austríaco Erwin Schrödinger, mas você sabe sobre o que se trata o experimento e qual o significado dele? O experimento se trata de um experimento mental, ou seja, nunca foi realizado na vida real, então não se preocupe, nenhuma vida felina foi colocada em risco. No experimento, realizado em 1935, é proposto que um gato é colocado em uma caixa fechada, juntamente com um elemento radioativo (urânio, por exemplo), um detector de radiação (contador Geiger) e um mecanismo com um martelo para quebrar o frasco de veneno. A caixa permanece fechada por um determinado tempo, e ao passar desse tempo, o elemento radioativo, que obedece às leis da mecânica quântica, tem alguma chance de emitir radiação, que é detectada pelo contador Geiger, soltando o mecanismo com o martelo e assim quebrando o frasco de veneno.
 

Representação do experimento do gato de Schrödinger (Crédito: RMS)

  O resultado e interpretação desse experimento gerou discussões entre os físicos da época. Enquanto Einstein e Schrödinger diziam que o gato estaria somente morto ou somente vivo, Bohr, um importante físico para a física quântica, afirmava que o gato estaria vivo e morto até que se pudesse observar o estado do animal. Esse fenômeno é conhecido como superposição quântica, o qual já abordamos no texto sobre Computadores Quânticos.

   Porém, a intenção da Schrödinger era provar que o fenômeno de superposição quântica estava errado, o que acabou sendo um tiro no pé, já que a partir de estudos e reprodução do mesmo experimento, descobrimos que o fenômeno é real, sendo um grande marco para os campos da mecânica quântica. Mas é importante também lembrar que a partir do momento em que "abrimos a caixa", o estado de superposição colapsa, e o gato assume apenas um estado: vivo ou morto. Essa mudança abrupta no estado do objeto estudado é chamada de salto quântico. 

   Em resumo, a interpretação do experimento implica que uma partícula pode assumir todos os estados possíveis ao mesmo tempo, e que quando a observamos ou fazemos medidas de energia nela, por exemplo, apenas um estado é assumido. Algo impressionante na época e também hoje, que abala a forma como vemos o mundo e também nos mostra como a lógica comum não se aplica no mundo quântico.

   Algumas versões alternativas do experimento foram propostas posteriormente para tentar simplificar e aperfeiçoar o método como ele foi feito. Em 1967, o físico húngaro Eugene Wigner propôs uma versão do experimento em que ele substituiu o gato e o veneno por um "amigo físico" que vivia dentro de uma caixa com um dispositivo de medição que poderia retornar um dos dois resultados, como uma moeda mostrando cara ou coroa. Em teoria, o estado de superposição entrará em colapso quando o "amigo físico" vê o resultado do jogo: só cara ou só coroa. Mas se a mecânica quântica se aplica ao físico, ele deve estar em um estado incerto que combina os dois resultados até que Wigner abra a caixa, e não quando o "amigo físico" vê o resultado. 

   Há também o paradoxo de Frauchiger-Renner. No experimento, Frauchiner e Renner tem dois "Wigners", cada um fazendo um experimento como um amigo físico que eles guardam em uma caixa. Um dos dois amigos (apelidada de Alice) pode jogar uma moeda e manda uma mensagem para o outro amigo (apelidado do Bob). Usando seu conhecimento da teoria quântica, Bob pode detectar a mensagem de Alice e adivinhar o resultado de seu sorteio. Quando os dois "Wigners" abrem suas caixas, em algumas situações eles podem concluir com certeza de que lado a moeda caiu, diz Renner. Mas, ocasionalmente, suas conclusões são inconsistentes. "Um diz: 'Tenho certeza que é coroa', e o outro diz: 'Tenho certeza que é cara'", diz Renner.

   Porém, o experimento não pode ser colocado em prática, porque exigiria que os "Wigners" medissem todas as propriedades quânticas de seus amigos, o que inclui a leitura de suas mentes. No entanto, pode ser viável fazer com que dois computadores quânticos representem as partes de Alice e Bob: a lógica do argumento exige apenas que eles conheçam as regras da física e tomem decisões com base nelas, e em princípio é possível detectar o estado quântico completo de um computador quântico.

    Mas afinal: há como salvar o gato de Schrödinger da sua possível morte? Pesquisadores da Yale podem ter descoberto como prever os saltos quânticos, que falamos um pouco acima. É importante dizer que, por mais que Borh estivesse certo em dizer que o experimento do gato contribuía para a hipótese da superposição quântica e para o salto quântico, ele também dizia que o salto quântico era imprevisível e aleatório. Porém, esses pesquisadores da Universidade de Yale, em Connecticut (Estados Unidos) descobriram como prever esses saltos.

    Ao desenvolver computadores quânticos, os pesquisadores devem lidar crucialmente com os saltos dos qubits (bits quânticos, que também falamos no texto sobre Computadores Quânticos), que são as manifestações de erros nos cálculos. Esses saltos enigmáticos foram teorizados por Bohr há um século, mas não foram observados até a década de 1980 em átomos, porém podem ser observados toda vez em que os pesquisadores medem um qubit. Dessa forma, eles poderiam "salvar" o gato, prevendo quando ele morreria, ou seja, quando haveria um salto quântico. Um final feliz para um experimento que apenas aparente ser trágico!

Imagem usada: Image by MOODMAN on Giphy

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