Imediatamente subjacente à realidade quotidiana, há um mundo de tirar a respiração,
onde muito daquilo que apercebemos sobre o Universo... está errado.
Brian Greene, Físico e autor de sucesso
leva-o numa jornada que quebra as regras da experiência humana.
Porque é que nunca vemos os acontecimentos a desenrolarem-se ao contrário?
De acordo com as leis da Física... isto pode acontecer.
É um mundo que vem a lume
quando sondamos os reinos mais extremos do Cosmos,
dos buracos negros
ao Big Bang
e até ao âmago mais profundo da matéria.
Vou tomar o que ele está a tomar.
Aqui, o nosso Universo pode ser uma de muitas realidades paralelas.
O mundo tridimensional pode ser uma mera ilusão.
E não há qualquer distinção entre passado, presente e futuro.
Mas como é que isto pode ser?
Como é que podemos estar tão errados a respeito de coisas tão familiares?
Incomoda-nos? Absolutamente!
Não há nenhum princípio incorporado nas leis da Natureza
que diga que os físicos teóricos têm que ser felizes.
É uma perspectiva que muda o jogo
que abre todo um novo mundo de possibilidades.
Apresentamos
o reino dos diminutos átomos e partículas, o reino quântico.
Aqui as leis parecem impossíveis.
Num certo sentido, as coisas
não gostam de estar amarradas a um localização única.
E, no entanto, são vitais para tudo no Universo.
Não há nenhuma discordância entre a mecânica quântica
e qualquer experiência já alguma vez feita.
Que revelam acerca da natureza da realidade?
Dê um salto quântico em O Tecido do Cosmos,
agora mesmo em NOVA.
Há milhares de anos que temos vindo a tentar desvendar os mistérios
do funcionamento do Universo.
E temo-nos saído bastante bem
produzindo um conjunto de leis que descrevem o movimento claro e preciso
de galáxias, estrelas e planetas.
Mas agora sabemos que a um nível fundamental as coisas são bastante mais imprecisas
porque descobrimos um novo conjunto revolucionário de leis
que transformaram completamente a nossa imagem do Universo.
Do espaço exterior até ao coração da cidade de Nova Iorque, até ao reino do microscópico,
a nossa visão do mundo mudou graças a estas estranhas e misteriosas leis
que estão a redefinir a nossa compreensão da realidade.
São as leis da mecânica quântica.
A mecânica quântica rege cada átomo e cada partícula minúscula
em cada pedaço de matéria;
nas estrelas e planetas, nas rochas e nos edifícios, em si e em mim.
Não reparamos na estranheza da mecânica quântica na vida de todos os dias,
mas está sempre lá se soubermos onde procurar.
Basta mudar de perspectiva
e descer à escala mais ínfima,
até ao nível dos átomos e das partículas dentro deles.
Baixando ao nível quântico, as leis que governam este diminuto reino
apresentam-se completamente diferentes das leis familiares
que governam os grandes objectos do quotidiano.
E quando se tem um vislumbre delas,
nunca mais se olha para o mundo exactamente da mesma maneira.
É quase impossível imaginar o quão bizarras as coisas podem ficar
cá no fundo, nas escalas mais ínfimas.
Mas e que tal se pudéssemos visitar um lugar assim,
onde as leis quânticas fossem evidentes,
onde as pessoas e os objectos se comportassem como minúsculos átomos e partículas?
Teriam vindo a um espectáculo de arromba!
Aqui os objectos fazem coisas que parecem loucas.
Quero eu dizer, no mundo quântico,
num certo sentido, as coisas não gostam
de estar amarradas a um localização única
ou de seguir apenas uma trajectória.
É quase como se as coisas estivessem em mais do que um sítio em cada momento.
E o que eu fizer aqui pode ter efeito imediato noutro local qualquer,
mesmo que não haja lá ninguém.
E aqui vai uma das coisas mais estranhas de todas:
se as pessoas se comportassem como as partículas no interior do átomo,
então, na maior parte do tempo, não se saberia exactamente onde elas estavam.
Melhor ainda: elas podiam estar praticamente em qualquer lugar até que as procurássemos.
Ei.
Vou tomar o que ele está a tomar.
Então, como é que podemos acreditar nestas leis bizarras?
Bem, há mais de 75 anos que as usamos para prever
como é que átomos e partículas se devem comportar.
E experiência após experiência, as leis quânticas bateram sempre certo.
É a melhor teoria que temos. Há literalmente milhares de milhões de provas
de confirmação da mecânica quântica.
Já passou tantos testes
para tantas previsões bizarras
e não há qualquer desacordo entre
a mecânica quântica e qualquer experiência já alguma vez realizada.
As leis quânticas tornam-se mais óbvias
quando se desce até escalas diminutas, como sejam os átomos.
Mas pensem nisto: eu sou feito de átomos e vocês também.
O mesmo se passa com tudo o que vemos no mundo à nossa volta,
Então há que pensar que estas estranhas leis quânticas
não nos estão só a falar das coisas pequenas;
elas estão a falar-nos da realidade.
E como é que as descobrimos,
a estas estranhas leis que parecem contradizer muito
daquilo que pensávamos saber a respeito do Universo?
Ainda não há muito tempo, pensávamos que já tínhamos descoberto quase tudo,
as normas que regem a maneira como os planetas orbitam o Sol,
o arco da trajectória de uma bola,
o movimento das ondas na superfície de um lago.
Essas leis estavam todas explicitadas através de um conjunto de equações
chamado "mecânica clássica"
e permitiam-nos predizer, com segurança, o comportamento das coisas.
Tudo parecia fazer perfeitamente sentido
até há cerca de cem anos atrás,
altura em que os cientistas se debatiam para explicar
algumas propriedades pouco usuais da luz,
especialmente o tipo de luz emitida pelos gases
quando eram aquecidos num tubo de vidro.
Quando os cientistas observaram esta luz através de um prisma,
viram uma coisa que não esperavam.
Se se aquecesse gás e se se olhasse para ele através de um prisma, a luz formava linhas,
não o espectro contínuo que se vê
projectado sobre a mesa por um pedaço de vidro cortado,
mas linhas bem distintas.
Não formava uma banda luminosa, como um arco-íris completo;
formava uma espécie de lápis de luz, com cores muito específicas.
Havia qualquer coisa de misterioso na compreensão do que se estava a passar.
Uma explicação para as misteriosas linhas de cor
viria de um grupo de cientistas radicais
que, no início do século XX,
andava às voltas com a natureza fundamental do mundo físico
e algumas das mais surpreendentes intuições vieram da mente de Niels Bohr,
um Físico que adorava discutir ideias novas na mesa de ping-pong.
Bohr estava convencido que a solução para o mistério residia no coração da matéria,
na estrutura do átomo.
Ele pensou que os átomos se assemelhariam a minúsculos sistemas solares,
com partículas ainda mais pequenas chamadas electrões orbitando um núcleo,
muito à maneira de planetas a orbitar o Sol.
Mas Bohr propôs que, diferentemente do Sistema Solar,
os electrões não se moveriam apenas numa órbita.
Em contrapartida, só certas órbitas eram permitidas.
E ele teve uma ideia realmente surpreendente e completamente contrária à Física,
que era a de haver estado definidos,
órbitas fixas que esses electrões podiam ter,
e só essas órbitas.
Bohr disse que quando um átomo era aquecido,
os seus electrões ficavam agitados e saltavam de uma órbita fixa para outra.
Cada salto de aproximação ao núcleo originaria emissão de energia
na forma de luz, em comprimentos de onda muito específicos.
E é por isso que os átomos dão origem a cores muito específicas.
É aqui que vamos buscar a expressão "salto quântico".
Se não fosse o salto quântico
teríamos essa faixa contínua de cor a sair
do átomo quando ele fosse excitado ou desexcitado.
Mas não é isso que vemos no laboratório.
Vemos vermelhos muito distintos e verdes muito distintos.
É o salto quântico que está na origem e é o autor dessa cor distinta.
O que fez o salto quântico tão surpreendente
foi o facto de o electrão ir directamente daqui para ali,
aparentemente sem passar através do espaço intermédio.
É como se Marte subitamente pulasse da sua órbita para a de Júpiter.
Bohr argumentou que o salto quântico nasce de uma fundamental
-- e fundamentalmente estranha -- propriedade dos electrões nos átomos:
a de que a sua energia vem em pacotes discretos que não podem ser subdivididos,
quantidades específicas mínimas chamadas "quanta".
E é por isso que só há órbitas discretas, específicas,
que os electrões podem ocupar.
Um electrão tem de estar aqui ou ali e simplesmente em sítio nenhum no meio.
E isso não é... não é nada como a nossa experiência na vida quotidiana.
Pensem no vosso dia-a-dia.
Qundo se come, pensa-se que a comida é quantizada?
Pensa-se que tem de se comer uma certa quantidade mínima de comida?
A comida não é quantizada.
Mas as energias dos electrões num átomo são quantizadas.
Porque é que é assim, é um grande mistério.
Misterioso ou não que as pequenas partículas e o átomo agissem dessa forma,
as provas cedo se impuseram mostrando que Bohr tinha razão.
Em mais e mais experiências,
os electrões seguiram leis diferentes das dos planetas ou das bolas de ping-pong.
A descoberta de Bohr mudava o jogo
e, com esta nova imagem do átomo,
Bohr e os seus colegas entraram em rota de colisão
com as leis da Física aceites.
O salto quântico era apenas o princípio.
A visão radical de Bohr's trouxe-o rapidamente a uma confrontação
com um dos maiores Físicos da História.
Albert Einstein não tinha medo de ideias novas.
Mas nos anos 20, o mundo da mecânica quântica começou a afastar-se
numa direcção que Einstein não queria seguir,
uma direcção vincadamente divergente da previsão absoluta, definitiva,
que era a marca d'água da Física clássica.
Se se perguntasse a Einstein ou a outros Físicos da época
o que é que distinguia a Física de toda a casta de especulações disparatadas,
eles teriam dito "É que nós podemos predizer coisas com segurança".
E a mecânica quântica parecia tirar o tapete a essa segurança.
Uma experiência em particular,
que viria a ser conhecida como a experiência da dupla fenda,
expôs os mistérios quânticos como nenhuma outra.
Se andássemos à procura de uma descrição da realidade baseada em certezas,
as expectativas sair-nos-iam furadas.
Podemos ficar com uma ideia bastante boa da experiência da dupla fenda
e da forma como ela altera drasticamente a nossa imagem da realidade
levando a cabo uma experiência similar,
não à escala de partículas minúsculas, mas à escala de objectos comuns,
como os que se podem encontrar aqui, numa pista de bowling.
Mas primeiro preciso de fazer duas adaptações na pista.
Por certo esperam que se eu rolar algumas destas bolas pela pista fora,
elas ou são paradas pela barreira
ou passam através de uma fenda ou da outra
e vão bater na tela do fundo.
E de facto, é precisamente isso que acontece.
As bolas que passam batem sempre na tela directamente por trás,
quer passem pela fenda da esquerda ou pela fenda da direita.
A experiência da dupla fenda foi muito assim,
excepto que em lugar de bolas de bowling se usaram electrões,
os quais são milhares de milhões de vezes mais pequenos.
Podem visualizá-los assim.
Vejmos o que é que acontece se eu atirar um grupo destas bolas.
Quando se lançam electrões na direcção das duas fendas,
algo de muito diferente acontece do outo lado.
Em vez de baterem apenas em duas áreas,
os electrões vão aterrar em toda a tela de detecção,
criando um padrão de riscas,
incluindo algumas mesmo entre as duas fendas,
precisamente o lugar que pensariam ser inatingível.
Então, o que se passa?
Bem, para os Físicos, mesmo nos anos 20, este padrão só podia significar uma coisa:
ondas.
Ondas fazem toda espécie de coisas interessantes,
coisas que bolas de bowling nunca fariam.
Podem-se dividir, podem-se combinar.
Se eu enviar uma onda de água através da dupla fenda,
ela dividir-se-á em duas e, de seguida, os dois trens de ondas intersectar-se-ão.
Os picos e os vales combinar-se-ão, ficando maiores nuns sítios,
mais pequenos noutros e, por vezes,
anular-se-ão uns aos outros.
Com a altura da água a corresponder ao brilho na tela,
os picos e os vales criariam uma série de riscas
naquilo que é conhecido como um padrão de interferência.
Então como puderam electrões, que são partículas, formar aquele padrão?
Como pode um simples electrão acabar em sítios a que uma onda chegaria?
Partículas são partículas; ondas são ondas.
Como pode uma partícula ser uma onda?
A menos que se desista da ideia que é uma partícula e se pense
"Ah, esta coisa que eu pensava que era uma partícula afinal era um onda".
Uma onda num oceano não é uma partícula.
O oceano é feito de partículas
mas as ondas no oceano não são partículas.
E rochas não são ondas; rochas são rochas.
Então uma rocha é um exemplo de partícula,
uma onda oceânica é um exemplo de onda oceânica,
e agora alguém nos vem dizer que uma rocha é como uma onda oceânica.
O quê?
Nos anos 20, quando uma versão desta experiência foi levada a cabo pela primeira vez,
os cientistas esforçaram-se por compreender este comportamento ondulatório.
Alguns questionaram-se se um simples electrão em movimento
podia alastrar como uma onda.
O Físico Erwin Schrödinger
apareceu com uma equação que parecia descrevê-lo.
Schrödinger pensava que esta onda era uma descrição de um electrão extenso;
que, de alguma forma, um electrão se tornava indistinto, difuso
e deixava de ser um ponto, sendo mais como uma nebulosidade.
Houve muita discussão a respeito do que isto representava exactamente.
Finalmente, um Físico chamado Max Born apareceu com uma ideia nova e revolucionária
daquilo que a equação de onda descrevia.
Born disse que a onda não é um electrão indistinto
ou qualquer outra coisa anteriormente encontrada em ciência.
Em vez disso, declarou ele, é qualquer coisa realmente peculiar:
uma "onda de probabilidade".
Isto é, Born argumentou que o tamanho da onda em qualquer localização
prediz a probabilidade de o electrão ser encontrado nessa localização.
Onde a onda é grande, não é tanto onde o electrão está,
é onde é mais provável que o electrão esteja.
E isso é mesmo estranho, não é? Então o electrão, só por si,
parece ser uma embrulhada de possibilidades.
Não nos é permitido perguntar "Onde está o electrão neste instante?"
Podemos é perguntar
"Se eu procurar o electrão nesta pequena e concreta parte do espaço,
qual é a probabilidade de eu lá o encontrar?"
Isto incomoda qualquer um, em qualquer altura.
Por estranho que possa soar,
esta nova forma de descrever como é que partículas como os electrões se movem
está realmente certa.
Quando eu lanço um electrão isolado, nunca posso predizer onde é que ele vai aterrar,
mas se eu usar a equação de Schrödinger, para achar a onda de probabilidade do electrão,
posso predizer, com grande margem de certeza, que se eu atirar electrões suficientes,
então, digamos que 33.1 % vão acabar aqui,
7.9 % devem acabar ali, etc..
Previsões deste tipo têm sido confirmadas
vezes sem conta pela experimentação.
E é assim que as equações da mecânica quântica
se revelam surpreendentemente exactas e precisas,
desde que se aceite que é tudo probabilidade.
Se acham que probabilidade significa ficarmos reduzidos a adivinhar,
os casinos de Las Vegas estão prontos a provar-lhes que estão errados.
Tentem a vossa sorte com qualquer um destes jogos de azar,
e verão o poder das probabilidades.
Digamos que aposto 20 dólares no número 29, aqui, na roleta.
A casa não sabe se eu vou ganhar nesta volta... ou na próxima... ou na seguinte.
Um.
Mas sabe qual é a probabilidade de eu ganhar. Neste jogo é de 1 em 38.
Vinte e um.
Vinte e nove!
Então, embora eu possa ganhar de vez em quando,
no longo prazo a casa ganha sempre mais do que perde.
A questão é: a casa não tem de saber o resultado
de cada jogo de cartas, de cada rolar dos dados ou de cada volta da roleta.
Ainda assim, os casinos podem confiar que, ao fim de milhares de voltas,
apostas e lançamentos de dados, vão ganhar.
E podem prever, com excelente precisão, exactamente quantas vezes.
De acordo com a mecânica quântica,
o próprio mundo é um jogo de sorte, muito como estes.
Toda a matéria no Universo é feita de átomos e partículas subatómicas
regidas por probabilidades, não por certezas.
Na sua base, a Natureza é descrita pela teoria probabilística inerente.
E isso é altamente contra-intuitivo
e é algo que muitas pessoas achariam difícil de aceitar.
Uma pesoa que achou difícil foi Einstein.
Einstein não acreditava que a natureza fundamental da realidade,
ao seu nível mais pofundo, fosse determinada pelo acaso.
E isso era o que Einstein não podia aceitar.
Einstein disse, "Deus não joga aos dados...".
Não lhe agradava a ideia de não podermos dizer com segurança
"Isto acontece" ou "Aquilo acontece".
Mas, para muitos outros Físicos, probabilidade não era assim tão desconcertante
visto que as equações da mecânica quântica
lhes davam o poder de predizer o comportamento de grupos de átomos
e das pequenas partículas com espantosa precisão.
Em pouco tempo, esse poder iria levar a algumas muito grandes invenções:
lasers, transístores, circuitos integrados,
todo o campo da electrónica.
Se a mecânica quântica de repente entrasse em greve,
todas as máquinas que temos
nos EUA, quase, deixariam de funcionar.
As equações da mecânica quântica iriam ajudar os engenheiros a projectar
interruptores microscópicos que direccionam os fluxos dos minúsculos electrões
e controlam virtualmente todos os computadores actuais,
câmaras digitais e telefones.
Todos os dispositivos de que dependemos, díodos, transístores,
que constituem precisamente a base da tecnologia da informação,
a base da vida diária em todos as suas vertentes,
funcionam. E porque é que funcionam? Funcionam por causa da mecânica quântica.
Sou tentado a dizer que sem a mecânica quântica voltaríamos à Idade das Trevas,
ou, mais precisamente, sem a mecânica quântica
voltávamos ao século XIX:
máquinas a vapor, sinais de telégrafo...
A mecânica quântica é a teoria mais bem sucedida
que nós, Físicos, alguma vez descobrimos.
E no entanto, ainda andamos a discutir sobre aquilo que ela significa,
o que é que nos diz sobre a natureza da realidade.
Apesar de todos os seus sucessos, a mecânica quântica permanece profundamente misteriosa.
Ela faz tudo isto andar,
mas ainda não respondemos às questões básicas levantadas por Albert Einstein,
lá para trás, nos anos 20 e 30;
questões que envolvem probabilidade e medição, o acto de observar.
Para Niels Bohr, a medição muda tudo.
Ele acreditava que antes de se ter medido ou observado uma partícula,
as suas características permaneciam incertas.
Por exemplo, um electrão na experiência da dupla fenda:
antes de o detector lá ao fundo indicar a sua localização,
podia estar quase em qualquer lado, em todo um largo espectro de possibilidades,
até ao momento de ser observado.
E só nesse ponto desaparece a incerteza da localização.
De acordo com a abordagem de Bohr à mecânica quântica,
quando se mede uma partícula,
o acto de medir obriga a partícula a abandonar
todos os lugares possiveis onde podia ter estado
e a seleccionar uma localização definida onde a iremos encontrar.
O acto de medir é o que obriga a partícula a fazer essa escolha.
Niels Bohr aceitava que a natureza da realidade era inerentemente difusa,
mas Einstein não.
Ele acreditava em certezas, não apenas quando uma coisa é medida ou observada,
mas durante o tempo todo.
Como disse Einstein...
"Gosto de pensar que a Lua está lá mesmo quando não estou a olhar para ela".
Era isso que perturbava tanto Einstein.
Será que pensamos mesmo que a realidade do Universo
reside em abrirmos -- ou não -- os olhos?
É simplesmente bizarro.
Einstein estava convencido de que algo estava em falta na teoria quântica,
algo que descrevesse detalhadamente todas as características das partículas,
tal como a sua localização, mesmo quando ninguém estivesse a olhar para elas.
Porém, à época, poucos Físicos partilhavam a sua preocupação.
E Einstein até considerou isso como tratando-se de uma renúncia na tarefa dos Físicos.
Não se tratava propriamente de má Física; estava apenas profundamente incompleta.
Einstein repetia:
"A mecânica quântica não está errada,
vai até onde... até onde vai, mas está incompleta."
Não engloba todas as coisas que se podem dizer,
ou predizer, com segurança.
Apesar dos argumentos de Einstein, Niels Bohr permaneceu impassível.
Quando Einstein repetia que "Deus não joga aos dados",
Bohr respondia: "Pára de dizer a Deus o que há-de fazer."
Mas em 1935
Einstein pensou ter finalmente encontrado o calcanhar de Aquiles da mecânica quântica,
algo de tão estranho, tão contra toda a visão lógica do Universo,
que ele pensou ter na mão a chave para provar que a teoria estava incompleta.
Chama-se "entrelaçamento" [quântico].
A mais bizarra, mais absurda, mais louca,
mais ridícula previsão que a mecânica quântica faz
é o entrelaçamento.
O entrelaçamento é uma previsão teórica
que resulta das equações da mecânica quântica.
Duas partículas podem ficar "entrelaçadas" se estiverem muito próximas
e as suas propriedades ficam ligadas.
O interessante é que a mecânica quântica diz que mesmo que separemos essas partículas
enviando-as em direcções opostas, elas podem permanecer entrelaçadas,
indissociavelmente ligadas.
Para perceber até que ponto isto é estranho
considere-se a propriedade dos electrões chamada "spin".
Diferentemente de um pião,
o spin de um electrão, tal como outras propriedades quânticas,
é, em geral, completamente indistinto e incerto
até ao momento de o medirmos.
E quando se mede, descobre-se que ou é um spinning no sentido dos ponteiros do relógio
ou no sentido contrário dos ponteiros do relógio.
É mais ou menos como esta roda.
Quando ela pára de rodar, o ponteiro fica aleatoriamente ou no vermelho ou no azul.
Agora imaginem uma segunda roda.
Se estas duas rodas se comportassem como dois electrões entrelaçados,
então, cada vez uma parar no vermelho,
a outra parará guarantidamente no azul,
e vice-versa.
Ora, uma vez que as rodas não estão ligadas, isto é suspeito até mais não.
Mas a mecânica quântica assumida
por Niels Bohr e pelos seus colegas ia ainda mais longe,
predizendo que se uma das rodas deste par estiver longe,
nem que seja na Lua, sem fios ou transmissores a ligá-las,
ainda assim, se se olhar para uma e ela estiver no vermelho, a outra estará certamente no azul.
Por outras palavras, se medirem uma partícula aqui,
não só a afectarão a ela,
mas a vossa medição irá também afectar a sua parceira entrelaçada,
esteja à distância que estiver.
Para Einstein, essa espécie de estranha ligação de longo alcance
entre rodas ou partículas spinning
era tão absurda que ele lhe chamou fantasmagórica,
"acção fantasmagórica à distância".
O que é surpreendente é que, quando se faz uma medição de uma partícula,
se afecta o estado da outra partícula.
Muda-se o estado dela.
Não há quaisquer forças, ou roldanas, ou fios telefónicos.
Não há nada a ligar estas coisas, certo?
Como é que a minha escolha de agir aqui tem alguma coisa a ver
com o que acontece ali?
Portanto, se não há maneira de elas comunicarem uma com a outra
isto é completamente bizarro.
Einstein simplesmente não conseguia aceitar que o entrelaçamento funcionasse desta maneira,
convencendo-se que era apenas a matemática que era esquisita, não a realidade.
Ele concordava que partículas entrelaçadas pudessem existir,
mas pensava que devia haver uma explicação mais simples do porquê de elas estarem ligadas
que não envolvesse uma misteriosa ligação à distância.
Em vez disso, insistia ele, partículas entrelaçadas eram mais como
um par de luvas.
Imaginem que alguém separa as duas luvas, pondo cada uma delas numa caixa.
Depois, essa pessoa entrega-me uma dessas caixas
e envia a outra para a Antárctida.
Obrigado.
Antes de eu olhar para a minha caixa, eu sei que ela contém ou
uma luva da mão esquerda ou uma luva da mão direita.
E quando eu abro a minha caixa, se encontrar uma luva da mão esquerda,
então sei que, nesse instante, a caixa na Antárctida
tem de conter uma luva da mão direita
mesmo que ninguém tenha olhado para o seu conteúdo.
Não há nada de misterioso nisto.
É óbvio que ter olhado para dentro da caixa,
eu não afectei nenhuma das duas luvas.
Esta caixa teve sempre uma luva da mão esquerda
e a da Antárctida teve sempre uma luva da mão direita.
Isso ficou estabelecido a partir do momento em que as luvas foram separadas e despachadas.
Ora, Einstein pensou que a mesma ideia, exactamente,
se aplica às partículas entrelaçadas.
Fosse qual fosse a configuração em que os electrões se encontrem,
ela deve ter sido totalmente determinada desde o momento em que eles se separaram.
Então quem é que tinha razão? Bohr,
que defendia as equações que diziam que as partículas eram
como rodas spinning que podiam instantâneamente ligar os seus resultados aleatórios,
mesmo através de grandes distâncias?
Ou Einstein, que acreditava que não havia qualquer ligação fantasmagórica,
mas que, em vez disso, tudo estava decidido muito antes de se olhar?
Bem, o grande desafio de perceber quem tinha razão,
Bohr ou Einstein, é que Einstein está a dizer que uma partícula
tem um spin definido antes de o medirmos.
"Como é que verifica isso?" perguntamos a Einstein.
Ele responde, "Bem, meçam-no e ficam a saber o spin definido".
Bohr diria: "Mas é o acto de medir
que trouxe o spin para um estado definido".
Nenhum deles sabia como resolver o problema.
Então toda a questão veio a ser considerada filosofia, não ciência.
Em 1955 Einstein morreu, ainda convencido que a mecânica quântica oferecia,
na melhor das hipóteses, um retrato incompleto da realidade.
In 1967, na Universidade de Columbia,
a missão de Einstein de desafiar a mecânica quântica
foi continuada por um novato improvável.
John Clauser estava à beira de conseguir um Ph.D. em Astrofísica.
O único obstáculo no seu caminho era a sua classificação em mecânica quântica.
Quando eu ainda estava a fazer a pós-graduação, por mais que tentasse,
não conseguia perceber a mecânica quântica.
Clauser interrogava-se se Einstein poderia ter razão,
quando fez uma descoberta daquelas que mudam uma vida.
Era um artigo obscuro de um pouco conhecido Físico Irlandês chamado John Bell.
Surpreendentemente, Bell parecia ter encontrado uma maneira de desfazer
o impasse entre Einstein e Bohr e mostrar, de uma vez por todas,
quem é que tinha razão acerca do Universo.
Eu estava convencido que a visão da mecânica quântica estava provavelmente errada.
Ao ler o artigo, Clauser viu que Bell tinha descoberto
como saber se as partículas entrelaçadas estavam
realmente a comunicar através de uma acção fantasmagórica, como as rodas emparelhadas,
ou se, de todo, não havia nada de fantasmagórico
e as partículas já estavam estabelecidas nos seus caminhos, como o par de luvas.
E mais: com alguma matemática hábil,
Bell mostrou que se a acção fantasmagórica não estivesse a funcionar,
então a mecânica quântica não estaria meramente incompleta,
como Einstein pensava... Estaria errada.
Cheguei à conclusão que:
"Meu Deus, este é um dos mais profundos resultados que alguma vez vi".
Bell era um teórico
mas o seu artigo mostrava que a questão se podia decidir
se se pudesse construir uma máquina que criasse e comparasse
muitos pares de partículas entrelaçadas.
Bell transformou o assunto numa questão experimental.
Não ia ser só filosofia ou...
ou troca de artigos.
E a experiência que ele imaginou podia ser feita.
Podia-se efectivamente efectuar uma experiência real para forçar o desenlace.
Clauser arrancou com a construção de uma máquina destinada a resolver finalmente o debate.
À época eu era apenas um banalíssimo estudante de pós-graduação
e isto parecia, de facto, um "Uau!"
Há sempre aquela pequena hipótese de se ter achado
um resultado capaz de abanar o mundo.
A máquina de Clauser podia medir milhares de pares de partículas entrelaçadas
e comparar os seus spins em muitas direcções diferentes.
Quando os resultados começaram a entrar, Clauser ficou surpreendido e nada feliz.
Fiquei a perguntar a mim próprio "O que é que eu fiz de errado?
Que erros é que eu cometi nisto?"
Clauser repetiu as suas experiências
e, pouco depois, o Físico Francês Alain Aspect desenvolveu um teste mais sofisticado.
Com resultados significativamente mais definitivos,
Aspect removeu virtualmente todas as dúvidas que persistiam.
Os resultados de Clauser e de Aspect são verdadeiramente chocantes.
Eles provam que a matemática da mecânica quântica está certa.
O entrelaçamento é real.
As partículas quânticas podem encontrar-se ligadas através do espaço.
Medir uma coisa pode de facto afectar instantâneamente a parceira distante,
como se o espaço entre elas nem sequer existisse.
Aquilo que Einstein pensava ser impossível,
a acção fantasmagórica à distância, acontece mesmo.
Eu voltava a estar muito aborrecido por não ter deitado abaixo a mecânica quântica,
porque ainda tinha e, até hoje, continuo a ter,
grande dificuldade em compreendê-la.
Isso é a coisa mais estranha da mecânica quântica.
Não é possível compreendê-la.
E nem sequer me perguntem porquê.
Não me perguntem aquilo que vão perguntar... como é que funciona,
porque é uma pergunta proibida.
Tudo o que podemos dizer é "Aparentemente, essa é a maneira como o mundo funciona".
Então, se aceitarmos que o mundo realmente funciona desta maneira bizarra,
poderemos de alguma forma aproveitar a acção fantasmagórica, à distância, do entrelaçamento
para fazer qualquer coisa útil?
Bem, um dos sonhos em sido como transportar pessoas e coisas
de um sítio para outro sem passar pelo espaço intermédio.
Por outras plavras, teleportação.
- Teletransporta-me para bordo! - Energizar.
Energizar!
Star Trek fez sempre o teletransporte ou teleportação, parecer muito acessível.
Parece pura ficção científica, mas... poderia o entrelaçamento torná-lo possível?
Note-se que já há testes a correr
aqui nas Ilhas Canárias, ao largo da costa Africana.
Fazemos as experiências aqui nas Ilhas Canárias
porque há dois observatórios
e, bem vistas as coisas, é um belo sítio.
Anton Zeilinger está muito longe de se teleportar a si próprio ou a outro ser humano.
Mas está a tentar usar o entrelaçamento quântico
para teleportar partículas individuais minúsculas,
neste caso, fotões, partículas de luz.
Ele começa por gerar um par de fotões entrelaçados
num laboratório na ilha de La Palma.
Um fotão entrelaçado fica em La Palma,
enquanto o outro é enviado por laser para a ilha de Tenerife,
a 89 milhas.
Zeilinger faz entrar em jogo um terceiro fotão, aquele que ele quer teleportar,
e fá-lo interactuar com o fotão entrelaçado de La Palma.
A equipa estuda a interacção,
comparando os estados quânticos das duas partículas.
E aqui vai a parte espantosa:
por causa da acção fantasmagórica, a equipa é capaz de usar essa comparação
para transformar o fotão entrelaçado da ilha distante
numa cópia idêntica daquele terceiro fotão.
É como se o terceiro fotão se tivesse teleportado através do mar,
sem atravessar o espaço entre as ilhas.
Qualquer coisa como extrair a informação do original
e fazer um novo original lá.
Usando esta técnica,
Zeilinger teleportou com successo dezenas de partículas.
Mas será que isto pode ir mais longe?
Uma vez que somos feitos de partículas,
poderia esta processo tornar um dia possível a teleportação humana?
Benvindo à cidade de Nova Iorque.
Digamos que quero ir a Paris para um almocinho.
Bem, em teoria, o entrelaçamento pode um dia toná-lo possível.
Aqui está aquilo de que preciso.
Uma câmara de partículas, aqui em Nova Iorque,
que esteja entrelaçada com outra câmara de partículas em Paris.
Por aqui, Sr. Greene.
Eu entraria para uma cápsula que actua como uma espécie de scanner ou fax.
Enquanto o dispositivo esquadrinha o gigantesco número de partículas do meu corpo,
mais partículas do que as estrelas que existem no Universo observável,
está simultâneamente a esquadrinhar as partículas na outra câmara
e cria uma lista que compara o estado quântico
dos dois conjuntos de partículas.
E é aqui que o entrelaçamento entra.
Por causa da acção fantasmagórica à distância,
essa lista também revela como o estado original das minhas partículas
se relaciona com o estado das partículas em Paris.
Em seguida, o operador envia essa lista para Paris.
Lá eles usam a informação para reconstruir o estado quântico exacto
de cada uma das minhas partículas.
E materializa-se um novo eu.
As partículas não viajaram de Nova Iorque para Paris.
O entrelaçamento é que permite que o meu estado quântico
seja extraído em Nova Iorque e reconstituído em Paris,
até à última partícula.
- Bonjour, Monsieur Greene. - Olá.
E então, cá estou em Paris, uma réplica exacta de mim próprio.
E é melhor que seja,
porque a medição dos estados quânticos de todas as minhas partículas em Nova Iorque
destruiu o eu original.
É uma exigência absoluta do protocolo da teleportação quântica
que a coisa que é teleportada seja destruida no processo.
E estão a ver... isso põe-nos um bocadinho ansiosos.
Iríamos acabar como um monte de neutrões, protões e electrões.
Não íamos ficar com muito bom aspecto...
Estamos hoje ainda muito longe da teleportação humana,
mas a possibilidade levanta uma questão:
o Brian Greene que chega a Paris é realmente... eu?
Bem, não haveria diferença nenhuma entre o velho eu em Nova Iorque
e o novo eu, aqui em Paris.
E a razão é que, de acordo com a mecânica quântica,
não são as partículas físicas que fazem de mim eu,
é a informação que essas partículas contêm.
E essa informação foi teleportada exactamente,
para todos os biliões de biliões de partículas que compõem o meu corpo.
É uma questão filosófica muito profunda
se o que chega à estação de recepção é o original ou não.
A minha posição é que
por "original" entendemos uma coisa que tem todas as propriedades do original.
E se esse for o caso, então é o original.
Eu não entrava naquela máquina.
Quer a teleportação humana se torne alguma vez realidade -- ou não --
a incerteza difusa da mecânica quântica
tem toda a espécie de outras aplicações potenciais.
Aqui no M.I.T., Seth Lloyd é um de muitos investigadores
a tentar aproveitar a mecânica quântica de novas maneiras poderosas.
A mecânica quântica é estranha. É assim mesmo.
Sabem, a vida atira-nos limões estranhos.
Poderemos fazer limonada estranha com isto?
A limonada estranha de Lloyd vem na forma de um computador quântico.
Isto são as entranhas de um computador quântico.
Esta engenhoca de ouro e latão poderá não se parecer
nada com o computador que vos é familiar,
mas no fundo fala a mesma linguagem:
código binário,
uma linguagem para computer escrita com zeros e uns, chamados bits.
Então o bocado mais pequeno de informação é um bit.
E o que um computador faz é simplesmente
partir a informação nos pedaços o mais pequenos possível,
e depois fá-los correr realmente muito, muito depressa.
Este computador quântico fala por bits,
mas diferentemente de um bit convencional, que em cada momento pode ser ou 0 ou 1,
um bit quântico é muito mais flexível.
Sabem, algum coisa aqui pode ser um bit.
Aqui é 0, ali é 1.
É um bit de informação.
Se pudermos ter alguma coisa que está aqui e ali ao mesmo tempo,
então temos um bit quântico, ou qubit.
Tal como um electrão pode ser uma mistura indistinta de
de spin no sentido dos ponteiros do relógio e no sentido contrário,
um bit quântico pode ser uma mistura indistinta de se ser um 0 e um 1,
e então um qubit pode fazer várias coisas ao mesmo tempo.
Quer então dizer que se pode fazer computação
de formas que os nossos cérebros clássicos nem podiam sonhar.
Em teoria, bits quânticos podem ser feitos
de qualquer coisa que aja de forma quântica,
como um electrão ou um átomo.
Os qubits no coração deste computador são minúsculos circuitos supercondutivos
construidos com nanotecnologia, que podem correr em duas direcções ao mesmo tempo.
Uma vez que os bits quânticos são tão bons a fazer várias coisas ao mesmo tempo,
se conseguirmos perceber como pôr qubits a trabalhar juntos para resolver problemas,
o nosso poder computacional pode ter uma explosão exponencial.
Para ficarem com uma ideia de porque é que um computador quântico seria tão poderoso,
imaginem-se presos
no meio de um labirinto de sebes.
Haveriam de querer achar a saída o mais depressa possível.
O problema é que há tantas opções
e só me resta explorá-las, uma de cada vez.
Significa isso que vou chegar a muitos pontos sem saída,
percorrer muitos becos,
e dar imensas voltas erradas
até finalmente ter sorte e dar com a saída.
E é muito assim que os computadores actuais resolvem problemas.
Embora o façam muito depressa, eles só realizam uma tarefa de cada vez,
tal como eu que só posso investigar um caminho de cada vez no labirinto.
Mas se eu pudesse tentar todas as possibilidades ao mesmo tempo,
seria outra história.
E é mais ou menos assim que o computador quântico trabalha.
Uma vez que as partículas podem, em certo sentido, estar em muitos lugares ao mesmo tempo,
o computador poderia investigar um número enorme de caminhos
ou soluções ao mesmo tempo,
e achar a correcta num ápice.
Ora, um labirinto como este tem apenas um número limitado de caminhos para explorar,
por isso um computador convencional podia encontrar o caminho da saída bastante depressa.
Mas imaginem um problema com milhões ou milhares de milhões de variáveis,
como por exemplo prever o tempo com grande antecipação.
Poderíamos ser capazes de prever desastres naturais,
como sismos ou tornados.
Resolver esse tipo de problema agora seria impossível
porque seria preciso um computador absurdamente grande.
Mas um computador quântico podia fazer o trabalho com apenas umas poucas centenas de átomos.
E então o cérebro desse computador seria mais pequeno que um grão de areia.
Não haja dúvidas, estamos a ficar cada vez melhores
a tirar proveito do poder do mundo quântico,
e quem sabe até onde é que isso nos pode levar?
Mas não nos podemos esquecer que no cerne desta teoria
que já nos deu tanto, ainda há uma ferida aberta:
toda a estranheza nas profundezas do nível quântico,
à escala dos átomos e das partículas,
... até onde vai essa estranheza?
Porque é que as coisas, no mundo quântico, podem pairar num estado de incerteza,
estando aparentemente em parte aqui e em parte ali, com tantas possibilidades,
enquanto que vocês e eu que, no final de contas, somos feitos de átomos e partículas,
parecemos estar sempre presos num único estado definido.
Nós estamos, sempre, ou aqui ou ali.
Niels Bohr não ofereceu nenhuma explicação real do porquê de toda a estranha indefinição
do mundo quântico parecer desvanecer-se quando as coisas aumentam de tamanho.
Sendo a mecânica quântica poderosa e precisa como já provou ser,
os cientistas ainda lutam para perceber o facto.
Alguns acreditam que falta qualquer coisa
nas equações da mecânica quântica.
E se assim for, mesmo que haja múltiplas possibilidades no mundo pequeno,
os pormenores em falta permitiriam o acerto dos números na nossa ascensão
desde os átomos até aos objectos do mundo grande,
de tal maneira que se tornaria claro que
todas menos uma dessas possibilidades desapareceriam,
o que resultaria num resultado único e certo.
Outros Físicos acreditam que todas as possibilidades
que existem no mundo quântico jamais desaparecem.
Em vez disso, todos e cada um dos possíveis resultados acontecem efectivamente,
só que a maior parte acontece noutros universos paralelos ao nosso.
É uma ideia alucinante,
mas a realidade talvez vá para lá do único Universo que todos vemos
e esteja constantemente a subdividir-se, criando novos mundos alternativos
fazendo com que todas as possibilidades aconteçam.
Esta é a fronteira da mecânica quântica,
e ninguém sabe até onde é que ela pode levar.
O próprio facto de a nossa realidade ser muito maior do que pensávamos,
muito mais estranha e misteriosa do que pensávamos,
é para mim também muito belo e tremendamente inspirador.
A beleza da ciência está em ela permitir que aprendamos coisas
que vão para além dos nossos sonhos mais loucos,
e a mecânica quântica é a epítome disso.
Quando se aprende mecânica quântica,
nunca mais voltamos a ser os mesmos.
Por estranha que a mecânica quântica possa ser,
o que fica agora claro é que não há fronteira
entre os mundos do pequeno e do grande.
Pelo contrário, estas leis aplicam-se em toda a parte,
e o que há é que os seus aspectos estranhos são mais aparentes quando as coisas são pequenas.
E é assim que a descoberta da mecânica quântica revelou uma realidade,
a nossa realidade, que é tão chocante como empolgante,
mas que nos traz muito mais perto da plena compreensão do tecido do cosmos.