Em 1935 - dois anos depois de ganhar o Prêmio Nobel por suas contribuições à física quântica - o físico austríaco Erwin Schrödinger propôs o famoso experimento mental conhecido como paradoxo de gato de Schrödinger

Qual é o paradoxo do gato de Schrödinger?

O paradoxo é uma das coisas mais conhecidas sobre mecânica quântica na cultura popular, mas não é apenas uma maneira surreal e engraçada de descrever como o quantum o mundo se comporta, na verdade ataca uma crítica fundamental da interpretação dominante da mecânica quântica.

Ele persiste porque propõe a idéia absurda de um gato simultaneamente vivo e morto, mas tem algum peso filosófico porque, em um Nesse sentido, isso realmente é algo que a mecânica quântica sugere que é possível.
Schrödinger apresentou o experimento mental precisamente por esse motivo. Como muitos outros físicos, ele não estava completamente satisfeito com a interpretação de Copenhague da mecânica quântica, e estava procurando uma maneira de transmitir o que via como a falha central nela como uma maneira de descrever a realidade.
A Interpretação de Copenhague da mecânica quântica

A interpretação de Copenhague da mecânica quântica ainda é a tentativa mais amplamente aceita de entender o que a física quântica realmente significa no sentido físico.

Diz essencialmente que a função de onda (que descreve o estado de uma partícula) e a equação de Schrödinger (usada para determinar a função de onda) informa tudo o que você pode saber sobre um estado quântico. Isso pode parecer razoável no começo, mas isso implica muitas coisas sobre a natureza da realidade que não se encaixam bem com muitas pessoas.

Por exemplo, a função de onda de uma partícula se espalha pelo espaço e, assim, o Copenhagen a interpretação afirma que uma partícula não tem um local definitivo até que seja feita uma medição.

Quando você faz uma medição, causa um colapso da função de onda e a partícula cai em um dos vários estados possíveis instantaneamente, e isso pode só pode ser previsto em termos de probabilidade.

A interpretação diz que as partículas quânticas realmente não têm valores observáveis, como posição, momento ou rotação até que uma observação seja feita
. Eles existem em uma variedade de estados potenciais, no que é chamado de "superposição" e podem essencialmente ser considerados como todos eles de uma só vez, embora sejam ponderados para reconhecer que alguns estados são mais prováveis que outros.

Alguns tome essa interpretação com mais rigor do que outras - por exemplo, a função de onda poderia simplesmente ser vista como uma construção teórica que permite aos cientistas prever os resultados dos experimentos - mas é assim que a interpretação vê a teoria quântica.
Schrödinger Cat

No experimento mental, Schrödinger propôs a colocação de um gato em uma caixa, para que fosse escondido dos observadores (você pode imaginar que isso também é uma caixa à prova de som) junto com um frasco de veneno. O frasco de veneno é manipulado para quebrar e matar o gato se ocorrer um determinado evento quântico, que Schrödinger considerou ser o decaimento de um átomo radioativo detectável por um contador Geiger.

Como um processo quântico, o momento do decaimento radioativo não pode ser previsto em nenhum caso específico, apenas como uma média em muitas medições. Portanto, sem nenhuma maneira de realmente detectar a decomposição e o frasco de quebra de veneno, não há literalmente nenhuma maneira de saber se isso aconteceu no experimento.

Da mesma forma que as partículas não são consideradas como Em um local específico antes da medição na teoria quântica, mas como uma superposição quântica de estados possíveis, o átomo radioativo pode ser considerado como uma superposição de "decaído" e "não decaído".

A probabilidade de cada um pode ser previsto para um nível que seria preciso em muitas medidas, mas não para um caso específico. Então, se o átomo radioativo está em uma superposição e a vida do gato depende inteiramente desse estado, isso significa que o estado do gato também está em superposição de estados? Em outras palavras, o gato está em uma superposição quântica de vivos e mortos?

A superposição de estados acontece apenas no nível quântico, ou o experimento mental mostra que ele também deve se aplicar logicamente a objetos macroscópicos? Se não pode ser aplicado a objetos macroscópicos, por que não? E acima de tudo: isso não é nem um pouco ridículo?
Por que é importante?

O experimento mental chega ao coração filosófico da mecânica quântica. Em um cenário fácil de entender, os possíveis problemas com a interpretação de Copenhague são expostos e os proponentes da explicação ficam com algumas explicações a serem feitas. Uma das razões pelas quais ele persiste na cultura popular é, sem dúvida, que mostra claramente a diferença entre como a mecânica quântica descreve o estado das partículas quânticas e a maneira como você descreve objetos macroscópicos.

No entanto, ele também aborda a noção de o que você quer dizer com "medição" em mecânica quântica. Esse é um conceito importante, porque o processo de colapso da função de onda depende fundamentalmente de algo ter sido observado.

As pessoas precisam observar fisicamente o resultado de um evento quântico (por exemplo, lendo o contador Geiger), ou simplesmente precisa interagir com algo macroscópico? Em outras palavras, o gato é um "dispositivo de medição" nesse cenário - é assim que o paradoxo é resolvido?

Não há realmente uma resposta para essas perguntas que seja amplamente aceita. O paradoxo captura perfeitamente o que é difícil de suportar na mecânica quântica para humanos acostumados a experimentar o mundo macroscópico e, de fato, cujos cérebros evoluíram para entender o mundo em que você vive e não o mundo das partículas subatômicas.
O paradoxo da EPR

O paradoxo da EPR é outro experimento mental que visa mostrar problemas com a mecânica quântica e recebeu o nome de Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen, que criaram o paradoxo. Isso se refere ao emaranhamento quântico, que Einstein chamou de "ação assustadora à distância".

Na mecânica quântica, duas partículas podem ser "emaranhadas", para que qualquer um dos pares não possa ser descrito sem referência. para o outro - seus estados quânticos são descritos por uma função de onda compartilhada que não pode ser separada em uma para uma partícula e uma para outra.

Por exemplo, duas partículas em um estado emaranhado específico podem ter seu "giro" medido e se um é medido como tendo “girado para cima”, o outro deve girar “para baixo” e vice-versa, embora isso não seja determinado de antemão.

Isso é um pouco difícil de aceitar de qualquer maneira , mas e se, propõe o paradoxo do EPR, as duas partículas foram separadas por uma grande distância. A primeira medição é feita e revela "rotação reduzida", mas logo em seguida (tão rápido que nem um sinal de luz poderia viajar de um local para outro no tempo), é feita uma medição na segunda partícula. >

Como a segunda partícula "conhece" o resultado da primeira medição, se é impossível que um sinal viaje entre as duas?

Einstein acreditava que isso era prova de que a mecânica quântica estava "incompleta" e que havia "variáveis ocultas" em jogo que explicariam resultados aparentemente ilógicos como esses. No entanto, em 1964, John Bell encontrou uma maneira de testar a presença das variáveis ocultas propostas por Einstein e encontrou uma desigualdade que, se quebrada, provaria que o resultado não poderia ser obtido com uma teoria de variáveis ocultas.

Experimentos realizados com base nisso descobriram que a desigualdade de Bell está quebrada e, portanto, o paradoxo é apenas outro aspecto da mecânica quântica que parece estranho, mas é simplesmente o modo como a mecânica quântica funciona.