Os físicos devem se deleitar com a diversidade de maneiras de entender a mecânica quântica

Peça a um monte de físicos para explicar um experimento quântico e é improvável que você obtenha a mesma descrição duas vezes. Todos concordam que a estrutura matemática da mecânica quântica é inútil em prever os resultados de experimentos que exploram o mundo subatômico. Além disso, pode ser usado para criar tecnologia que varia de chips de computador a lasers e relógios nucleares. Mas o que a teoria significa fisicamente permanece um mistério – e, até agora, uma questão de interpretação principalmente subjetiva.

Alguns cientistas estão envergonhados, 100 anos após a teoria quântica ser formulada pela primeira vez, por essa incapacidade de concordar com uma única narrativa sobre a natureza básica da realidade e as partículas e forças que a moldam. Eles não deveriam ser. Os físicos devem se deleitar com a diversidade de pensamentos que o campo representa e aproveita as discordâncias filosóficas como uma maneira de estimular outras descobertas.

Os físicos discordam descontroladamente sobre o que a mecânica quântica diz sobre a realidade, Natureza Pesquisa mostra

A mecânica quântica permite que os pesquisadores concordem com extrema precisão sobre os resultados esperados das observações. Isso é estranho, dado que os experimentos parecem mostrar que o mundo quântico é probabilístico e incerto. Os objetos parecem se comportar como ondas, interferindo entre si e com eles mesmos, até que sejam medidos, momento em que adotam comportamentos mais definidos e semelhantes a partículas. O fenômeno do emaranhamento pode unir o destino das partículas, mesmo que sejam separadas fisicamente a longas distâncias, e esse efeito pode ser usado para enviar sinais secretos. As regras estatísticas parecem governar o resultado de experimentos.

As discordâncias começam quando você pergunta aos físicos o que é exatamente o que se entende por muitas das palavras acima. Não apenas a linguagem significa coisas radicalmente diferentes para pessoas diferentes, mas existem várias maneiras de interpretar o que, se alguma coisa, está por trás de fenômenos como a aleatoriedade e o que acontece com os objetos quânticos entre as medições.

O grau de desacordo é reforçado em um recurso de notícias nesta semana. NaturezaA equipe de notícias realizou a maior pesquisa de todos os tempos, pedindo aos físicos quânticos sobre as fundações de sua disciplina. As respostas revelam que há pouco ou nenhum consenso sobre questões sobre se uma partícula realmente pode existir em dois lugares de uma só vez, se existem vários universos ou se é sensato pensar nas quantidades matemáticas subjacentes à mecânica quântica como correspondente a algo real. Uma tensão básica entre aqueles que estudam os fundamentos da teoria quântica é entre “realistas”, que acham que a física quântica pode e deve descrever um relato visualizável do mundo, e aqueles que adotam uma visão “epistêmica” que interpreta a teoria como sendo exclusivamente sobre o conhecimento e a previsão de resultados experimentais.

Esse desacordo pode dificultar a comunicação da física quântica ao público e evitar a ambiguidade que pode ser apreendida pelos pedlares da pseudociência. Mas essas discussões tornam o campo ainda mais fascinante – e impulsiona a ciência. Pesquisas sobre o que os físicos chamam de fundações quânticas não apenas ajudaram os cientistas a investigar os limites da mecânica quântica, mas também alimentavam o desenvolvimento de tecnologias como computadores quânticos e criptografia quântica. Esse trabalho pode, em última análise, apontar o caminho para uma teoria aprimorada que incorpora a gravidade – a única força fundamental da natureza para a qual a teoria quântica atualmente não pode explicar – e esclarece outros mistérios destacados da física.

Centenas de físicos em uma ilha remota: visitamos a festa quântica final

Em NaturezaA pesquisa, cerca de 75% dos pesquisadores pensaram que a teoria quântica será substituída, pelo menos em parte, por uma teoria mais completa. Para os experimentalistas como Alain Aspect, um físico da Universidade de Paris-Saclay que ganhou o Prêmio Nobel da Física de 2022 por explorar fenômenos quânticos, estudar fundações quânticas é uma maneira de avançar no campo. “Pensar em fundações nos permite, pelo menos me permite desenvolver imagens, e essas imagens são boas para minha intuição”, disse o aspecto em junho em uma conferência na ilha alemã de Heligoland, onde os cientistas se reuniram para celebrar 100 anos de mecânica quântica. Tais discussões estavam na vanguarda da conferência.

Os físicos estão progredindo na compreensão dos fundamentos da física quântica. Experimentos de pensamento, como os de Renato Renato e Daniela Frauchiger, Físicos teóricos do Instituto Federal de Tecnologia Suíça (ETH) em Zurique, na Suíça, colocaram limites sobre o que várias interpretações podem sugerir simultaneamente ser verdadeiras (D. Frauchiger e R. Renner Nature Commun. 93711; 2018). E experimentos com mate-mata-escura usando o experimento Xenonnt descartaram algumas das interpretações propostas que exigiriam modificar a equação de Schrödinger, que governa a evolução dos estados quânticos no tempo (E. Aprile et al. Pré -impressão em arxiv https://doi.org/pxg2; 2025). Mas a melhor forma de criar uma imagem menos confusa do mundo quântico? Uma maneira seria aprofundar o diálogo entre físicos e filósofos, sugere Alyssa Ney, filósofo da física da Universidade Ludwig Maximilian de Munique, na Alemanha. Isso melhoraria a compreensão da linguagem e suposições diferentes das interpretações quânticas.

Por que até os físicos ainda não entendem a teoria quântica 100 anos em

Uma das abordagens mais difundidas para entender a teoria quântica, conhecida como interpretação de Copenhague, começou em uma fusão das opiniões de dois dos fundadores do campo, Niels Bohr e Werner Heisenberg, que nem sempre concordaram. Sua abordagem – que assume que não é trabalho de uma teoria se preocupar com o que não é observável – funciona bem para os experimentalistas. Mas NaturezaA pesquisa sugere que encontra menos favor com aqueles que estudam os fundamentos filosóficos da teoria quântica. E poucos físicos aprendem que outras teorias-até aparentemente radicais, como a interpretação de muitos mundos, que propõe que existam vastos números de universos-também podem explicar as observações. “Quando você aprende a física quântica, de alguma forma você nunca é confrontado com a ideia de que existem interpretações diferentes”, diz Renner.

A curiosidade de aprender e explorar outras interpretações pode ajudar os cientistas a levar a física para a frente. Física e filosofia estão agora menos entrelaçadas do que nunca, mas elas precisam um do outro. Os professores da física de graduação devem adotar questões filosóficas, não apenas as práticas. Gnarly, se amável, discussões sobre o significado dos conceitos de palavras e física, do tipo que prosperou na conferência Heligoland, devem ser incentivadas.

Daqui a um século, os físicos quânticos ainda podem não concordar. Mas permanecer curioso sobre o que tudo isso significa que fornecerá ganhos além do consenso.