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A escolha secreta de um fóton: seu comportamento pode realmente ser determinado somente após a configuração experimental?
As profundezas da física quântica muitas vezes desafiam nossa compreensão básica da realidade, como exemplificado pelos experimentos de escolha retardada de John Archibald Wheeler em 1978 e 1984. . Esses experimentos mentais destacam uma ideia central da teoria quântica, sugerindo que os fótons não devem receber nenhuma substância concreta durante seu voo, desde seu ponto de entrada até seus momentos finais.
Esses experimentos fecharam uma brecha no experimento tradicional de dupla fenda, mostrando que o comportamento quântico depende da configuração experimental.
O conceito de escolha tardia perturba nossa compreensão da causalidade, particularmente quando se trata de como um fóton de luz "decide" viajar como uma partícula ou uma onda. Os primeiros pesquisadores afirmaram que os fótons pareciam "sentir" o aparato experimental pelo qual passavam e ajustar seu comportamento de acordo.
Conceito de Wheeler de experimento de escolha retardada
O experimento de escolha retardada de Wheeler demonstrou que o modelo de propagação não poderia explicar consistentemente a teoria quântica. Neste experimento, os fótons têm dois caminhos iguais da fonte até o detector. A chave para esse experimento é que a escolha entre os dois caminhos é adiada até pouco antes do teste.
O objetivo é garantir que qualquer partícula ou onda viajando através de um sistema quântico tenha cruzado dois caminhos distintos antes de escolher uma maneira de prosseguir em um experimento.
Ou da perspectiva de um "interferômetro cósmico", Wheeler imaginou um quasar a bilhões de anos-luz de distância curvando e interferindo a luz através de uma galáxia massiva. À medida que os fótons viajam na direção da Terra, eles precisam "decidir" se querem contornar essa galáxia massiva como partículas ou como ondas, percorrendo ambos os caminhos ao mesmo tempo.
Versão universal do experimento
Quando esses fótons atingirem a Terra, observações astronômicas mostrarão a imagem de dois quasares separados pelo efeito de lente gravitacional. Alguns pesquisadores apontam que se um fóton for emitido como uma partícula, ele deve ser detectável em apenas um telescópio. A escolha dos fótons parece ter sido definida há centenas de milhões de anos. No entanto, os pesquisadores começaram a desafiar essa configuração ao direcionar a saída de dois telescópios para um divisor de feixe.
Os resultados das observações deste sistema foram surpreendentes: uma saída mostrou forte interferência, enquanto a outra foi quase zero, indicando que os fótons experimentaram efeitos quânticos de autocancelamento no processo.
Wheeler levou seu pensamento ainda mais longe e começou a questionar se tudo isso significava que o comportamento dos fótons era rastreável e autoselecionado. Em outras palavras, quando os astrônomos colocam ou removem um divisor de feixe em um determinado momento, aqueles fótons de milhões de anos atrás podem fazer escolhas diferentes retroativamente, o que cativou a imaginação das pessoas.
Discussão e reflexão sobre o experimento da dupla fenda
A ideia de escolha tardia também pode ser encontrada no clássico experimento da dupla fenda. Quando configurado com base no comportamento dos fótons, como a luz passaria pelas fendas duplas de forma diferente dependendo do equipamento de detecção? Essa pergunta confunde muitos cientistas? O experimento da dupla fenda revela a dualidade onda-partícula e leva as pessoas a pensar: como um fóton se torna uma onda ou uma partícula no momento da "decisão"?
Os resultados previsíveis do experimento não foram afetados independentemente de quando a tela de detecção foi inserida ou removida, desafiando nossa compreensão fundamental dos fenômenos quânticos.
Nesse desafio, os cientistas também começaram a explorar a interpretação de Bohm, que afirma que os fótons ou elétrons seguem as leis da física clássica e são influenciados pelo potencial quântico nessa base. Essa teoria fornece uma perspectiva diferente sobre a conexão entre comportamento quântico e história, mas a visão também enfrenta o desafio de ser inconsistente com a relatividade.
Experimentos e pensamentos futuros
Pesquisadores que buscam projetar experimentos de escolha retardada com base em efeitos quânticos finalmente revelaram a estrutura profunda da dualidade onda-partícula. Essas explorações experimentais não apenas expandem nossa compreensão do mundo quântico, mas também estimulam uma reformulação do papel dos observadores. À medida que os experimentos de escolha retardada se tornam mais recentes, seus limites com a física clássica estão se tornando cada vez mais confusos, e eles apresentam novos fenômenos de coexistência onda-partícula.
À medida que os experimentos progridem, a comunidade científica se aproxima de uma questão fundamental: o comportamento dos fótons é realmente determinado por nossas escolhas? Talvez, em um nível mais profundo, tudo isso seja apenas parte do complexo funcionamento da natureza?
