O Experimento
O Gato de Schrödinger é um
experimento mental, freqüentemente descrito como um paradoxo, desenvolvido pelo
físico austríaco Erwin Schrödinger em 1935. Isso ilustra o que ele observou
como o problema da interpretação de Copenhague da mecânica quântica sendo
aplicado a objetos do dia-a-dia, no exemplo de um gato que pode estar vivo ou
morto, dependendo de um evento aleatório precedente. No curso desse
experimento, ele criou o termo Verschränkung (entrelaçamento).
O Gato de Schrödinger: Um
gato, junto com um frasco contendo veneno, é posto em uma caixa lacrada
protegida contra incoerência quântica induzida pelo ambiente. Se um contador
Geiger detectar radiação então o frasco é quebrado, liberando o veneno que mata
o gato. A mecânica quântica sugere que depois de um tempo o gato está
simultaneamente vivo e morto. Mas, quando se olha para dentro da caixa, apenas
se vê o gato ou vivo ou morto, não uma mistura de vivo e morto.
O experimento mental de
Schrödinger foi proposto como discussão do artigo EPR, nomeado devido aos seus
autores: Albert Einstein, Podolsky, Rosen em 1935.1 O paradoxo EPR esclareceu a
estranha natureza das superposições quânticas. Amplamente exposto, a
superposição quântica é a combinação de todos os possíveis estados do sistema
(por exemplo, as possíveis posições de uma partícula subatômica). A
interpretação de Copenhague implica que a superposição apenas sofre colapso em
um estado definido no exato momento da medição quântica.
Schrödinger e Einstein
trocaram cartas sobre o artigo EPR de Einstein, durante o qual Einstein indicou
que a superposição quântica de um barril instável de pólvora irá, após um
tempo, conter ambos componentes explodidos e não-explodidos.Para melhor ilustrar o
paradigma incompleto da mecânica quântica, Schrödinger aplicou a teoria da
mecânica quântica em uma entidade viva que podia ou não estar consciente. No
experimento mental original de Schrödinger ele descreveu como, em princípio,
seria possível transformar a superposição dentro de um átomo para uma
superposição em grande escala de um gato morto e vivo por relacionar gato e
átomo com a ajuda de um "mecanismo diabólico". Ele propôs um cenário
com um gato em uma caixa lacrada, onde a vida ou morte do gato é dependente do
estado de uma partícula subatômica. De acordo com Schrödinger, a interpretação
de Copenhague implica que o gato permanece vivo e morto até que a caixa seja
aberta.
Schrödinger
Schrödinger não desejava
promover a idéia de gatos vivos-e-mortos como uma séria possibilidade; o
experimento mental serve para ilustrar a complexidade extrema da mecânica
quântica e da matemática necessária para descrever os estados quânticos.
Entendida como uma crítica da interpretação de Copenhague – a teoria
prevalecente em 1935 – o experimento mental do gato de Schrödinger permanece um
tópico padrão para todas as interpretações da mecânica quântica; a maneira como
cada interpretação lida com o gato de Schrödinger é freqüentemente usada como
meio de ilustrar e comparar características particulares de cada interpretação,
seus pontos fortes e fracos.
O experimento mental do Gato
de Schrödinger consiste em um gato preso dentro de uma caixa sem
transparências, junto a um frasco de veneno e um contador Geiger ligados por
relés, e um martelo. O contador Geiger será acionado ou não. Se for,
transmitirá movimento através dos relés; o martelo baterá no frasco de veneno
quebrando-o e o gato morrerá. Mas se o contador não acionar, o martelo não
quebrará o frasco e o gato permanecerá vivo. Esse experimento mental foi
proposto por Erwin Schrödinger em 1935 para demonstrar os estados de
superposição quântica: só saberemos se o gato está vivo ou morto se abrirmos a
caixa, mas se isso for feito, alteraremos a possibilidade do gato estar vivo ou
morto. O princípio desta está intrinsecamente ligado ao Princípio da Incerteza
de Heisenberg. O estado de superposição quântica acontece quando for
desconhecido o estado de um corpo. Se não pudermos identificá-lo, diremos que
este corpo está em todos os estados. Não poderíamos inferir, por exemplo, que o
gato não está em estado nenhum, já que foi colocado dentro da caixa e sabemos
que ele está lá.
Schrödinger escreveu: Qualquer um pode mesmo
montar casos bem ridículos. Um gato é trancado dentro de uma câmara de aço,
juntamente com o dispositivo seguinte (que devemos preservar da interferência
directa do gato): num tubo contador Geiger há uma pequena porção de substância
radioativa, tão pequena que talvez, no decurso de uma hora, um dos seus átomos
decaia, mas também, com igual probabilidade, talvez nenhum se decaia; se isso
acontecer, o tubo contador liberta uma descarga e através de um relé solta um
martelo que estilhaça um pequeno frasco com ácido cianídrico. Se deixarmos todo
este sistema isolado durante uma hora, então diremos que o gato ainda vive, se
nenhum átomo decaiu durante esse tempo. A função-Ψ do sistema como um todo iria
expressar isto contendo em si mesma o gato vivo e o gato morto simultaneamente
ou dispostos em partes iguais.
É típico destes casos que
uma indeterminação originalmente confinada ao domínio atômico venha a
transformar-se numa indeterminação macroscópica, a qual pode então ser
resolvida pela observação direta. Isso os previne de tão ingenuamente
aceitarmos como válido um "modelo impreciso" para representar a
realidade. Em si mesma esta pode não incorporar nada de obscuro ou
contraditório. Há uma diferença entre uma fotografia tremida ou desfocada e um
instantâneo de nuvens e bancos de nevoeiro.
O texto acima é a tradução
de dois parágrafos do artigo original bem mais extenso, o qual aparece na
revista alemã Naturwissenschaften ("Ciências Naturais") em 1935.3 A famosa experiência mental
de Schrödinger coloca a questão: quando o sistema quântico para de ser uma
mistura de estados e se torna ou um ou o outro? (Mais tecnicamente, quando o
atual estado quântico para de ser uma combinação linear de estados, cada um dos
quais se parece com estados clássicos diferentes, e em vez disso começar a ter
apenas uma clássica descrição?) Se o gato sobreviver, isso lembra que ele está
apenas vivo. Mas as explicações das experiências EPR que são consistentes com a
mecânica quântica microscópica padrão requerem que objetos macroscópicos, como
gatos e cadernos, não podem ter sempre apenas uma descrição clássica. O propósito
da experiência mental é para ilustrar esse aparente paradoxo: nossa intuição
diz que nenhum observador pode estar em uma mistura de estados, mesmo que eles
sejam gatos, por exemplo, eles não podem estar em tal mistura. É necessário que
os gatos sejam observadores, ou sua existência em um estado clássico simples e
bem definido exige outro observador externo?
Cada alternativa pareceu absurda
para Albert Einstein, que estava impressionado pela habilidade do experimento
mental para esclarecer esses problemas; em uma carta à Schrödinger datada de
1950 ele escreveu: Você é o único físico
contemporâneo, além de Laue, que vê o que ninguém consegue sobre a assunção da
realidade – se pelo menos alguém estiver sendo honesto. A maioria deles
simplesmente não vê o tipo de jogo arriscado que eles estão jogando com a
realidade – a realidade é algo independente do que já fora experimentalmente
visto. A interpretação deles é, entretanto, refutada mais elegantemente pelo
seu sistema de átomo radioativo + amplificador + carga de pólvora + gato em uma
caixa, no qual a função-psi do sistema contém ambos os gatos vivos e explodidos
em pedaços. Ninguém realmente duvida que a presença ou ausência do gato é algo
independente do ato de observação. Note que nenhuma carga de
pólvora é mencionada no esquema de Schrödinger, que usa um contador Geiger como
amplificador e cianeto no lugar de pólvora; a pólvora foi apenas mencionada na
sugestão original de Einstein para Schrödinger 15 anos antes.
