Uma ruga no tempo divide o mundo quântico da realidade cotidiana

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Quarta feira, 17 de junho de 2015
INSIDE SCIENCE NEWS SERVICE
Crédito da Imagem: Alan Cleaver via flickr | http://bit.ly/1G3bRzX
Informação sobre direitos autorais: http://bit.ly/NL51dk

A gravidade estica o tempo e limita os efeitos quânticos em escalas maiores.

Original (em inglês) por: Charles Q. Choi, Contribuidor

(Inside Science) — O mundo se torna um lugar nebuloso e surreal em seus níveis mais elementares, de acordo com a física quântica. Tem sido um mistério o motivo pelo qual os estranhos comportamentos quânticos não são observados nas escalas maiores do cotidiano. Agora pequisadores acreditam que o modo como a Terra distorce o tempo pode explicar essa divisão.

Uma das consequências desconcertantes da física quântica é que átomos e partículas subatômicas podem realmente existir em estados conhecidos como “superposições”, o que, por exemplo, significa que elas podem literalmente estar em dois ou mais lugares ao mesmo tempo, até que sejam “observadas” — ou seja, até que interajam com partículas em seu entorno de alguma forma. Este conceito é frequentemente ilustrado com uma analogia chamada de “Gato de Schrödinger“, no qual um gato está tanto vivo quanto morto, até que se verifique.

As superposições são extremamente frágeis. Uma vez que elas sejam perturbadas de alguma maneira, elas colapsam ou “perdem a coerência” para um único dos estados possíveis. Sendo assim, elas frequentemente envolvem apenas um máximo de umas poucas partículas — quanto maior for um objeto em estados superpostos, mais difícil será mantê-lo sem perturbações. No entanto, em qual escala termina o reino da física quântica e começa o da física clássica, e, mais ainda, por que existe esta fronteira, ainda é um mistério.

Agora pesquisadores sugerem que a teoria de espaço-tempo de Einstein pode ajudar essa mudança de física quântica para clássica, Os cientistas detalharam suas descobertas na edição online de 15 de junho da Nature Physics.

Há um século, a Teoria da Relatividade de Einstein explicou que a graviade decorre da curvatura do espaço-tempo provocada pela massa. Se visualizarmos várias bolas sobre uma folha de borracha, quanto mais massiva for uma bola, mais ela afunda a borracha e puxa as outras bolas para perto.

Uma consequência curiosa da Teoria da Relatividade é a dilatação do tempo, ou seja: o tempo passa mais devagar quanto mais próximo estivermos de um objeto massivo. Embora esse efeito na Terra seja pequeno, ainda é mensurável. “Se você vive no andar de cima de uma casa de dois andares, você vai envelhecer mais rápido que seu vizinho do térreo em cerca de 10 nanosegundos a cada ano”, diz o físico quântico Igor Pikovski do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. “Esse minúsculo efeito foi realmente confirmado em várias experiências com relógios muito precisos”.

Pikovski e seus colegas calcularam que, uma vez que os pequenos blocos de construção que compõem objetos maiores – tais como moléculas e, eventualmente, micróbios e partículas de poeira – se agrupem para formar tais objetos maiores, a dilatação do tempo experimentada no campor gravitacional da superfície da Terra pode suprimir as superposições. “Foi muito entusiasmante descobrir que a dilatação do tempo de Einstein pode ter influência”, declarou Pikovski.

A energia de um objeto o faz vibrar. De acordo com as leis da física quântica, quando um objeto está em superposição, todas as partes dele vibram em sincronia. No entando, a dilatação do tempo fará com que partes deste objeto que estejam em altitudes ligeiramente maiores, vibrem em frequências diferentes daqueles em menor altitude, da mesma forma como seu vizinho do andar de baixo vai envelhecer mais devagar que você. Quanto maior for a diferença de altutude entre as partes, maior será a defasagem. Para qualquer objeto suficientemente grande, essa defasagem será capaz de romper todas as superposições.

“Acho encantador ver novas ideias sobre a influência da gravidade em objetos quânticos” declarou o físico experimentar Holger Müller da Universidade da Califórnia em Berkeley, que não participou da pesquisa.

Para provar que este efeito ocorre, os cientistas precisam criar grandes objetos superpostos nos quais tenham suprimido todas as outras possíveis fontes de decoerência, tais como calor. Se a dilatação do tempo pode fazr colapsar as superposições, o limite de tamanho de um objeto superposto na Terra deve ser de cerca de um milímetro.

Müller declarou que a criação de um objeto superposto tão grande é pouqíssimo provável, uma vez que existem várias fontes potenciais para a decoerência, além da dilatação do tempo.

Pikovski foi mais otimístico: “Em princípio, deve ser possível superar essas limitações”, argumentou ele. “É apenas uma questão de tecnologia”. Ele sublinhou o fato de que, graças aos avanços tencológicos na criação de objetos em superposiçãos, os cientistas agora podem criar superposições em objetos do tamanho de milhares de átomos.

Tais descobertas sugerem que, fora do campo gravitacional da Terra, os cientistas sejam capazes de encontrar supeposições em objetos até maiores do que um milímetor, “Até agora, não encontramos nenhuma boa razão para crer que a teoria quântica seja quebrada”, afirma Pikovski.


Charles Q. Choi é um escritor de ciências freelance da cidade de Nova York que já escreveu artigos para The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature e várias outras publicações. Ele tuíta em @cqchoi.


Nota do Tradutor

Estou “vendendo o peixe pelo preço que comprei”. Em outras palavras, por mais fascinante que a “explicação” proposta seja, eu vejo com muita reserva um efeito de dilatação temporal relativística na escala quântica, já que até o efeito da atração gravitacional é imperceptível nessa escala.

Gotículas líquidas dão pistas sobre comportamentos quânticos

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Traduzido de: Liquid Droplets Reveal Clues To Quantum Behavior

Uma gota de fluido, ao atingir a superfície de um banho fluido, produz ondas que, por sua vez, impelem a gotícula ao longo do banho. Crédito da imagem: Dan Harris (licença de uso da Creative Commons)

Uma experiência que pode revelar os detalhes de pequena escala do universo.

Original publicado em: 2 de agosto de 2013
Por: Charles Q. Choi, Contribudor do ISNS 
(ISNS) — Depois que uma gotícula cai em um recipiente de fluido sob vibração, o que ela faz a seguir pode ajudar a resolver mistérios fundamentais da física quântica. Agora os cientistas mapearam o comportamento dessas gotículas em maior detalhe do que jamais conseguido e descobriram que elas podem se mover de novos jeitos.
Se um recipiente de fluido vibrar com pouca intensidade, a gotícula que cai nele simplesmente desaparece no líquido. No entanto, se a vibração tiver a vibração exata, a gotícula pode quicar no mesmo lugar ou mesmo percorrer a superfície do fluido. Ela pode até se comportar de modo ainda mais bizarro. Dependendo de como o líquido for agitado, ela pode mudar regularmente o tamanho de seus saltos, ou ziguezaguear de maneira imprevisível.
Cada vez mais os cientistas descobrem que o comportamento desconcertante dessas gotículas peripatéticas imita estranhos efeitos que só foram observados anteriormente em nível microscópico no domínio quântico, onde os objetos podem aparentemente existir em dois ou mais lugares ao mesmo tempo, ou girar em duas direções opostas simultaneamente.
Por exemplo, uma das famosas descobertas da física quântica é que as partículas, que seria de se esperar que agissem como bolas de bilhar, podem se comportar como ondas que se poderia observar em um laguinho. Se uma onda que viaja na superfície da água, encontrar uma barreira com duas fendas, é possível que, do outro lado da barreira, surjam duas ondas, criando uma série de ondulações conhecidas como um padrão de interferência. Elétrons e outras partículas quânticas que atinjam uma tela com dois orifícios nela, vão gerar padrões de interferência semelhantes, se comportando essencialmente tanto como uma partícula, como uma onda em diferentes partes de seu caminho.
Acontece que as ondulações geradas por uma gotícula, quando elas passam por fendas em barreiras submersas em um recipiente de fluido sob vibração, recriam o mesmo padrão de ondas. “De uma certa forma ela se comporta como uma partícula, de outra forma, como uma onda”, declara o pesquisador John Bush, um professor de matemática aplicada e dinâmica de fluidos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology = MIT).
O jeito com o qual essas gotículas se comportam corresponde a uma tentativa, por muito tempo negligenciada, para explicar o comportamento ondulatório das partículas quânticas. Nos primórdios da física quântica, o físico francês Louis de Broglie sugeriu que as partículas quânticas eram transportadas por ondas-guia de algum tipo, tal como uma boia o é pela maré. Mas como não foi descoberto qualquer exemplo físico para a assim chamada teoria da onda-guia, ela foi quase inteiramente abandonada — até o aparecimento dessas gotículas saltitantes e fluidos sob vibração, descobertos em 2005 pelo físico francês Yves Couder, o primeiro exemplo real da teoria da onda-guia, desde sua proposição, há mais de 80 anos, segundo Bush.
Estas recentes descobertas podem reacender a questão sobre se existe um fundamento secreto para a física quântica. Sistemas de ondas-guia são caóticos, assim como os sistemas meteorológicos – eles são sensíveis a perturbações de uma forma que pode fazê-los se comportarem de maneira probabilística, igual às partículas quânticas.
“Se os sistemas de ondas-guia puder reproduzir os mistérios da mecânica quântica com uma dinâmica observável, existe a possibilidade de que eles possam fornecer pistas sobre como a dinâmica pode funcionar na escala quântica”, declara Bush.
Agora Bush e seus colegas realizaram a análise mais detalhada até hoje de como as gotículas quicam e caminham em fluidos vibrantes. Eles também descobriram, inesperadamente, um novo tipo exótico de gotícula caminhante: aquelas com um passo variável, onde as velocidades com as quais quicam para cima e para baixo.
Os cientistas exploraram como gotículas de diferentes tamanhos e viscosidades – seu nível de resistência ao fluxo – se comportavam em fluido vibrado em frequências variantes. O dispositivo experimental compreendia um prato circular, cheio de óleo de silicone, agitado na vertical por um vibrador industrial. As gotículas, com tamanhos variando de 400 a 1000 mícrons — ou seja, de 4 a 10 vezes o tamanho médio de um cabelo humano — foram criadas mergulhando-se rapidamente uma agulha no fluido. E câmeras de alta velocidade ajudaram a medir o tamanho das gotículas e registrar seu comportamento.
“As experiências eram extremamente delicadas, sensíveis a vibrações de origem externa”, comenta Bush. “Nós temíamos os efeitos da passagem dos trens do metrô”.
Ainda é algo incerto o que as descobertas dos pesquisadores podem revelar, embora os resultados estejam encorpando os modelos teóricos que Bush e seus colegas desenvolveram para descrever o comportamento dessas gotículas. Seus trabalhos podem melhorar as chances de descobrir análogos líquidos ao domínio quântico, segundo Bush. As descobertas de suas recentes pesquisas foram detalhadas em um trio de artigos a serem publicados em agosto, dois deles em Journal of Fluid Mechanics  e o terceiro em Physics of Fluids.
“Agora dispomos de todo um novo enfoque para o problema de descrever o domínio quântico”, declarou o físico teórico Antony Valentini da Universidade Clemson na Carolina do Sul, que não participou deste estudo.
“Esses modelos analógicos certamente vão sugerir novas ideias teóricas, assim como nos inspirar a repensar as ideias originais de de Broglie dos anos 1920. Os modelos provavelmente também vão sugerir novas maneiras de resolver a mecânica quântica, assim como o quanto a teoria quântica pode ser modificada”.

Charles Q. Choi é um escritor de ciências freelance da Cidade de Nova York, que já escreveu para o The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature  e várias outras publicações.

Não seja enganado por baboseiras quânticas

Eu sou místico. Eu acredito em magia, em espíritos e em outras coisas absurdas. A meu favor, só posso dizer que não faço a menor ideia do porquê isso funciona; apenas acho que funciona. Se isso é uma prova de que meu raciocínio é tendencioso e baseado em auto-sugestão, problema meu… E, diga-se de passagem, não faço proselitismo de minhas crenças porque acho que isso é uma questão de convicção pessoal.

Este post foi motivado por uma dessas asneiras pseudo-científicas que, infelizmente, vêm sendo repetidamente utilizadas por gente que ouviu cantar um galo, mas não sabe onde, e – o que é mais deplorável ainda – gente que por sua própria formação acadêmica, deveria ter mais cuidado em não tentar impingir suas crenças não fundamentadas com argumentos fantasiosos baseados em sua lamentável ignorância de outro ramo das ciências que não é o seu.

A asneira em particular foi uma argumentação em defesa da homeopatia, publicada na Scientific American, Edição Brasileira (e já fartamente repudiada pela editoria da Scientific American, Matriz). A passagem é esta:

A homeopatia é conhecida como tratamento alternativo para os seres humanos, mas poucos conhecem sua utilização em animais, plantas, solo e águas. Essa técnica é alvo de críticas quanto aos resultados e eficácia. Uma delas diz respeito ao “efeito placebo” de seus remédios, que não contêm nenhum traço da matéria-prima utilizada em sua confecção. Para responder a essa abordagem é necessário um esclarecimento: a homeopatia não se relaciona com a química, mas com a física quântica, pois trabalha com energia, não com elementos químicos que podem ser qualificados e quantificados. (o grifo é meu. JC)

Essa “pérola” é atribuída a “Nina Ximenes, bióloga, […] pós-graduada em educação ambiental” e foi publicada na página 17 da edição brasileira de abril de 2012 da Scientific American. E – faça-se justiça – já foi publicamente repudiada pela Editora-Chefe da Scientific American, Matriz, Mariette DiChristina. É profundamente lamentável que o senhor Ulisses Capozolli, Editor-chefe da edição brasileira da SciAm, tenha “cochilado” e dado o respaldo de uma revista científica respeitada a tamanho non-sequitur.

Então, vamos ao que realmente interessa. Que diabos é essa tal “física quântica”?

O nome já começa por ser infeliz e induzir ao erro. O conceito de quanta (singular: quantum) de energia surgiu com as experiências de Max Planck sobre a energia que corpos aquecidos emitem. Ele descobriu (vou poupá-los dos detalhes técnicos) que a energia era sempre absorvida e emitida em “pacotes discretos”. Se você bombardeasse um alvo com luz de um determinado comprimento de onda, obteria uma radiação com outro comprimento de onda; sempre os mesmos. Se você aumentasse a intensidade da luz, produziria mais radiação, mas sempre com o mesmo comprimento de onda, não com um comprimento de onda maior. Da velha nomenclatura da química (especialmente a bioquímica) veio o termo quantum (= quantidade).

Disso, se deduziu (e, posteriormente, se comprovou fartamente) que no nível subatômico, a energia é absorvida e emitida sempre nesses “pacotes”; sem valores intermediários.

Parece algo sem paralelo em nosso mundo “macro” cotidiano, né?… Nem tanto… Pense na gravidade da Terra; para um objeto se livrar da atração da gravidade terrestre e ser lançado ao espaço (se você pensou em satélites e naves espaciais, acertou!) é preciso que ele alcance uma velocidade de escape de 11,2 km/s. Uma velocidade ligeiramente menor e o objeto cai de volta; se a velocidade for ligeiramente maior, tanto faz: o objeto escapa da atração da Terra.

Isso independe da massa do objeto; a velocidade de escape é sempre a mesma. É claro que, para que um objeto com maior massa (“mais pesado”), você vai precisar de uma energia total bem maior para obter a mesma velocidade de escape.

Nas interações entre as partículas que compõem os átomos, assim como entre os átomos que compõem uma molécula e da mesma forma entre átomos de moléculas próximas (e é isso que chamamos de “química”), tudo é feito com base nessas quantidades mínimas de energia (ou quanta), de modo que qualquer “pacote” de energia pode ser tratado como uma “partícula”.

E os físicos chegaram à conclusão (após longos e tediosos estudos) que só existem quatro tipos de interações entre as partículas subatômicas: as conhecidas gravitacionais e eletromagnéticas, que se manifestam claramente neste universo “macro” onde vivemos, e duas que só funcionam no âmbito restrito dos átomos e principalmente seus núcleos: a forte e a fraca. A fraca tem alguma semelhança com a eletromagnética, só que as partículas portadoras dessa força têm massa e, portanto, não chegam muito longe: não saem de dentro do diâmetro de um núcleo atômico dos pequenos… E a forte ganhou esse nome porque é muito mais forte do que a repulsão eletromagnética e consegue manter juntas duas partículas de cargas iguais (e ainda bem que ela existe, senão este universo nem existiria).

O grande problema em estudar o comportamento das “coisas” no “mundo subatômico” é que o simples ato de observar uma partícula altera essa partícula. Quer um paralelo ‘macro”?… Pense em uma pilha de pratos – uma meia dúzia deles – onde só um tem uma marca no centro (e você não pode olhar por cima da pilha). Para saber qual deles é o prato marcado, você tem que tirar os pratos que estão por cima e, quando chegar no prato marcado, ele já não será mais um “prato no meio da pilha”. Para uma partícula subatômica, seu “lugar na pilha” é extremamente importante (acredite em mim… senão a gente não chega ao fim da estória).

Para agravar o problema citado acima, é extremamente difícil (para não dizer “impossível”) obter algo como  “um único fóton” (“fóton” é a partícula de força eletromagnética, da qual a luz visível é apenas uma faixa extremamente estreita – mas guarde isto: todo e qualquer fóton se move à “velocidade da luz”, o “limite de velocidade” no universo) e – como se isso não bastasse – qualquer “partícula”, enquanto não produzir um efeito mensurável, é uma “onda” e se comporta como tal. Quer outra analogia “macro”?… Uma onda do mar que bate contra uma parede de cais. Se você dotar a parde de sensores que meçam a força exercida por cada onda que bate nela, você pode calcular a quantidade de água (e coisas dissolvidas nela) e a velocidade de cada onda (e eis sua “partícula” de mar…)

E mais uma coisa que confunde os “leigos”: isso tudo acontece no “mundo subatômico” em uma velocidade inimaginável e em quantidades de perder o fôlego. Lembra da onda do mar que eu fiz bater no cais no parágrafo acima?… Sabe como se dá esse “choque”?… Interação eletromagnética! Cada um dos elétrons dos átomos de água (e coisas dissolvidas nela) interage com os elétrons dos átomos dos materiais que compõem a parede, trocando “brazilhões” de “fótons virtuais” a cada “pentelhésimo” de segundo, e se repelem!

OK! E o que isso tem a ver com a homeopatia e os remédios em geral?

Exatamente o que você já pensou: nada! As reações químicas são uma “manifestação” da velha força eletromagnética que junta os átomos em moléculas, com os núcleos positivos atraindo os elétrons negativos dos outros átomos e estes puxam o núcleo do átomo “roubado” mais para perto do átomo “ladrão” de elétrons. E, se surgir uma molécula com capacidade de atrair mais o átomo “ladrão”, ou o átomo “roubado”, ela “rouba” o lugar da outra e cria uma (ou mais) moléculas novas, Isso é uma “reação química”.

Enquanto isso, as interações nucleares fortes e fracas continuam a acontecer dentro dos núcleos dos átomos – “brazilhões” de vezes por fração de segundo – e isso não muda chongas na reação química! 

Para você ter o efeito de um átomo de flúor – o elemento químico mais reativo que se conhece – você precisa da presença de um bendito átomo de flúor! Se o átomo de flúor for reagir em outra freguesia, a molécula abandonada passa a se comportar como se ele nunca tivesse estado lá! E, se você tiver “brazilhões” de átomos de, por exemplo, hidrogênio e um só átomo de flúor, só vai conseguir uma única molécula de ácido fluorídrico, coisa que, em um organismo vivo, não faz a menor diferença.

Já perceberam onde eu quero chegar, né?.. Quanto maior a diluição, menor o efeito, até não haver efeito algum.

E a física quântica não pode fazer nada a respeito, porque ela continua agindo da mesmíssima forma por todo o universo conhecido e nem por isso você é capaz de atravessar uma porta fechada – embora um nêutron seja capaz de escapar de repente de um núcleo atômico (“Radiatividade”).

Então, quando vierem com um papo furado de querer explicar magia, homeopatia, reiki, passes do caboclo ou as preces da rezadeira com a “física quântica”, caia fora!

Como eu disse lá em cima, eu acredito em magia… mas sei que a física não tem coisa alguma a ver!

 

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