Físico(a) de Sexta 2

A F√≠sica dessa semana n√£o √© exatamente F√≠sica. √Č na verdade uma Matem√°tica, mas¬† que deu uma contribui√ß√£o t√£o importante para a F√≠sica que eu n√£o poderia deixar de coloc√°-la aqui (e tamb√©m porque a Marie Curie seria muito f√°cil de adivinhar =P).

Dica:
[1] Conservação.

Ent√£o? Quem √© essa “F√≠sica”?

Resposta:

A “F√≠sica” de Sexta √© Amalie Emmy N√∂ther. Ponto para o Jo√£o Carlos que acertou na primeira hora de sexta-feira (E eu aqui achando que seria dif√≠cil… esperem s√≥ pelo pr√≥ximo…).

O trabalho de N√∂ther √© important√≠ssimo (men√ß√£o honrosa aqui ao “MacAllister” por t√™-lo citado). O Teorema de N√∂ther mostra (em termos simples) que se as leis da F√≠sica obedecem determinada simetria, h√° algum tipo de quantidade associada, que pode ser calculada, que deve se conservar. Por exemplo:

A simetria por translação no tempo leva à conservação da Energia.

A simetria por translação no espaço, ou homogeneidade do espaço, leva à conservação do Momentum Linear (ou Quantidade de Movimento).

E a simetria com relação à orientação no espaço, ou isotropia do espaço, leva à conservação do Momentum Angular.

O Amigo de Wigner

Falemos um pouco mais dos problemas de quando e onde se d√° a separa√ß√£o entre o mundo cl√°ssico e o qu√Ęntico. Vou usar um pouco de termos t√©cnicos e express√Ķes matem√°ticas que n√£o devem comprometer o entendimento geral. Espero n√£o cometer erros muito graves, mas corre√ß√£o de qualquer erro √© bem-vinda.

Se voc√™ est√° lendo esse artigo pelo feed, as equa√ß√Ķes podem n√£o aparecer corretamente. Acesse a p√°gina que tudo fica normal.

Pense no seguinte experimento:

Suponha que temos uma part√≠cula qu√Ęntica num estado Ōą. O equipamento de medi√ß√£o pode assumir dois auto-estados¬†ŌÜ1 e ŌÜ2. Podemos escrever o estado da part√≠cula em fun√ß√£o dos auto-estados do equipamento de medi√ß√£o como:

|\psi \rangle = \langle\varphi_{1}|\psi\: \rangle |\varphi_{1} \rangle + \langle\varphi_{2}|\psi\: \rangle|\varphi_{2} \rangle

onde:

\langle\varphi_{1}|\psi\: \rangle e \langle\varphi_{1}|\psi\: \rangle

s√£o as proje√ß√Ķes do estado Ōą nos auto-estados ŌÜ1 e ŌÜ2 respectivamente. Vamos considerar que a detec√ß√£o de qualquer um dos dois auto-estados √© igualmente prov√°vel, portanto:

{\parallel\langle\varphi_{1}|\psi\: \rangle\parallel}^2 = {\parallel\langle\varphi_{2}|\psi\: \rangle\parallel}^2 = \frac{1}{2}

Ent√£o:

|\psi \rangle = \frac{1}{\sqrt{2}} (|\varphi_{1} \rangle + |\varphi_{2} \rangle)

Suponhamos agora que quando o estado ŌÜ1 √© medido, o equipamento pisca uma l√Ęmpada. Isso n√£o acontece quando o estado ŌÜ2 √© medido. Chamaremos de ŌĀ1 o estado da l√Ęmpada acesa e ŌĀ2 o estado da l√Ęmpada apagada. Considerando a l√Ęmpada como parte do sistema, o estado total Ōą’ do sistema pode ser escrito como:

|\psi` \rangle = \frac{1}{\sqrt{2}} (|\varphi_{1} \rangle|\varrho_{1} \rangle + |\varphi_{2} \rangle|\varrho_{2} \rangle)

Se o equipamento est√° numa sala fechada, temos um caso an√°logo ao do Gato de Schr√∂dinger. Sem, claro, o risco de ter seu laborat√≥rio invadido por defensores dos direitos dos animais. O estado de √≠ndice 1 √© equivalente ao “N√ļcleo Deca√≠do + Gato Morto” e o estado de √≠ndice 2 √© equivalente ao “N√ļcleo N√£o-deca√≠do + Gato Vivo”. Diferentemente da experi√™ncia com o felino, voc√™ QUER saber se a l√Ęmpada acende ou n√£o, e basta esperar um pouco para verificar em qual estado o sistema ser√° medido.

Primeiramente, voc√™ entra na sala e p√Ķe o equipamento para funcionar. No entanto, voc√™ recebe um chamado da natureza e precisa se ausentar. Voc√™ n√£o quer perder nem um instante do experimento e pede para um amigo acompanhar o funcionamento do equipamento.

Depois de enviar aquele FAX, voc√™ volta √† sala e pergunta a seu amigo se a l√Ęmpada se acendeu.

Antes que ele responda, você pensa no seguinte. Será que seu amigo faz parte do equipamento de medição? Se sim, poderíamos escrever o estado total como:

|\psi'' \rangle = \frac{1}{\sqrt{2}} (|\varphi_{1} \rangle|\varrho_{1} \rangle |\textrm{s} \rangle + |\varphi_{2} \rangle|\varrho_{2} \rangle |\textrm{n}\rangle)

Onde “s” significa que seu amigo pode responder sim e “n” significa que ele pode responder n√£o.

Suponhamos que a resposta de seu amigo seja afirmativa. Neste instante, o estado Ōą” colapsou para o estado da resposta afirmativa, que significa que a l√Ęmpada se acendeu e que o equipamento mediu o estado ŌÜ1 da part√≠cula. N√£o parece um pouco estranho que o estado mental do seu amigo estivesse numa superposi√ß√£o de “sim” e “n√£o” antes que voc√™ perguntasse? Ele j√° deveria ter decidido se a l√Ęmpada acendeu, ou n√£o, bem antes de voc√™ perguntar. Voc√™ conclui que o estado Ōą” n√£o √©, portanto, apropriado para a descri√ß√£o do sistema.

E se substitu√≠ssemos seu amigo por um sistema composto por um √ļnico √°tomo que absorvesse a luz emitida pela l√Ęmpada? A descri√ß√£o correta do sistema total seria equivalente ao estado Ōą” e ningu√©m acharia estranho que √°tomo estivesse numa superposi√ß√£o de estados.

O problema acima foi proposto, com algumas diferenças, por Eugene Wigner, na década de 60, e recebe o nome de O Amigo de Wigner. Wigner conclui, para evitar a conclusão da superposição dos estado mentais, que o primeiro observador consciente, no caso seu amigo, que entrasse em contato com o sistema deveria causar o colapso do estado.

Errr… bizarro?

Colocar o observador consciente num lugar especial no universo n√£o parece um pouco estranho? Bom, inicialmente n√£o. Essa √© uma interpreta√ß√£o para o “colapso da fun√ß√£o de onda” t√£o v√°lida quando qualquer outra.

O problema vem das conseq√ľ√™ncias adversas de aceitarmos tal interpreta√ß√£o. O “mundo macrosc√≥pico” n√£o exibe superposi√ß√£o de estados. Ser√° que, antes do surgimento no primeiro ser consciente, todo o Universo estava em um estado superposto? Gente MUCHOLOKA n√£o s√≥ afirma que sim, como tamb√©m afirma ser isso uma prova da exist√™ncia de uma consci√™ncia superior, a.k.a. um deus, que fez “colapsar a fun√ß√£o de onda do universo”.

Ora, primeiramente, o Amigo de Wigner n√£o √© prova de coisa alguma. √Č um interpreta√ß√£o para o colapso da fun√ß√£o de onda, e como j√° disse, v√°lida como qualquer outra. Escolha a interpreta√ß√£o que te satisfaz e seja feliz. Elevar isso √† condi√ß√£o de prova da exist√™ncia de deus √©, no m√≠nimo, apressado. Ser√° que as pessoas que aceitam essa prova, num eventual abandono da Mec√Ęnica Qu√Ęntica em favor de uma teoria que n√£o precisa do colapso da fun√ß√£o de onda, abandonariam a id√©ia de deus?

Outros MUCHOLOKOS afirmam: Ora, se é o observador consciente que causa o colapso da função de onda, é o observador consciente que escolhe o resultado do colapso pela sua vontade. Então se você ficar preso num maldito engarrafamento é por que você assim escolheu. Qualquer coisa é possível, basta querer.

Isso n√£o √© de forma nenhuma uma conclus√£o do Amigo de Wigner. Mesmo que seja o Amigo que colapse o estado do sistema, ele s√≥ pode ser colapsado para os estados poss√≠veis, no caso ŌÜ1 e ŌÜ2. Nenhum observador, por mais consciente que seja, ser√° capaz de obter um estado que n√£o seja um desses. Ali√°s, n√£o √© poss√≠vel que o observador sequer escolha O resultado entre os poss√≠veis. N√£o parece um “Segredo” t√£o poderoso olhando desse √Ęngulo, n√£o √©?

Físico(a) de Sexta

Seguindo, ou imitando, os vizinhos lablogueiros, trago um evento semanal. Toda sexta colocarei a foto de um(a) Físico(a) famoso(a) para meus queridos leitores (se é que vocês existem, hehe) adivinharem. Eis o primeiro:

Dicas:

[1]: Não, não é o Arnaldo Antunes.

[2]: Nenhuma palavra é dele.

Ent√£o? Quem √© esse poke… digo… F√≠sico?

Resposta:

O F√≠sico de Sexta √© Lev Landau. Parab√©ns ao Brudna pelo acerto (ele falou errado de primeira, mas como n√£o falei nada sobre mais de uma tentativa… essa regra fica para a pr√≥xima vez, hehe).

Landau foi um F√≠sico fenomenal. N√£o importa a √°rea da F√≠sica que voc√™ escolha, voc√™ VAI encontrar “alguma coisa de Landau” sendo usada nela. Seus trabalhos sobre a superfluidez do H√©lio l√≠quido lhe renderam o Nobel em 1962.

Sobre a dica n√ļmero dois: Landau escreveu v√°rios livros-texto sobre diversos campos da F√≠sica em parceria com Eugene Lifshitz. Diz-se que Landau teria dito certa vez: “Nenhuma palavra √© minha, nenhuma id√©ia √© dele”. Um pouco pretensioso demais? Talvez. Mas qual F√≠sico n√£o √©?

Acidente em Experimento Mental deixa mortos e feridos

Certa vez, uma amiga andava pelos corredores da universidade quando furtou o seguinte fragmento de conversa entre dois outros alunos de engenharia que andavam mais a frente:

“(…) √Č s√©rio, cara. Eles pegam um gato, p√Ķem numa caixa, p√Ķem o veneno dentro e fecham. (…)”

Talvez nosso engenheiro ficasse bastante decepcionado em saber que, para alívio dos felinos,  toda essa história de gatos, caixas e venenos, chamada de Gato de Schrödinger, não é nada mais que um experimento mental (Thougth Experiment ou Gedankenexperiment).

O experimento é o seguinte:

Imagine que dentro de uma caixa são colocados um Gato e um compartimento de veneno. O compartimento é equipado com um sistema de acionamento a partir da detecção do decaimento de uma pequena amostra de átomos radioativos. A cada meia-vida de um átomo radioativo, ele tem 50% de chance de decair, emitindo alguma partícula que acionará um dispositivo que quebra o compartimento de veneno, matando o gato.

Fechemos a caixa. Após uma meia-vida, o gato estará vivo ou morto? Vivo E Morto?

Troquemos o gato por um Volt√≠metro ligado a algum amplificador de sinal. Quando o n√ļcleo decai e uma part√≠cula atinge o detector, o Volt√≠metro ligado ao circuito marca 2 Volts. Quanto o volt√≠metro marcar√° ap√≥s uma meia vida? Zero Volts ou 2 Volts? Zero Volts E 2 Volts?

N√£o faz sentido dizer que o gato est√° vivo E morto, assim como n√£o faz sentido dizer que um volt√≠metro marca zero Volts E 2 Volts. Um gato, ou um volt√≠metro, √© um objeto macrosc√≥pico e n√£o est√° sujeito √†s bizarrices qu√Ęnticas como a superposi√ß√£o de estados, certo?

Esse √© justamente o problema. O “estado” do Gato est√° intimamente ligado ao estado do √°tomo que decair√° ou n√£o. Isso faz o Gato ter tamb√©m comportamento qu√Ęntico? Onde se d√° a separa√ß√£o em um sistema qu√Ęntico e outro cl√°ssico? Essas s√£o quest√Ķes que ocupam os F√≠sicos desde a cria√ß√£o da Mec√Ęnica Qu√Ęntica e est√£o longe de serem resolvidas.

O que não impede que muitos apressadinhos MUCHOLOKOS queiram concluir que é o observador consciente e de preferência humano que cria a realidade ao abrir a caixa de acordo com sua vontade. Malditos pós-modernistas franceses.

Muitos outros experimentos mentais acabam passando por reais com o descuido dos textos de livros did√°ticos e de divulga√ß√£o, e a F√≠sica acaba ainda mais mistificada. Nosso engenheiro foi apenas mais uma prov√°vel v√≠tima. Assim como muitos livros ainda hoje dizem como Galileu lan√ßou de cima da Torre de Pisa objetos para refutar a gravidade aristot√©lica, fico imaginando daqui alguns anos os livros trazendo informa√ß√Ķes de como os F√≠sicos do s√©culo XX maltratavam os pobres gatinhos para construir o motor de improbabilidade infinita.

Einstein e Eddington

O Astr√īnomo Ingl√™s Arthur Eddington foi um dos grandes respons√°veis por espalhar a Teoria da Relatividade Geral de Einstein para o ocidente. Os primeiros artigos foram publicados na Alemanha em 1915, em meio aos conflitos da Primeira Guerra Mundial, e se n√£o fosse pelo apoio de Eddington, e das expedi√ß√Ķes que organizou em 1919 para comprov√°-la, talvez muito tempo se passaria antes que a Relatividade Geral fosse finalmente aceita.

A BBC produziu um filme para TV sobre essa relação de Eddington e Einstein, que será transmitido pela BBC2, na Inglaterra, no dia 22 de Novembro.

O Filme tem, nos papéis principais, David Tennant (protagonista da série de ficção científica Doctor Who) como Eddington e Andy Serkis (que interpretou o personagem Gollum em O Senhor dos Anéis) como Einstein. Nerd-Physicist-gasm a vista. Quem puder assistir não pode perder.

Quanta ‘Qu’oisa Qu√Ęntica, n√£o?

Sempre digo que “F√≠sica Qu√Ęntica” virou uma palavra-coringa para se falar de coisas que n√£o se faz id√©ia do que s√£o. “I don`t know how it works, but it’s surely quantum!”. Com o lan√ßamentos de “filmes” (seria mais preciso cham√°-los de mockumentaries, mas…), como Quem Somos N√≥s e O Segredo, a F√≠sica Qu√Ęntica virou sin√īnimo de doideira m√≠stica. Mas n√£o s√≥ isso. Essa “populariza√ß√£o” fez com que qualquer coisa que envolvesse probabilidades e incertezas fosse automaticamente atribu√≠da √† F√≠sica Qu√Ęntica.

Na Inglaterra, uma poeta resolveu criar poemas construídos aleatoriamente com a ajuda de ovelhas. Cada ovelha foi pintada com uma palavra e, de acordo com os ritmos de movimento e descanso dos animais, os poemas são escritos. Da BBC [1]:

A North East writer has been given a grant of £2,000 to use sheep to create random poems, which also utilise the deepest workings of the universe.

The money has been provided by Northern Arts for Valerie Laws to create a new form of “random” literature.

Each of the animals has a word from a poem written on their backs and as they wander about the words take a new poetic form each time they come to rest.

But the exercise is not just an attempt to create living poems, it is also, according to the poet, an exercise in quantum mechanics.

The animals being sprayed belong to farmer Donald Slater of Whitehouse Farm Centre, Morpeth, in Northumberland.

Mrs Laws, 48, said: “I like the idea of using living sheep to create a living poem, and creating new work as they move around.
“Quantum mechanics is a branch of physics which a lot of people find hard to understand, as it seems to go against common sense.
“Randomness and uncertainty is at the centre of how the universe is put together, and is quite difficult for us as humans who rely on order.
“So I decided to explore randomness and some of the principles of quantum mechanics, through poetry, using the medium of sheep.”
Mrs Laws created a poem for the project, based on the traditional Japanese haiku form of poetry.
Each sheep had a word from the poem sprayed on their back, and when they came to rest a new text was created.
Farmer Donald Slater said: “After last year’s devastation (of foot-and-mouth) we all needed cheering up and this might just do it.”
A spokesman for Northern Arts called the scheme “an exciting fusion of poetry and quantum physics”.
One of the poems created by the sheep reads:
Warm drift, graze gentle, White below the sky, Soft sheep, mirrors, Snow clouds.

Na parte que grifei lê-se:

“Ent√£o eu decidi explorar a aleatoriedade e alguns princ√≠pios da Mec√Ęnica Qu√Ęntica, atrav√©s da poesia, usando as ovelhas como meio.”

Explora√ß√£o de aleatoriedade pode at√© ser, mas est√° longe de se relacionar de qualquer maneira, mesmo metaforicamente, com Mec√Ęnica Qu√Ęntica. At√© porque todo mundo sabe que os √ļnicos animais sujeitos a efeitos qu√Ęnticos s√£o os gatos.

De outro artigo [2], dessa vez sobre esportes:

“Every year, each team has just as much chance to win every game as it does to lose every game,” Morris said. “It’s called quantum physics and the laws of chance and probability. Thirty-one other teams have already gone down in flames. But the Titans have a 50-50 chance each week to win, and those chances never improve beyond 50-50, because on any given Sunday, anyone can win. As long as you keep that in perspective, you have a chance to win every game.”

A vit√≥ria de um time est√° relacionada com acaso e probabilidades mas nem um pouco com F√≠sica Qu√Ęntica. Bem, h√° alguns casos de Tunelamento de times de futebol brasileiros para a primeira divis√£o quando deveriam ser rebaixados, mas isso √© totalmente metaf√≥rico.

Mas n√£o podemos rir apenas da ignor√Ęncia estrangeira. Aqui vai uma p√©rola de uma atriz brasileira [3]. N√£o √© exatamente sobre F√≠sica Qu√Ęntica, mas √© prov√°vel fruto da leitura desses livros mistic√≥ides qu√Ęnticos de gosto duvidoso:

Quais são os outros? A amorosa reprodução. Quando você gera um filho amorosamente, você se sente Deus, sabe? Você é mãe?

Não. As pessoas não querem mais ser mãe. Se você for, vai ver. Vai entender o lado divino do ser humano e vai passar para uma segunda dimensão. Os físicos falam isso, não é?

Pois é caro leitor, você era uma Reta e nem sabia disso. Vai ver é algum tipo de metáfora para o quanto as mulheres engordam depois que tem filhos. Sei lá.

√Č claro que existem utiliza√ß√Ķes e cita√ß√Ķes bem piores, principalmente as vindas dos meios “intelectuais” (Qwa Qwa Qwa). Mais dessas coisas ficar√£o para outra hora. O que j√° ouvi de Psic√≥logo (ah, como eles gostam do Quem Somos N√≥s…) e “Cientista” Social falando besteira em nome da F√≠sica Qu√Ęntica, Teoria do Caos, Fractais…

[1] Encontrado no blog do Michael Nielsen.

[2] Encontrado no Physics and Physicists.

[3] Enviado por uma amiga.

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