Nesta semana, os físicos estão se reunindo na ilha alemã da Helgoland para comemorar 100 anos desde a descoberta da mecânica quântica. No século após o golpe teórico de Werner Heisenberg – feito enquanto convalescava a febre do feno naquela ilha – essa teoria se tornou cada vez mais precisa em suas descrições e bem -sucedida em suas aplicações. Com tecnologias como computadores quânticos, estamos à beira de uma revolução que promete trazer o mundo quântico a muitos aspectos de nossas vidas.
No entanto, ainda não há consenso sobre o que tudo isso significa – sobre as lições profundas que a mecânica quântica revela sobre a natureza fundamental da realidade. Abordar essa questão nos leva do domínio da física para o domínio da filosofia. Embora os físicos estejam melhor posicionados para desenvolver e estender a estrutura matemática das experiências de teoria quântica e design para testá -lo, são necessários filósofos da física para enfrentar um controle conceitual com o resultado: eles têm as ferramentas para contextualizar essa estrutura e defini -la em um relato coerente da realidade.
Disputas de longa duração
No entanto, físicos e filósofos não podem concordar nem mesmo no básico. Um refrão comum entre os filósofos da física e, de fato, alguns físicos é que a formulação de livros didáticos da mecânica quântica tem um ‘problema de medição’ – uma ênfase incontrolável no papel dos observadores e em suas observações que tornam impossível começar a responder a perguntas sobre a conexão da teoria com a estrutura da realidade. Muitos físicos imploram para diferir: alguns até argumentam que a ênfase nos observadores é a chave para desbloquear o significado mais profundo da mecânica quântica.
Como a mecânica quântica surgiu em alguns meses revolucionários há 100 anos
Esses dois campos permanecem em cabeças de madeira. Mas pode haver uma maneira de reuni -los – revisitando conexões entre idéias que existem há mais de meio século.
As discordâncias sobre o significado da mecânica quântica começam com sua descrição dos sistemas físicos através de ‘funções de ondas’ que atribuem probabilidades para os muitos valores possíveis das propriedades mensuráveis de um sistema, como sua posição. As medições repetidas do mesmo sistema quântico fornecem uma gama de resultados de acordo com as probabilidades codificadas na função de onda. A explicação padrão faz uso da interpretação de Copenhague, uma abordagem defendida por Heisenberg e o físico dinamarquês Niels Bohr nos primeiros anos da teoria quântica. Ele diz que os objetos físicos não têm valores definidos para suas propriedades até que entrem em contato com um observador externo ou um dispositivo de medição. Essa interação entre observadores e sistemas quânticos é essencial para criar uma realidade definitiva. É normalmente descrito como ‘colapso da função de onda’, embora Bohr e Heisenberg tenham sido céticos em interpretar esse colapso como um processo físico genuíno.
A interpretação de Copenhague foi controversa desde o início. Bohr e Albert Einstein, dois titãs de física, mantiveram notoriamente um debate de décadas sobre sua validade, durando até a morte de Einstein em 1955. Muito mais tarde, o físico John Bell estabeleceu1 Uma série de objeções às interpretações da mecânica quântica na qual a medição desempenhou um papel fundamental. De acordo com essa tomada, observadores e medições são conceitos imprecisos e subjetivos que não correspondem a entidades físicas fundamentais; Eles surgem, antes, do comportamento complexo de entidades mais básicas e, portanto, não devem ser referenciadas nas leis físicas fundamentais.
Ao longo das décadas, foram propostas interpretações alternativas da mecânica quântica que removem a referência a medições ou observadores da descrição fundamental do mundo quântico. Existem, por exemplo, teorias espontâneas de colapso, nas quais as funções de ondas entram em colapso em realidades determinadas, independentemente de qualquer observador ou processo de medição2Assim,3. E a interpretação de muitos mundos, proposta inicialmente4 Pelo físico Hugh Everett em sua dissertação de doutorado na Universidade de Princeton, em Nova Jersey, em meados da década de 1950, sugere que os observadores não colapsam a função de onda no ponto de medição. Em vez disso, eles passam para um dos vários universos paralelos correspondentes aos possíveis resultados codificados na função de onda. Ao fazer uma medição, os observadores não estão desempenhando nenhuma parte fundamental na criação da realidade, mas apenas escolhendo sua rota através dela.
Por que até os físicos ainda não entendem a teoria quântica 100 anos em
Essa idéia tem muitos detratores, principalmente porque um número potencialmente infinito de universos paralelos parece uma solução desleal para o problema de medição. Mas a narrativa dominante entre os filósofos se tornou a que apenas começando a partir de estruturas matemáticas ‘objetivas’, sem observador, e escapando das embreagens da (em sua opinião) confundida e confusa de Copenhagen Interpretation, que podemos) tirar conclusões concretas, se o Quantum nos diz que os mecânicos nos dizem sobre a natureza fundamental, ou a Mulll, se é uma das mecânicas que nos dizem que os mecânicos são os mecânicos, se é uma das mecânicas que nos dizem que os mecânicos são a natureza da natureza.5Assim,6.
Mas muitos físicos que trabalham em fundações quânticas defendem uma contra-narrativa: embora não exista verdade Nesta visão, as formulações de livros didáticos da mecânica quântica não enfrentam um ‘problema’ de medição. Eles fazem uso central de observadores e medições – mas assim devem. A questão interessante não é como se livrar dos observadores, mas como exatamente entender seu papel e o que isso implica para a relação da teoria quântica com o mundo além do observador.
Fazendo o universo
Várias interpretações contemporâneas da mecânica quântica se baseiam nessa idéia. Isso inclui o bayesianismo quântico, ou qbism, que interpreta estados quânticos em termos de probabilidades subjetivas que os agentes atribuem aos eventos7e as abordagens de Anton Zeilinger8 e Časlav Brukner9ambos os físicos quânticos da Universidade de Viena, que enfatizam a centralidade da informação. Mas este trabalho está prosseguindo principalmente sem o apoio dos filósofos da física, que continuam relutantes em abraçar o que vêem como a falácia central de Copenhague e seus filhos: um papel fundamental para os observadores.
Um motivo comum expresso para esta relutância6Assim,10 é que esse movimento equivale a abraçar o instrumentalismo: a idéia de que uma teoria não fornece uma descrição verdadeira da realidade, mas é uma ferramenta que permite que os observadores façam melhores previsões sobre isso. Se o objetivo é entender a natureza fundamental da realidade usando a física quântica, qualquer interpretação instrumentista é, portanto, um beco sem saída.
O instrumentalismo foi promovido nos primeiros dias da interpretação de Copenhague – é explícito no trabalho de Heisenberg, por exemplo. Hoje, mas os físicos são mais propensos a defender o realismo, vendo a mecânica quântica como uma tentativa de obter conhecimento da estrutura fundamental da realidade. Nas palavras dos Christopher Fuchs, um físico da Universidade de Massachusetts em Boston e um dos criadores do qbism: “O que está em jogo com a teoria quântica é a própria natureza da realidade.11. Nesta visão, o status privilegiado dos observadores na criação da realidade é a afirmação distinta que a mecânica quântica faz.
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Esta posição tem pouco a ver com o instrumentalismo. Mas ele desce o caminho do idealismo – a posição filosófica de que a realidade é fundamentalmente composta por entidades mentais, como idéias. Os filósofos contemporâneos da ciência estão fortemente descartados contra esse conceito, e essa posição não é puramente dogmática. O idealismo foi a posição dominante para a maior parte dos 2.500 anos de história da filosofia no Ocidente, definindo o trabalho de pensadores influentes de Platão na Grécia antiga para George Berkeley, Immanuel Kant e Georg Wilhelm Friedrich Hegel nos séculos XVIII e XIX. Foi rejeitado apenas no século XX, após uma longa marcha de avanços em física, química, biologia molecular e neurociência que estabeleceu a natureza molecular dos processos biológicos, desmistificou grande parte da operação do cérebro e dissipou noções das ‘forças vital’ que supostamente deram vida a mergulhar12.
A física quântica desempenhou um papel enorme no estabelecimento dessa visão de mundo redutiva e supostamente objetiva – aquela também referenciada na crítica de Bell1 – o que deixa claro que os observadores humanos estão longe das entidades fundamentais. Portanto, pode parecer estranho que um número crescente de físicos que trabalham nos fundamentos da teoria quântica tendem a tratar os observadores como essas entidades.
Uma figura imponente da física do século XX, John Archibald Wheeler, argumentou com força em defesa dessa abordagem. O trabalho de Wheeler inclui estudos pioneiros com BOHR sobre fissão nuclear e extensas contribuições para o estudo da teoria geral da relatividade e buracos negros (um termo que ele popularizou), mas suas contribuições para as fundações quânticas, na minha opinião, não foram adequadamente reconhecidas. Sinto ainda que a chave para resolver o impasse atual na compreensão da mecânica quântica pode vir de revisitar sua idéia de um ‘universo participativo’ – um conceito em que a realidade não é estática, mas moldada pela percepção de observadores conscientes – e suas motivações para propor.
Em 1978, Wheeler criou13 Um experimento seminal de pensamento sobre a natureza da realidade quântica, conhecida como experimento de escolha atrasada. Em uma versão, ele considera uma iteração do experimento de fenda dupla, na qual um fluxo de elétrons, fótons, átomos ou moléculas-qualquer objeto que obedece às regras da mecânica quântica-é enviado através de uma tela com duas aberturas estreitas. Se um detector for colocado nas fendas, cada objeto parece passar por um ou outro, se comportando como uma partícula. Mas se os objetos passarem pelas fendas e forem medidos em uma segunda tela atrás do primeiro, com o tempo, um padrão de interferência emergirá – como se cada objeto passasse por ambas as fendas ao mesmo tempo, difratar e interferir consigo mesmo como uma onda.
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