Teoria quântica que diz que duas realidades podem coexistir é comprovada em experimento

A física quântica, como sabemos, é um reino totalmente diferente e estranho da física. Lá, coisas estranhas e inimagináveis no nível normal da física acontecem, como o entrelaçamento quântico e outros fenômenos. E por incrível que pareça, as coisas acabaram de ficar mais estranhas. Um experimento acaba de comprovar uma questão que tem intrigado os cientistas que estudam este campo da física há anos: será que duas versões da realidade podem existir ao mesmo tempo? Os físicos dizem que a resposta para essa pergunta é afirmativa – pelo menos no mundo quântico.

O experimento colocou em prática uma teoria: dois indivíduos observando o mesmo fóton poderiam chegar a diferentes conclusões sobre o estado desse fóton – e, no entanto, ambas as suas observações estariam corretas. Pela primeira vez, os cientistas replicaram as condições descritas neste experimento mental. Seus resultados, publicados em 13 de fevereiro, confirmaram que, mesmo quando os observadores descreviam estados diferentes no mesmo fóton, as duas realidades conflitantes poderiam ser ambas verdadeiras.

“Você pode verificar as duas”, confirma Martin Ringbauer, um dos co-autores do estudo e pesquisador de pós-doutorado do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbrück, na Áustria.

Mas Como Isso é Possível?

A ideia desconcertante de duas realidades coexistindo é de Eugene Wigner, vencedor do Prêmio Nobel de Física em 1963. Em 1961, Wigner introduziu um experimento mental que ficou conhecido como “amigo de Wigner”. Começa com um fóton – uma partícula de luz. Quando um observador em um laboratório isolado mede o fóton, ele descobre que a polarização da partícula – o eixo no qual ela gira – é vertical ou horizontal. Entretanto, antes que o fóton seja medido, ele exibe as duas polarizações de uma só vez, conforme ditado pelas leis da mecânica quântica; ele existe em uma “superposição” de dois estados possíveis.

Uma vez que a pessoa no laboratório mede o fóton, a partícula assume uma polarização fixa. Mas para alguém de fora daquele laboratório fechado que não conhece o resultado das medições, o fóton não medido ainda está em estado de superposição. A observação desta pessoa de fora e, portanto, sua realidade, divergem da realidade da pessoa no laboratório que mediu o fóton. No entanto, nenhuma dessas observações conflitantes é considerada errada, de acordo com a mecânica quântica.

Estados Alterados

Durante décadas, esta proposta bizarra de Wigner foi apenas uma interessante experiência mental. Mas nos últimos anos, avanços importantes na física finalmente permitiram que especialistas colocassem a proposta de Wigner à prova. “Os avanços teóricos foram necessários para formular o problema de uma maneira testável. Então, o lado experimental precisou de desenvolvimentos no controle de sistemas quânticos para implementar algo assim”, explica Ringbauer ao portal Live Science.

Ringbauer e seus colegas testaram a ideia original de Wigner com um experimento ainda mais rigoroso que duplicou o cenário. Eles designaram dois “laboratórios” onde os experimentos aconteceriam e introduziram dois pares de fótons emaranhados, o que significa que seus destinos estavam interligados, de modo que saber o estado de um automaticamente informa o estado do outro. Os fótons da configuração eram reais. Quatro “pessoas” no cenário, chamadas de “Alice”, “Bob” e um “amigo” de cada um, não eram reais, mas representavam observadores do experimento.

Os dois amigos de Alice e Bob, que estavam localizados “dentro” de cada um dos laboratórios, mediam um fóton em um par entrelaçado. Isso quebrou o emaranhamento e colapsou a superposição, o que significa que o fóton medido existia em um estado definido de polarização. Eles gravaram os resultados em memória quântica – copiados na polarização do segundo fóton.

Alice e Bob, que estavam “fora” dos laboratórios fechados, foram então apresentados a duas escolhas para realizar suas próprias observações. Eles podiam medir os resultados de seus amigos armazenados na memória quântica e, assim, chegar às mesmas conclusões sobre os fótons polarizados, mas também poderiam conduzir sua própria experiência entre os fótons emaranhados.

Neste experimento, conhecido como experimento de interferência, se os fótons atuam como ondas e ainda existem em uma superposição de estados, Alice e Bob veriam um padrão característico de franjas claras e escuras, onde os picos e vales das ondas de luz adicionam ou cancelam uma à outra. Se as partículas já tivessem “escolhido” seu estado, eles veriam um padrão diferente do que se elas não tivessem. Wigner havia proposto previamente que isso revelaria que os fótons ainda estavam em um estado emaranhado.

Os autores do novo estudo descobriram que, mesmo em seu cenário duplicado, os resultados descritos por Wigner eram válidos. Alice e Bob puderam chegar a conclusões sobre os fótons que eram corretas e prováveis e que ainda diferiam das observações de seus amigos – que também eram corretas e prováveis, de acordo com o estudo.

Outras Regras

A mecânica quântica descreve como o mundo funciona em uma escala tão pequena que as regras normais da física não se aplicam mais. Segundo Ringbauer, especialistas que estudam o campo já ofereceram inúmeras interpretações do que isso significa durante várias décadas. No entanto, se as medidas em si não são absolutas – como essas novas descobertas sugerem – isso desafia o próprio significado da mecânica quântica.

“Parece que, em contraste com a física clássica, os resultados das medições não podem ser considerados verdade absoluta, mas devem ser entendidos em relação ao observador que realizou a medição. As histórias que contamos sobre mecânica quântica têm que se adaptar a isso”, diz ele ao Live Science. “O método científico baseia-se em fatos, estabelecidos através de medições repetidas e acordados universalmente, independentemente de quem os observou.

Na mecânica quântica, a objetividade das observações não é tão clara”, diz Maximiliano Proietti, outro dos co-autores do estudo, no artigo publicado no jornal pré-impresso AirXiv.

É como se a máxima “ver para crer” não fosse suficiente para este bizarro e sensacional campo da física.

LivesCience