Física Quântica
Entenda as diversas interpretações da física quântica


O problemático colapso da onda

por Osvaldo Pessoa Jr.

Na primeira lição de física quântica, - clique aqui e leia - aprendemos uma maneira de interpretar o que acontece no mundo dos átomos, partículas (como o elétron) e radiação (como a luz). Um objeto quântico se propaga como onda, de maneira que ele não tem uma posição bem definida (está espalhado no espaço), e pode nem ter uma energia bem definida. Mas quando ele é medido, ele é observado com uma posição precisa (o vemos como um ponto).

Voltemos a um exemplo parecido com o do último texto - clique aqui e leia -, só que ao invés de termos duas fendas, temos só uma:

O objeto quântico, que pode ser um único elétron, ao passar por uma fenda se espalha, na forma de ondas esféricas. Onde está este elétron? Segundo a interpretação que estamos adotando, ele está espalhado (há outras interpretações, como veremos mais para frente).

Mas se tentarmos observá-lo, ele aparecerá espalhado? Vamos fazer o experimento. Colocamos uma *tela de cintilação (ou algum detector equivalente) que marca a passagem do elétron. Se o detector tiver uma alta eficiência, mediremos o elétron, e este aparecerá... como um ponto, em P! Já sabíamos disso! - clique aqui e leia.

Mas notem que depois da detecção do elétron, a onda que estava espalhada desaparece! É costume dizer que a onda sofreu um colapso.

Essa idéia de que “uma onda real vai se propagando por aí e, quando é observada (medida), sofre um colapso” nunca foi muito bem aceita entre os físicos, pela seguinte razão. Considere a região em torno do ponto Q, na figura. Logo antes da detecção em P, havia uma onda em torno de Q, mas com a detecção em P, a onda em Q desaparece instantaneamente. P e Q podem estar separados a uma distância imensa, como a distância entre a Terra e o Sol: como é que uma medição na Terra (P) poderia afetar instantaneamente uma onda no Sol (Q)?

Isso seria um exemplo de “ação à distância”, ou “não-localidade”, e os físicos normalmente odeiam esse tipo de coisa. Eles gostam de “ação por contato” ou “localidade”. Por exemplo, se eu ligo um interruptor de luz, demora alguns microssegundos para uma lâmpada acender. Parece instantâneo mas não é, pois a eletricidade, no fio que leva à lâmpada, tem uma velocidade finita.

Hoje em dia, porém, os físicos quânticos já aceitam falar de não-localidade. Assim, essa interpretação do colapso instantâneo ficou menos problemática do que parecia ser há 30 anos atrás. Na verdade, ela tem outros problemas, mas nós, que estamos aprendendo física quântica, podemos adotar essa “interpretação realista ondulatória” para entender algumas questões filosóficas que são discutidas nos livros de divulgação desta área que chamarei de “misticismo quântico”.

Uma última pergunta: o que acontece com o elétron depois que ele é detectado? Ao “virar um ponto” ele deixa de ser onda?

Duas coisas podem acontecer com um objeto quântico que é medido: ele pode ser absorvido pelo detector (e desaparecer), como geralmente ocorre com a luz, ou ele pode continuar existindo. Vamos considerar um detector que não destrói o elétron, como faria uma “câmara de nuvem”. A figura abaixo representa o que acontece, segundo a nossa interpretação realista ondulatória:

A câmara de nuvem é um recipiente com vapor d’água, em que se registra a passagem do elétron. O que o cientista vê são apenas os asteriscos, que se alinham mais ou menos em linha reta. Esta é a “trajetória” da partícula elementar, segundo a observação do cientista. Mas a interpretação ondulatória diz que o elétron sempre é onda, e que na detecção (no asterisco) ele se transforma num pulso de onda bem apertado. O que a figura mostra é que, depois da detecção, a onda associada ao elétron começa a se espalhar novamente.

*detector de elétrons

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Osvaldo Pessoa Jr.
é filósofo da ciência, com doutorado sobre física quântica
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