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O segredo das variáveis ocultas: até que ponto Einstein questionou a mecânica quântica?
O mundo da mecânica quântica está cheio de fenômenos estranhos e profundos, e uma das questões mais fascinantes diz respeito à existência ou ausência de variáveis ocultas. A ideia central da teoria das variáveis ocultas é que, se houver algumas variáveis locais que ainda não foram descobertas, o comportamento das partículas pode ser previsto com mais precisão, em vez de depender apenas da aleatoriedade da mecânica quântica. O desafiante mais conhecido a esta visão é Albert Einstein, um gigante científico que certa vez questionou a integridade da mecânica quântica e acreditava que era necessária uma explicação mais fundamental para compreender o comportamento do mundo microscópico.
"Deus não joga dados." Esta frase retrata vividamente as dúvidas de Einstein sobre a aleatoriedade e alimentou o debate acirrado entre a mecânica quântica e a teoria da mudança brusca.
Este debate ideológico começou em 1935, quando Einstein, Podolsky e Rosen publicaram um famoso artigo chamado EPR. O artigo propõe uma contradição, ou seja, o fenômeno do emaranhamento quântico parece indicar que as partículas podem afetar instantaneamente o estado umas das outras, o que é contrário ao princípio da "localidade" defendido por Einstein. De acordo com este princípio, nenhuma informação pode ser transmitida mais rapidamente do que a velocidade da luz, e o comportamento do emaranhamento quântico parece violar esta regra.
No entanto, com o teorema de Bell proposto por John Bell em 1964, a base desta teoria foi ainda mais expandida. O teorema de Bell afirma que nenhuma teoria de variáveis ocultas locais pode reproduzir todas as previsões da mecânica quântica. Isto significa que se os resultados experimentais mostrarem uma violação da desigualdade de Bell, a existência de variáveis ocultas locais não será suportada, implicando assim a singularidade da mecânica quântica.
“O comportamento bizarro de rejeitar todas as possíveis variáveis ocultas locais parece ecoar a natureza não intuitiva do mundo quântico.”
Para verificar o teorema de Bell, os cientistas começaram a realizar vários experimentos de Bell com o objetivo de encontrar vestígios de variáveis ocultas locais, e esses experimentos, em última análise, apoiaram as previsões da mecânica quântica. Desde o primeiro experimento de Bell conduzido por Friedman e Crowther em 1972 até o teste de Bell "sem buracos" nos últimos anos, os cientistas continuaram a explorar os limites relacionados ao comportamento quântico complexo.
Nesta fase, todos os testes Bell realizados comprovaram a estranheza e a imprevisibilidade do mundo quântico e estão impulsionando mais pesquisas sobre a mecânica quântica. Isso torna a teoria da informação quântica um campo emergente de alto perfil e abre caminho para o desenvolvimento da tecnologia de criptografia quântica.
"O nascimento da tecnologia de criptografia quântica nos permite ver o fim da teoria das variáveis ocultas."
Nesta série de experimentos, os cientistas gradualmente fecharam muitas lacunas e fortaleceram ainda mais os fundamentos da mecânica quântica. Alguns experimentos não apenas observaram o fenômeno do emaranhamento quântico, mas também romperam as lacunas de localização e detecção e finalmente chegaram a um consenso: a teoria das variáveis ocultas locais não se aplica mais. Três testes Bell "livres de bugs" em 2015 confirmaram ainda mais essa visão, permitindo aos pesquisadores confirmar a precisão da mecânica quântica com maior significância estatística.
No futuro, à medida que mais experimentos de Bell forem implementados em diferentes sistemas físicos, a comunidade científica encontrará uma teoria que possa satisfazer as previsões quânticas sem violar as variáveis ocultas locais? Talvez o mistério do mundo quântico ainda não tenha terminado e a sua verdade aguarde uma exploração e compreensão mais profundas?
