Gato de Schrödinger

A mecânica quântica é clara: se você não conhece o estado de um elétron, deve assumir que ele está em todos os estados possíveis ao mesmo tempo. Para digerir esse conceito, o físico Erwin Schrödinger bolou um famoso experimento mental batizado de “gato de Schrödinger”. 

Erwin Schrodinger foi uma das figuras-chave da física quântica, mesmo antes de seu famoso experimento de pensamento “ Gato de Schrodinger”. 

Ele havia criado a função de onda quântica, que agora era a equação definidora do movimento no universo, mas o problema é que ela expressa todo movimento na forma de uma série de probabilidades — algo que entra em violação direta de como a maioria dos cientistas do dia (e possivelmente até hoje) gostaria de acreditar em como a realidade física funciona.

O próprio Schrodinger foi um desses cientistas e criou o conceito de Gato de Schrodinger para ilustrar os problemas da física quântica. Vamos considerar os problemas, então, e ver como Schrodinger procurou ilustrá-los por analogia.

Indeterminância quântica

A função de onda quântica retrata todas as quantidades físicas como uma série de estados quânticos, juntamente com a probabilidade de um sistema estar em um determinado estado. 

Considere um único átomo radioativo com uma meia-vida de uma hora.

De acordo com a função de onda da física quântica, após uma hora, o átomo radioativo estará em um estado em que ele está decadente e não decaído. 

Uma vez feita a medição do átomo, a função de onda entrará em colapso em um estado, mas, até então, permanecerá como uma superposição dos dois estados quânticos.

Este é um aspecto chave da interpretação de Copenhague da física quântica — não é apenas que o cientista não sabe em que estado se encontra, mas sim que a realidade física não é determinada até que o ato de medição ocorra.

De alguma forma desconhecida, o próprio ato de observação é o que solidifica a situação em um estado ou outro, até que essa observação ocorra, a realidade física é dividida entre todas as possibilidades.

Para o gato

Schrodinger estendeu isso propondo que um gato hipotético fosse colocado em uma caixa hipotética.

Na caixa com o gato, colocamos um frasco de gás venenoso, que instantaneamente mataria o gato. 

O frasco é ligado a um aparelho que é ligado a um contador Geiger, um dispositivo usado para detectar a radiação. 

O átomo radioativo acima mencionado é colocado perto do contador Geiger e deixado lá por exatamente uma hora.

Se o átomo decair, o contador Geiger detectará a radiação, quebrará o frasco e matará o gato. Se o átomo não decair, o frasco ficará intacto e o gato estará vivo.

Após o período de uma hora, o átomo está em um estado em que está deteriorado e não decaído. 

No entanto, dado como construímos a situação, isso significa que o frasco está quebrado e não quebrado e, em última análise, de acordo com a interpretação de Copenhague da física quântica, o gato está morto e vivo.

Se a substância radioativa não decair, o medidor não aciona o martelo e não quebra o frasco. O gasto vive. 

Caso a substância radioativa decaia, o medidor aciona o martelo, que quebra o frasco e mata o gato.

Para quem está fora, o gato pode estar vivo ou morto. Fosse uma partícula, estaria vivo e morto ao mesmo tempo. 

Seria o observador responsável pela vida ou morte do gato?

Interpretações do gato de Schrodinger

Stephen Hawking é famosamente citado dizendo “Quando eu ouço sobre o gato de Schrodinger, eu pego minha arma”. Isso representa os pensamentos de muitos físicos, porque existem vários aspectos do experimento mental que trazem questões. 

O maior problema com a analogia é que a física quântica tipicamente opera apenas na escala microscópica de átomos e partículas subatômicas, não na escala macroscópica de gatos e frascos de veneno.

A interpretação de Copenhague afirma que o ato de medir algo faz com que a função de onda quântica colapse. 

Nesta analogia, realmente, o ato de medição ocorre pelo contador Geiger. Existem dezenas de interações ao longo da cadeia de eventos — é impossível isolar o gato ou as porções separadas do sistema de modo que ele seja verdadeiramente de natureza mecânica quântica.

No momento em que o próprio gato entra na equação, a medição já foi feita … mil vezes mais, medições foram feitas — pelos átomos do contador Geiger, o aparato de quebra de frasco, o frasco, o gás venenoso, e o próprio gato. 

Mesmo os átomos da caixa estão fazendo “medições” quando você considera que, se o gato cair morto, ele entrará em contato com átomos diferentes do que se ele anda ansiosamente em volta da caixa.

Seja ou não o cientista abre a caixa é irrelevante, o gato está vivo ou morto, não uma superposição dos dois estados.

Ainda assim, em algumas visões estritas da interpretação de Copenhague, é na verdade uma observação por uma entidade consciente que é necessária.

 Essa forma estrita de interpretação é geralmente a visão minoritária entre os físicos de hoje, embora ainda exista algum argumento intrigante de que o colapso das funções da onda quântica possa estar ligado à consciência. (Para uma discussão mais completa do papel da consciência na física quântica, sugiro Enigma Quântico: Consciência dos Encontros Físicos de Bruce Rosenblum e Fred Kuttner.)

Ainda outra interpretação é a Interpretação dos Muitos Mundos (MWI) da física quântica, que propõe que a situação realmente se ramifica em muitos mundos. Em alguns desses mundos o gato estará morto ao abrir a caixa, em outros o gato estará vivo. 

Embora fascinante para o público e, certamente, para autores de ficção científica, a interpretação de muitos mundos também é uma visão minoritária entre os físicos, embora não haja nenhuma evidência específica a favor ou contra ela.