A Superposição Quântica Explicada

no começo do século XX a física passou por uma grande revolução uma série de experimentos e problemas não resolvidos apontaram todos para um mesmo fato o mundo microscópico segue regras únicas bem diferente da que nós estamos acostumados o mundo na escala dos átomos é muito mais estranho do que qualquer cientista jamais teria imaginado foram necessárias décadas de desenvolvimento científico e avanços em matemática para que nós pudéssemos descrever o mundo microscópico de uma forma matematicamente precisa e o nome da teoria é capaz de explicar esse Estranho Mundo Novo é Física Quântica a física quântica é tão

estranha aquela força física e filósofos a mudarem a interpretação deles de O que é real como a ciência funciona e como exatamente a experiência humana se encaixa no mundo e hoje eu quero colocar vocês na mente das pessoas que notaram essas estranhas pela primeira vez dá um gosto de como é se sentir um cientista ou filósofo se debatendo com a natureza de um mundo quântico pela primeira vez e para fazer isso ao invés de explicar a mecânica de uma perspectiva histórica ou dar uma visão geral eu vou explicar apenas um princípio importante da teoria que

tem consequências muito estranhas o princípio da superposição vamos imaginar que você tem duas moedas uma em cada mão uma das moedas é uma moeda comum e a outra é uma moeda quântica a moeda comum não tem muito segredo ela pode tanto estar em cara quanto coroa a moeda quântica também mas além de cara e coroa existe uma terceira opção para moeda quântica a superposição de cara ou coroa em uma superposição a moeda quântica não está nem exatamente em cara nem exatamente em coroa e sim em uma mistura quântica das duas ao mesmo tempo e sim

esse é o mesmo cenário do gato de Shrek que pode estar vive morto ao mesmo tempo que a gente inclusive transformou em uma camiseta na minha loja na luz e você tem 10% de desconto na sua primeira compra usando cupom los 10 que vale também para os moletons que ficaram lindos então se você quiser vestir um dos maiores símbolos das estranhezas da mecânica quântica essa camiseta é o melhor caminho é só acessar E não esqueça do cupom Agora de volta o vídeo a moeda quântica poder estar em duas situações diferentes ao mesmo tempo já é

estranho mas a situação piora quando você olhar para sua moeda quântica você só vai ver cara ou só vai ver coroa você nunca consegue observar diretamente o estado de superposição ou seja o estado de superposição prevê que a moeda pode ser duas coisas ao mesmo tempo mas só se você não estiver olhando tudo que a teoria quântica consegue prever é com qual probabilidade você vai ver cara ou com qual probabilidade você vai ver coroa Pode ser que exista 25% de chance de você ver cara e 75% de coroa ou 50% de cada De toda forma

parece que a natureza só é quântica quando você não está olhando para ela isso parece uma piada cósmica de mau gosto e está desconfiado de que isso não pode ser verdade ou que tem algo faltando nessa história é bem natural foi isso que o próprio Einstein pensou por exemplo mas Einstein está errado não só o princípio de superposição é necessário para matemática da teoria quântica nós podemos provar experimentalmente que a superposição existe a mecânica quântica é estranha e o mundo é quântico e talvez essa seja verdadeira pegadinha cósmica para entender melhor a superposição nós precisamos

aprender como ela é representada na física quântica uma das formas mais tradicionais de representar estados quânticos que nada mais significa do que essa moeda quântica está encara ou Coroa é usando ondas tipo as ondas de som que instrumentos musicais fazem só que ao invés de as ondas apresentarem notas como o sol ou ré elas representam possíveis estados no mundo quântico por exemplo a moeda quântica está cara pode ser equivalente a uma nota só e ela está em coroa pode ser uma nota ré dá para visualizar isso imaginando uma corda de guitarra que representa a nossa

moeda se a moeda está em cara acorda vida na frequência do sol mas se a moeda está em coroa acorda vibra como um ré e quando a moeda está em superposição de coroa as duas ondas se combinam e acorda vibra Dos dois jeitos ao mesmo tempo em sol mais um ré e a intensidade relativa das duas notas diz com qual probabilidade você vai ver cara ou coroa na moeda quântica e essa analogia funciona muito bem as duas ondas Podem sim existir ao mesmo tempo numa corda de guitarra é justamente combinando ondas diferentes que a gente

faz música Isso não é uma analogia Rasa essa frase está matematicamente correta a superposição segue as mesmas regras que combinações de ondas seguem se as possibilidades são as notas a superposição é uma música Isso significa que tudo que ondas fazem coisas quânticas fazem também e isso é importante por exemplo quando você junta duas ondas isso causa interferência entre elas joga uma pedra no Lago e isso vai formar uma onda circular jogue Duas Pedras em posições diferentes no Lago isso vai formar duas ondas circulares e quando as duas se cruzam o padrão das ondas vai se

combinar formando um novo padrão chamado de interferência o exato resultado final da interferência Depende de vários fatores mas os dois casos extremos são interferência construtiva no qual as duas ondas se encontram de forma perfeitamente alinhadas e altura das ondas dobras por conta disso e a interferência destrutiva na qual as onda desse encontro de forma perfeitamente desalinhada E aí as ondas se destroem mas na maior parte dos casos é algo entre esses dois extremos e antes que você esteja se sentindo confortável demais com a mecânica quântica eu quero lembrar que na moeda quântica em superposição as

duas ondas existem juntas e ao mesmo tempo elas não são duas ondas separadas no Lago mas sim um único objeto agindo como duas ondas ao mesmo tempo e é justamente uma variação do experimento que provou que tudo pode se comportar com ondas que também prova que superposição existe então vamos deixar Nossa moeda quântica de lado e trabalhar agora com objetos mais realistas o experimento questão é chamado de experimento da Fenda Dupla no qual Algum objeto vai ter que atravessar uma parede com duas fendas e nós vamos estudar qual vai ser o padrão formado na parede

que fica atrás dessa parede com as duas fendas esse padrão vai depender de como objeto do experimento se comporta nós vamos arremessar pedras e ver onde elas param atrás das fendas e vamos ignorar as pedras que não passarem pelas fendas as pedras só tem duas opções ou elas passam pela fêmea de cima ou pela fêmea de baixo por conta disso se marcarmos o padrão que se forma atrás das fendas nós vamos ver duas listras cheias uma atrás de cada fenda você não vai encontrar nenhuma pedra no meio da parede longe das fendas e nós podemos

repetir o experimento com uma onda como as ondas formadas por uma pedra em um lago a onda não tem uma posição fixa no espaço Então ela se espalha e atravessa as duas fendas meio que é o mesmo tempo e é como se surgisse uma nova onda a partir de cada fenda a onda se dividiu em duas uma para venda de cima e outra para fenda de baixo e essas duas ondas nova podem interferir uma na outra então elas vão se construir ou destruir dependendo de onde elas se encontram isso marca os pontos de destruição e

construção na parede atrás das fendas nós temos justamente o padrão de interferência das ondas que vai ser um monte de listras onde a interferência foi construtiva e um monte de espaços em branco onde ela foi destrutiva esse experimento deixa bem claro a diferença entre uma onda e uma partícula como é possível que a realidade que nós habitamos experienciamos o nosso dia a dia não seja super estranha se fundamentalmente tudo é quântico ao nosso redor agora vamos repetir esse experimento com um único elétron por vez e anotar onde os elétrons param na parede dos Fundos até

onde nós sabemos elétrons são partículas quase como se fossem pedras do mundo das partículas mas o elétron também é quântico e pode entrar em uma superposição na qual ele passa pelas duas fendas ao mesmo tempo ou em uma superposição Inter é passado pelas duas fendas para ser mais preciso Então qual é o padrão formado o elétron se comportou Como Uma Onda Que se espalhou pelo espaço passou pelas duas fendas ao mesmo tempo e causou interferência só que existe só um elétron por vez no experimento Isso significa que o elétron causou interferência em si mesmo mas

o elétron que passou pela venda de cima interferiu os elétron que passou pela fena de baixo sendo que eles são o mesmo elétron e só tem um elétron então ele teve que fazer duas coisas ao mesmo tempo e essas duas coisas distintas se afetaram um elétron sozinho consegue ter o mesmo comportamento complexo que uma onda em um lago que afeta um número imenso de moléculas na água interferência no mundo macroscópico é um fenômeno que envolve muitas partículas e um elétron sozinho consegue ter um comportamento equivalente esse experimento nos força aceitar que o elétron consegue de

certa forma fazer duas coisas ao mesmo tempo então a superposição Tem que existir todas as possibilidades da superposição existem a partir da superposição e a superposição é mais do que simplesmente a soma dessas possibilidades porque as possibilidades vocês podem afetar umas as outras Ou seja no mundo quântico 2 + 2 pode ser zero quatro ou até oito dependendo dos efeitos das interferências o princípio da superposição é uma realidade do mundo e isso leva uma pergunta por que que nós não vemos isso acontecendo em escala Humana porque a minha cadeira não parece estar em dois lugares

ao mesmo tempo porque tudo isso some quando olhamos de perto como é possível que a realidade que nós habitamos experienciamos o nosso dia a dia não seja super estranha se fundamentalmente tudo é quântico com a nossa redor a resposta é que os efeitos quânticos são meio que tímidos eles nunca se apresentam quando você tenta olhar Ele diretamente inclusive se você repetiu o experimento das fendas duplas com os elétrons e colocar um detector para ver por qual fenda o elétron vai passar você não vai mais ver um padrão de ondas se você adicionar um detector nas

vendas o elétron não vai interferir com ele mesmo ele vai se comportar como uma pedra isso é ainda mais estranho não só o mundo quântico é estranho como ele também só estranho quando ninguém está tentando ver estranheza reconciliar essa estranheza com a realidade que vivenciamos é um problema muito sério da filosofia e da física que não tem uma solução final e talvez nunca tenha o que eu quero hoje é deixar vocês com essa pulseira essa vontade de querer entender uma realidade que quando examinada de perto mas não de muito perto é perturbadoramente mais estranha do

que parece vocês não ficam com vontade de querer saber mais de conseguir tirar as cortinas e ver do que a realidade é feita digitem aqui nos comentários do vídeo Qual o vídeo vocês queriam que fosse o próximo da série explicada aqui no canal Muito obrigado e até a próxima [Música] [Música]