Esta página traz resumos em linguagem simples de artigos de física. Não fazemos ligação com Dost nem com outro texto; ler lado a lado é tarefa do próprio leitor.
Experimento: medido. Teoria: calculada ou demonstrada. Interpretação: seu significado é disputado. Os rótulos são nossa própria classificação; um artigo pode ter mais de uma natureza.
Pergunta principal: O colapso é um processo físico real?
Na mecânica quântica padrão, admite-se que a função de onda “colapsa” durante a medição, mas essa regra não sai da equação de Schrödinger e não está claro quando uma medição ocorre; esse problema se chama problema da medição. Os modelos de colapso mudam a própria equação: acrescentam colapsos “espontâneos” que são desprezivelmente raros em sistemas pequenos e frequentes e aleatórios em sistemas grandes. Assim, o colapso se torna um processo físico e pode ser testado por experimento. Os dois artigos sobre este tema contêm o primeiro desses modelos e uma proposta ligada à gravitação.
Nesta página58. Modelos de colapso · Ghirardi 1986 — Unified dynamics for mic · Penrose 1996 — On Gravity's role in Quan …
O modelo (o modelo GRW) que acrescenta à equação de Schrödinger processos aleatórios de “localização espontânea” e descreve sistemas microscópicos e macroscópicos com uma única dinâmica.
Na mecânica quântica, a equação de Schrödinger é linear e preserva superposições. Como resultado de uma medição, porém, observa-se um único resultado. A apresentação padrão põe, para isso, uma regra adicional de “colapso” sobre a equação e deixa pouco claro quando uma medição ocorre. Ghirardi, Rimini e Weber propuseram substituir as duas regras distintas por uma única dinâmica unificada.
No modelo, cada partícula sofre localização espontânea em instantes aleatórios. Com os números propostos, esse evento ocorre, para uma partícula, com uma frequência média de 10⁻¹⁶ por segundo; isto é, cerca de uma vez em cem milhões de anos para uma única partícula microscópica. Na localização, a função de onda é multiplicada por uma estrutura de cerca de 10⁻⁵ cm de largura em torno de uma posição escolhida e renormalizada.
Para um único elétron ou átomo, esse efeito é raro demais para ser observado; assim, fenômenos como a interferência permanecem consistentes com a teoria padrão. Um corpo macroscópico, por outro lado, consiste em um número muito grande de componentes, e a localização de um componente se espalha a todo o corpo por meio do estado emaranhado. Por isso, uma superposição macroscópica colapsa para uma única posição em um tempo tão curto quanto cerca de 10⁻⁷ segundos. Desse modo, obtém-se uma posição definida para o ponteiro ou o gato.
O centro da localização é escolhido ao acaso, e a probabilidade dessa escolha é montada de modo a concordar com as probabilidades de medição da teoria padrão; assim, o modelo reproduz as estatísticas de medição. O ponto em que a teoria se afasta da teoria padrão é que as superposições não se preservam para sempre em sistemas grandes; isso prevê pequenos desvios que podem ser testados por experimento.
Limite: a frequência e a largura de localização são parâmetros livres da teoria; os valores acima são a escolha proposta e foram depois testados por experimento.
Depois: A versão contínua do modelo (CSL) e seu teste por experimentos são levantados no verbete “Collapse Theories” da Stanford Encyclopedia of Philosophy: segundo esse verbete, os experimentos hoje impõem um limite superior de cerca de 10⁻¹³ s⁻¹ para a frequência, para localização de largura 10⁻⁷ m.
Gen. Relativ. Gravit. 28, 581-600 teoriainterpretação
A proposta que descreve a redução do estado quântico (colapso) vinculando-a à diferença na geometria dada ao espaço-tempo por duas distribuições de massa.
O ponto de partida de Penrose é o problema da medição: a teoria quântica pode descrever um sistema como uma superposição de vários estados, mas a medição dá um único resultado. Segundo Penrose, isso exige que a teoria quântica e a relatividade geral sejam consideradas juntas. Sua razão é esta: a superposição de uma massa situada em duas posições distintas significa uma superposição de duas geometrias de espaço-tempo diferentes.
A proposta é esta: à medida que a diferença entre essas duas geometrias cresce, a superposição se torna instável e, após um certo tempo, colapsa para um dos dois estados. O tempo depende da diferença de autoenergia gravitacional entre as duas distribuições de massa, E_G: aproximadamente τ ≈ ħ/E_G. Em palavras: se a diferença é pequena (massa pequena, deslocamento pequeno), o tempo é muito longo e a superposição é efetivamente preservada; se a diferença é grande (massa grande, deslocamento grande), o tempo é muito curto.
Assim, o tempo em que o colapso ocorre fica vinculado a uma escala de massa e deslocamento; essas escalas são definidas não pelas propriedades do aparelho de medida ou do ambiente, mas pela própria estrutura de espaço-tempo do estado.
Penrose sustenta que esse processo é independente do aparelho de medida e objetivo: o colapso não exige nem um observador nem emaranhamento com o ambiente (decoerência). Nesse aspecto, a proposta se distingue das abordagens que descrevem o colapso pela decoerência ambiental. Penrose conta o colapso como um evento que nasce da própria diferença geométrica do estado; os detalhes da montagem de medição não desempenham papel nesse cálculo.
Limite: esta é uma proposta teórica, não um resultado experimental; a forma exata do cálculo do tempo de colapso e a questão de para quais estados ele colapsará estão entre os problemas que o artigo trata. Uma proposta semelhante de localização ligada à gravidade também foi feita por Diósi.
Este resumo foi escrito sem consultar o resumo ou o texto do próprio artigo, com base em um relato conhecido; deve ser conferido com a fonte.
Depois: Essa proposta também é conhecida como modelo de Diósi–Penrose; segundo a Stanford Encyclopedia of Philosophy, a forma simples do modelo foi refutada em 2021 por um experimento realizado em um laboratório subterrâneo (Donadi et al.).
59. Mecânica quântica relacional e QBismo
Pergunta principal: O estado é definido em relação a um observador, é uma probabilidade subjetiva?
O que o estado quântico (a função de onda) descreve: o mundo, o conhecimento de um observador, a expectativa de um agente? A mecânica quântica relacional considera que o estado depende da relação entre dois sistemas; cada sistema pode carregar um estado distinto para outros sistemas. O QBismo, por sua vez, toma as probabilidades da regra de Born como as probabilidades subjetivas e pessoais do agente que faz a medição. Ambos abandonam a ideia de que o estado é independente do observador, mas situam o papel do observador de modo diferente.
Uma proposta de mecânica quântica relacional, que defende que o estado quântico não é independente do observador e que um sistema é descrito em relação a outro sistema.
Rovelli compara o desconforto conhecido como problema da medição ao desconforto criado pelas transformações de Lorentz antes de Einstein. Aquele desconforto vinha do conceito de tempo independente do observador. Rovelli propõe que o desconforto na mecânica quântica também vem de um conceito equivocado, o conceito de um estado de sistema independente do observador (ou de valores independentes do observador para as grandezas físicas).
Por isso ele coloca a questão da “interpretação da mecânica quântica” de outra forma: o objetivo é deduzir o formalismo da teoria a partir de poucos postulados físicos simples. Para isso, trata de reformular a mecânica quântica em termos de teoria da informação.
No quadro proposto, todos os sistemas são equivalentes. Não há distinção entre observador e observado; qualquer sistema físico pode ser “observador” para outro sistema. A teoria descreve apenas a informação que os sistemas têm uns sobre os outros, isto é, seus estados uns em relação aos outros. Mesmo assim, o artigo defende que a teoria é completa.
O artigo também defende que essa formulação teórico-informacional pode descrever o colapso da função de onda sem contá-lo como um processo físico adicional: a medição é o sistema que mede obter informação sobre o sistema medido, e essa informação é relativa a esse sistema que mede. Os mesmos dois sistemas podem ser descritos como uma superposição emaranhada para um terceiro observador que não participa da medição. Essas duas descrições não são uma contradição; pertencem a dois pontos de vista distintos. O autor enfatiza, por isso, que a expressão ‘o estado do sistema’ é sempre dita em relação a outro sistema.
Limite: esta é uma proposta de interpretação; não muda as previsões experimentais da teoria. Além disso, dois observadores atribuírem estados diferentes ao mesmo evento não é contado como contradição neste quadro; esse ponto tem sido objeto de discussões posteriores.
Depois: Um relato detalhado da abordagem está no verbete “Relational Quantum Mechanics” da Stanford Encyclopedia of Philosophy. Experimentos mentais do tipo amigo de Wigner têm sido o principal terreno em que essa interpretação é testada.
O artigo que introduz a interpretação QBista, que liga o estado quântico às probabilidades subjetivas do agente, e mostra como a “não localidade” quântica desaparece nessa interpretação.
O artigo é uma introdução à interpretação QBista da mecânica quântica. Os autores propõem que essa interpretação elimina os paradoxos, enigmas e pseudoproblemas que ocuparam os fundamentos da teoria quântica nos últimos noventa anos. Como exemplo, mostram em detalhe como o problema da “não localidade” quântica desaparece nessa interpretação.
O ponto de partida do QBismo é este: as probabilidades dadas pela regra de Born são os valores de probabilidade subjetivos (bayesianos) do agente que faz a medição; o estado quântico também é tratado não como uma descrição do mundo independente do observador, mas como um resumo das próprias expectativas do agente. A medição é uma ação que o agente realiza sobre o mundo, e o resultado é a experiência do agente. A mudança do estado após a medição é a atualização do conhecimento do agente.
Na discussão sobre a não localidade, o artigo defende isto: nos testes de Bell, o resultado da medição de um lado atualizar a expectativa do agente do outro lado não significa que algo distante é afetado instantaneamente; pois o que é atualizado não é um estado físico, mas as probabilidades pessoais do agente.
Os autores apresentam o QBismo como uma interpretação; não propõem nenhuma mudança no formalismo matemático da mecânica quântica. O que muda é a resposta à pergunta sobre o que o formalismo descreve. Por isso, resultados experimentais como as violações das desigualdades de Bell valem igualmente para o QBismo, e a interpretação os reconta em sua própria linguagem. O objetivo do artigo é fornecer uma introdução a um leitor; no lugar de deduções matemáticas detalhadas, apresenta os movimentos básicos da interpretação e o exemplo da não localidade.
Limite: o QBismo é uma interpretação; as previsões da teoria permanecem as mesmas da mecânica quântica padrão, e ela não pode ser distinguida das outras interpretações por experimento. As principais críticas dirigidas à abordagem dizem respeito a com que concepção de realidade física a subjetividade do estado quântico poderia ser conciliada; isso é disputado.
Depois: Um levantamento da abordagem junto com outras interpretações pragmatistas está no verbete “Quantum-Bayesian and Pragmatist Views of Quantum Theory” da Stanford Encyclopedia of Philosophy.