Você já esteve em mais de um lugar ao mesmo tempo? Se você é muito maior que um átomo, a resposta será não.

Mas átomos e partículas são governados pelas regras da mecânica quântica, em que várias situações possíveis diferentes podem coexistir ao mesmo tempo.

Os sistemas quânticos são regidos pelo que é chamado de "função de onda":um objeto matemático que descreve as probabilidades dessas diferentes situações possíveis.

E essas diferentes possibilidades podem coexistir na função de onda como o que se chama de "superposição" de diferentes estados. Por exemplo, uma partícula que existe em vários lugares diferentes ao mesmo tempo é o que chamamos de "superposição espacial".

É apenas quando uma medição é realizada que a função de onda "entra em colapso" e o sistema termina em um estado definido.

Geralmente, a mecânica quântica se aplica ao minúsculo mundo de átomos e partículas. O júri ainda não decidiu o que isso significa para objetos de grande escala.

Em nossa pesquisa, publicado hoje em Optica , propomos um experimento que pode resolver essa questão espinhosa de uma vez por todas.

Gato de Erwin Schrödinger

Na década de 1930, O físico austríaco Erwin Schrödinger apresentou seu famoso experimento mental sobre um gato em uma caixa que, de acordo com a mecânica quântica, poderia estar vivo e morto ao mesmo tempo.

Iniciar, um gato é colocado em uma caixa lacrada na qual um evento quântico aleatório tem 50-50 chances de matá-lo. Até que a caixa seja aberta e o gato seja observado, o gato está morto e vivo ao mesmo tempo.

Em outras palavras, o gato existe como uma função de onda (com múltiplas possibilidades) antes de ser observado. Quando é observado, torna-se um objeto definido.

Depois de muito debate, a comunidade científica da época chegou a um consenso com a "interpretação de Copenhague". Isso basicamente diz que a mecânica quântica só pode ser aplicada a átomos e moléculas, mas não consegue descrever objetos muito maiores.

Acontece que eles estavam errados.

Nas últimas duas décadas ou mais, os físicos criaram estados quânticos em objetos feitos de trilhões de átomos - grandes o suficiente para serem vistos a olho nu. Embora, Este tem ainda não superposição espacial incluída.

Como uma função de onda se torna real?

Mas como a função de onda se torna um objeto "real"?

Isso é o que os físicos chamam de "problema de medição quântica". Ele intrigou cientistas e filósofos por cerca de um século.

Se houver um mecanismo que remove o potencial de superposição quântica de objetos de grande escala, exigiria de alguma forma "perturbar" a função de onda - e isso criaria calor.

Se tal calor for encontrado, isso implica que a superposição quântica em grande escala é impossível. Se tal calor for descartado, então é provável que a natureza não se importe em "ser quântica" em qualquer tamanho.

Se este for o caso, com o avanço da tecnologia, poderíamos colocar objetos grandes, talvez até seres sencientes, em estados quânticos.

Os físicos não sabem como seria um mecanismo de prevenção de superposições quânticas em grande escala. De acordo com alguns, é um campo cosmológico desconhecido. Outros suspeitam que a gravidade pode ter algo a ver com isso.

O vencedor do Prêmio Nobel de Física deste ano, Roger Penrose, pensa que poderia ser uma consequência da consciência dos seres vivos.

Perseguindo movimentos minúsculos

Ao longo da última década ou assim, os físicos têm procurado febrilmente uma pequena quantidade de calor que indicaria uma perturbação na função de onda.

Para descobrir isso, precisaríamos de um método que pudesse suprimir (tão perfeitamente quanto possível) todas as outras fontes de calor "excessivo" que podem atrapalhar uma medição precisa.

Também precisaríamos manter um efeito chamado "retrocesso" quântico sob controle, em que o ato de observar a si mesmo cria calor.

Em nossa pesquisa, nós formulamos tal experimento, o que poderia revelar se a superposição espacial é possível para objetos de grande escala. Os melhores experimentos até agora não conseguiram isso.

Encontrando a resposta com pequenos feixes que vibram

Nosso experimento usaria ressonadores em frequências muito mais altas do que as usadas. Isso eliminaria o problema de qualquer calor da própria geladeira.

Como era o caso em experimentos anteriores, precisaríamos usar uma geladeira a 0,01 graus Kelvin acima do zero absoluto. (O zero absoluto é a temperatura mais baixa teoricamente possível).

Com esta combinação de temperaturas muito baixas e frequências muito altas, as vibrações nos ressonadores passam por um processo denominado "condensação de Bose".

Você pode imaginar isso como o ressonador ficando tão congelado que o calor da geladeira não consegue mexê-lo, nem um pouco.

Também usaríamos uma estratégia de medição diferente que não olha para o movimento do ressonador, mas sim a quantidade de energia que possui. Este método suprimiria fortemente o calor de retracção, também.

Mas como faríamos isso?

Partículas únicas de luz entrariam no ressonador e ricocheteariam para frente e para trás alguns milhões de vezes, absorvendo qualquer excesso de energia. Eles acabariam deixando o ressonador, levando embora o excesso de energia.

Ao medir a energia das partículas de luz que saem, pudemos determinar se havia calor no ressonador.

Se o calor estava presente, isso indicaria que uma fonte desconhecida (a qual não controlamos) perturbou a função de onda. E isso significaria que é impossível que a superposição aconteça em grande escala.

Tudo é quântico?

O experimento que propomos é desafiador. Não é o tipo de coisa que você pode preparar casualmente em uma tarde de domingo. Pode levar anos de desenvolvimento, milhões de dólares e um monte de físicos experimentais qualificados.

Apesar disso, poderia responder a uma das questões mais fascinantes sobre nossa realidade:tudo é quântico? E entao, certamente achamos que vale a pena o esforço.

Quanto a colocar um humano, ou gato, na superposição quântica - não há realmente nenhuma maneira de sabermos como isso afetaria aquele ser.

Felizmente, esta é uma questão sobre a qual não temos que pensar, por enquanto.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.