Em Defesa do Design Inteligente

Início » Mecânica Quântica de Campos

Arquivo da categoria: Mecânica Quântica de Campos

No mundo quântico, o futuro afeta o passado

 

Inovação Tecnológica.

Veja como existem duas realidades no cosmos que vivemos. A natureza da natureza exibe um mistério, enquanto a nível macro a realidade se comporta de uma forma, a nível micro, subatômico a realidade se comporta de outra forma. Algum problema?

Oras, pense: O que é essa realidade, do que ela é feita? Matéria?

Não seria o átomo o menor “pedaço” de matéria? Os mais íntimos da física sabem que não… 

Mas pense você, esse teclado é matéria ? Do tipo algo concreto? Parece que sim né?

Mas na verdade, não existe matéria, tudo o que forma seu teclado é um sistema, nesse sistema não existe matéria apenas probabilidades e pasme … A sua mente.

 

Agora preste atenção neste artigo:

Com informações da Universidade de Washington – 24/02/2015

 

No mundo quântico, o futuro afeta o passado

As predições tradicionais (esquerda) ficam no 50-50, enquanto nas “previsões anômalas”, ou retrodições, (à direita) o acerto é de 9 para 1. [Imagem: D. Tan et al. (2015)]

O futuro afeta o passado

É muito comum usar dados do passado, as chamadas séries temporais, para prever o futuro. Mas, no mundo quântico, o futuro pode prever o passado com muito mais precisão.

Em uma espécie de jogo de adivinhação jogado com um qubit supercondutor, físicos da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, descobriram uma maneira de aumentar muito as chances de adivinhar corretamente o estado de um sistema de dois estados – algo como acertar caras e coroas ao jogar uma moeda.

Combinando informações sobre a evolução do qubit depois de um tempo determinado, com informações sobre a sua evolução até aquele momento, a equipe conseguiu aumentar as chances de acerto dos tradicionais 50-50 para 90-10.

Mesmo se você souber tudo o que a mecânica quântica pode dizer sobre uma partícula quântica, explica o professor Kater Murch, você não pode prever com certeza o resultado de um experimento simples para medir o estado dessa partícula. Tudo o que a mecânica quântica pode nos oferecer são probabilidades estatísticas para os possíveis resultados.

Neste experimento, contudo, é como se o que fizemos hoje mudasse o que fizemos ontem. E, como esta analogia sugere, este resultado experimental tem implicações assustadoras sobre o nosso conceito de tempo e de causalidade – pelo menos no mundo microscópico onde a mecânica quântica se aplica.

 

No mundo quântico, o futuro afeta o passado

Vários experimentos, dos mais diversos tipos, têm questionado a noção tradicional de causa e efeito. [Imagem: IQOQI/Vienna]

 

 

Adivinhação quântica

O dispositivo usado no experimento é um circuito supercondutor simples – um qubit – que passa a obedecer as regras do mundo quântico quando é resfriado até perto do zero absoluto. A equipe usou dois níveis de energia desse qubit – o estado fundamental e um estado excitado – como modelo do sistema quântico. Entre estes dois estados, há um número infinito de estados quânticos que são superposições, ou combinações, dos estados fundamental e excitado.

O estado quântico do circuito é detectado colocando-o dentro de uma caixa de micro-ondas. Uns poucos fótons de micro-ondas são enviados para a caixa, onde os seus campos interagem com o circuito supercondutor. Então, quando os fótons saem da caixa, eles possuem informações sobre o sistema quântico.

Essas “medições fracas” não perturbam o qubit, ao contrário das “medições fortes”, feitas com fótons que são ressonantes com a diferença de energia entre os dois estados, que fazem o circuito colapsar em um ou outro estado.

É algo como um jogo de adivinhação quântica, no qual os estados do qubit fazem as vezes da cara e coroa de uma moeda.

Previsão retrospectiva

“Nós começamos cada rodada colocando o qubit em uma superposição dos dois estados,” explica Murch. “Então nós fazemos uma medição forte, mas escondemos o resultado, e continuamos monitorando o sistema com medições fracas. Calculando para a frente, usando a equação de Born que expressa a probabilidade de encontrar o sistema em um estado particular, suas chances de acertar são apenas de 50-50.”

“Mas você também pode calcular para trás usando algo chamado matriz de efeito. Basta pegar todas as equações e invertê-las. Elas ainda funcionam e você pode simplesmente rastrear a trajetória rumo ao passado.

 

 

 

No mundo quântico, o futuro afeta o passado
Os físicos têm debatido intensamente se o futuro pode afetar o passado se o tempo é real ou é uma ilusão e até mesmo se o futuro do Universo pode estar influenciando o presente. [Imagem: Cortesia Shutterstock/Sam72]

“Portanto, há uma trajetória indo em um curso para trás e uma trajetória indo para a frente, e, se olharmos as duas juntas e pesarmos a informação em ambas igualmente, temos algo que chamamos de uma previsão retrospectiva, ou ‘retrodição’,” diz Murch.

O espantoso sobre essa espantosa “retrodição” é que ela tem uma precisão de 90%. Quando a equipe tenta prever o resultado da medição forte que feita inicialmente e armazenada, o cálculo acerta nove vezes em cada 10 tentativas.

Em outras palavras, diz Murch, o futuro prevê o passado no mundo quântico.

Flecha do tempo e causalidade

Isto tem implicações para problemas muito profundos da física e da interpretação da realidade, incluindo a tradicional “lei de causa e efeito“.

O resultado sugere, por exemplo, que, no mundo quântico o tempo roda tanto para trás quanto para a frente, enquanto que, no mundo clássico em que interagimos, o tempo parece só correr para a frente.

“Não está claro por que no mundo real, o mundo constituído por muitas partículas, o tempo só vai para a frente e a entropia sempre aumenta,” disse Murch. “Mas muitas pessoas estão trabalhando nesse problema e eu espero que isso seja resolvido em poucos anos”.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Bibliografia:
Prediction and retrodiction for a continuously monitored superconducting qubit
D. Tan, S. J. Weber, I. Siddiqi, Klaus Molmer, Kater W. Murch
Physical Review Letters
Vol.: Accepted paper
http://arxiv.org/abs/1409.0510
Anúncios

A mecânica quântica de campos – O que é real? – Parte II

Eis a continuação do artigo sobre mecânica quântica, a primeira parte você pode ver aqui.

Segue o artigo:

Problemas com as Partículas

Um caso extremo em que as partículas são não identificáveis é o vácuo, que na teoria quântica de campos mostra propriedades paradoxais. É possível ter um vácuo geral – por definição, um estado de zero-partícula – e ao mesmo tempo observar algo muito diferente de vácuo em uma parte qualquer finita. Em outra palavras, sua casa pode estar completamente vazia mesmo que você encontre partículas por todos os lados. Se o corpo de bombeiros perguntar se ainda há alguém dentro de uma casa em chamas e você responder que não, os bombeiros poderão questionar sua sanidade quando descobrirem pessoas se acotovelando por todos os cantos.

Outra característica impressionante do vácuo na teoria quântica de campos é conhecida como efeito Unruh. Um astronauta em repouso poderá pensar que está no vácuo , enquanto outro astronauta em uma nave espacial em aceleração, poderá sentir-se imerso num banho térmico de inúmeras partículas. Esses pontos de vista discrepantes também ocorrem no perímetro de buracos negros e leva a conclusões paradoxais sobre o destino da matéria que se precipita no interior dele. Se a ideia de vácuo cheio de partículas parece absurda é porque a noção clássica de partículas está nos enganando;o que a teoria descreve é algo diferente. Se o número de partículas não depende do observador, então parece incoerente supor que partículas sejam os elementos básicos da matéria. Podemos admitir o fato de que várias características são independentes do observador, mas não exatamente o fato de que existem muitos blocos de construção.

Finalmente, a teoria propõe que essas partículas podem perder sua individualidade. No fenômeno intrigante do emaranhamento quântico, partículas podem ser assimiladas por um sistema maior e abandonar as propriedade que as distinguem entre si. As partículas prováveis compartilham não só as características inerentes como massa e carga, mas também propriedades espaciais e temporais como a faixa de posições em que podem ser encontradas. Quando as partículas são emaranhadas o observador não consegue distinguir uma da outra. Nessas condições ainda existem realmente dois objetos?

Teóricos poderão afirmar que duas partículas hipotéticas são entidades distintas. Os filósofos chamam essa regra de “ecceidade primitiva”. Por definição, a ecceidade não pode ser observada. A maioria dos físicos e filósofos não acredita muito nesses movimentos ad hoc. Ao contrário, parece que as duas partículas deixam de existir. O sistema emaranhado comporta-se como um todo indivisível e a noção de “parte” – deixe a partícula em paz – perde o sentido.

Problemas teóricos como esse envolvendo partículas desaparecem rapidamente diante da experimentação. O que um “detector de partículas” encontra alem de partículas? A resposta é que partículas são sempre uma inferência. Tudo o que um detector registra é um grande número de excitações dispersas do material do sensor. As dificuldades aumentam quando ligamos os pontos e inferimos a existência de trajetórias das partículas que podem ser seguidas no tempo.(Observação: uma minoria de interpretações da física quântica realmente referem-se a trajetórias bem definidas. Mas estão sujeitas as suas próprias dificuldades e prefiro ater-me ao ponto de vista padrão.)

Por isso analisemos a questão. Podemos imaginar as partículas como minusculas bolas de bilhar, mas o que os físicos modernos chamam de “partículas” não é nada disso. De acordo com a teoria quântica de campos objetos não podem ser localizados em uma região finita do espaço, não importa se a região é muito grande ou nebulosa demais. Além disso, o número de partículas depende do movimento do observador. Considerar todos esses resultados em conjunto soa como anunciar a morte da ideia de que a Natureza é constituída por qualquer coisa, como partículas semelhantes a bolas.

Com base nesta e outra percepções é possível concluir que “física de partículas” é um termo inadequado; o que os físicos continuam a chamar de partículas, realmente não existe. Deveríamos adotar o termo “partícula quântica”, mas o que justifica o uso da palavra “partícula” se praticamente nada sobrou da noção clássica [Eu (Jeph Simple) diria noção do mundo físico, que entendemos de acordo com nossos sentidos, visão, tato, olfato…] de partícula? É melhor enfrentar os fatos e abandonar o conceito. Alguns consideram essas dificuldades como evidências indiretas para uma interpretação pura de campo na teoria quântica de campos. Segundo esse raciocínio, partículas nada mais são que ondulações em um campo que preenche todo o espaço como um fluído invisível. [Nota minha( jeph Simple) : Foi exatamente isso que você leu; ondulações que preenchem o espaço como um FLUÍDO INVISÍVEL … Enfim a realidade é invisível, ao menos é construída por “entidades” invisíveis]
No entanto, como veremos a seguir, também não é fácil interpretar a teoria quântica de campos em termos de campos.

(Fim da segunda parte)

Não perca a continuação deste artigo. Que será sobre o problema com campos. Em breve estarei postando, você vai ver que aquilo que você pensa ser real,  não é exatamente como seus olhos veem.

O que essas informações me levaram a concluir?

Tais informações me levaram a ver este universo não mais como eu via antes, a partir de uma perspectiva sensorial humana, mesmo uma perspectiva refinada pela lógica, pela ciência séria, me fez adotar uma postura mais humilde, até perplexa sobre a “natureza da natureza”.

O universo é muito mais misterioso e inescrutável do que imaginamos… Para mim isso é óbvio pois ele é obra de uma Mente Divina. Quem poderia entender de verdade tal Mente tão Grandiosa???

Físicos separam uma partícula de suas propriedades

Em breve em vou postar a segunda parte de A mecânica quântica de campos – O que é real?

Hoje eu vou postar algo também ligado a quântica, e ficando ainda a pergunta … O que é real?

Esse artigo é do site Inovação Tecnológica.

 

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/07/2014

Físicos separam uma partícula de suas propriedades

“Eu já vi um gato sem sorriso, mas um sorriso sem gato…” Alice.[Imagem: Vienna University of Technology]

 

Gato quântico

Imagine uma bola rolando.

Agora imagine separar as duas coisas, a bola de um lado e o seu “rolamento” de outro.

Talvez seja mais fácil se lembrar do Gato que Ri, ou Gato Cheshire, o personagem de Alice no País das Maravilhas: o gato sumia, mas seu sorriso ficava.

Um sorriso sem gato, um giro sem bola – ainda que tudo pareça fantasia, agora se comprovou que isto é bem real no mundo da Física Quântica.

Físicos conseguiram pela primeira vez separar as propriedades de uma partícula da própria partícula.

O experimento mostrou que o momento magnético – também conhecido como spin, ou giro – de um nêutron pode ser medido de forma independente do próprio nêutron.

Esta é a primeira observação experimental de um novo paradoxo quântico batizado de “Paradoxo do Gato de Cheshire” – lembrando o já bem conhecido Gato de Schrodinger, que pode ficar vivo e morto ao mesmo tempo, ou em 101 outros estados simultaneamente.

A ideia básica de um Gato de Cheshire Quântico consiste em separar as propriedades de um objeto da sua localização física, de modo que os dois possam ser medidos em lugares diferentes.

Superposição

Enquanto na nossa experiência cotidiana os objetos são espacialmente ligados às suas propriedades, as leis da mecânica quântica permitem que as partículas assumam diferentes estados físicos ao mesmo tempo, um fenômeno conhecido como superposição.

Por exemplo, se um feixe de nêutrons é dividido em dois usando um cristal, os nêutrons individuais não precisam decidir qual dos dois caminhos tomar. Em vez disso, eles podem viajar ao longo de ambos os caminhos ao mesmo tempo, em uma superposição quântica – pelo menos até você tentar encontrá-los, quando então eles “colapsam” em um dos dois caminhos.

Como seu nome indica, os nêutrons não são eletricamente carregados, mas eles carregam um momento magnético – seu spin, ou orientação magnética, uma propriedade que descreve a força que um campo magnético externo exerce sobre a partícula.

O que Yuji Hasegawa e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, fizeram agora foi forçar os nêutrons a viajar por um caminho diferente do seu momento magnético.

Físicos separam uma partícula de suas propriedades

A partícula segue um caminho, mas sua propriedade vem pelo caminho oposto. [Imagem: Tobias Denkmayr et al. – 10.1038/ncomms5492]

Partícula de um lado, propriedade do outro

O experimento começa com um feixe de nêutrons sendo dividido em duas partes por um interferômetro.

Em seguida, os spins dos nêutrons em cada um dos dois feixes são deslocados em diferentes direções: o feixe de nêutrons superior assume um spin paralelo à trajetória dos nêutrons, enquanto o spin dos nêutrons do feixe inferior aponta na direção oposta.

Quando os dois feixes são recombinados, o experimento se concentra apenas nos nêutrons que têm uma rotação paralela à sua direção de movimento – todos os outros são simplesmente ignorados, algo que os físicos chamam de “pós-seleção”.

Esses nêutrons – com um spin paralelo à sua direção de movimento – devem claramente ter viajado pelo caminho superior, pois somente lá os nêutrons têm esse estado de spin.

As coisas ficam interessantes quando um campo magnético é usado para mudar ligeiramente o spin dos nêutrons em um dos feixes, já que, quando os dois feixes são recombinados, eles podem se amplificar ou se cancelar.

É exatamente isto o que se vê na medição se o campo magnético for aplicado ao feixe inferior – mas esta é a rota que os nêutrons selecionados no experimento nunca deveriam ter tomado. Se o campo magnético é aplicado ao feixe superior, ele não produz qualquer efeito no feixe recombinado.

“Ao longo de um dos caminhos, as próprias partículas acoplam-se ao nosso dispositivo de medição, mas somente o outro caminho é sensível ao acoplamento magnético do spin. O sistema se comporta como se as partículas estivessem espacialmente separadas de suas propriedades,” conclui o físico Tobias Denkmayr.

Físicos separam uma partícula de suas propriedades

Apesar do aspecto um tanto ameaçador, esta é a fonte de nêutrons do Instituto Laue-Langevin, onde o Gato Que Ri Quântico foi criado. [Imagem: ILL]

 

 

Ruídos quânticos

Apesar de tudo muito estranho, detectar o sorriso e o gato em locais diferentes pode ter aplicações práticas.

Os pesquisadores afirmam que o mecanismo poderá ser usado para remover “ruídos” e melhorar a resolução de medições de alta precisão.

Por exemplo, recentemente se demonstrou que técnicas para superar a velocidade da luz não conseguem transmitir dados por conta desses ruídos. E uma equipe brasileira está lidando com as interferências para criar novos métodos para a troca de informações em computadores quânticos.

“Considere um sistema quântico que tenha duas propriedades: você quer medir a primeira com muita precisão, mas a segunda torna o sistema propenso a perturbações. As duas podem ser separadas usando um Gato Que Ri Quântico e, possivelmente, a perturbação pode ser minimizada,” disse Stephan Sponar, outro membro da equipe.

Segundo o grupo, tudo indica que esta nova técnica pode ser aplicada a qualquer propriedade de qualquer objeto quântico – objetos que se comportam segundo os ditames da mecânica quântica, como átomos, fótons e partículas subatômicas.

 

Bibliografia:

Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter-wave interferometer experiment
Tobias Denkmayr, Hermann Geppert, Stephan Sponar, Hartmut Lemmel, Alexandre Matzkin, Jeff Tollaksen, Yuji Hasegawa
Nature Communications
Vol.: 5, Article number: 4492
DOI: 10.1038/ncomms5492

A mecânica quântica de campos – O que é real? – Parte I

Eu desde a minha infância tenho paixão por animais. Lembro-me de preferir livros que falavam sobre os animais em geral e seus comportamentos a livros de contos infantil. Sempre gostei de programas que favam sobre bichos. A aula que mais gostava era biologia, nem passava pela minha cabeça questões sobre a validade da teoria da evolução, eu só tinha olhos para os seres vivos.

Enfim, meu blog é muito dedicado a biologia, meu debate sobre ateísmo, naturalismo, materialismo; gira muito em torno dela, sou um defensor ferrenho da Teoria do Design Inteligente a TDI.

Vou continuar lendo e postando muito sobre biologia mas hoje eu quero publicar sobre algo que também vem me causando paixão, algo que sou leigo, ignorante, mas vem me fascinando, além é claro de desafiar nossa noção de espaço e tempo e envergonhar o materialismo reducionista, o materialismo filosófico e até quem sabe o naturalismo.

Do que eu estou falando?… Da mecânica quântica de campos.

Eu vou publicar uma matéria em partes, pois a matéria é grande e meu tempo para escrever é escasso; que foi publicada na revista Science American Brasil do Ano passado [2013], do mês de setembro, Ano 11, número 136; páginas 35 a 41.

É muito esclarecedora e interessante, espero que você goste, eu fiz alguns brevíssimos comentários que estão em vermelho, enfim é opinião minha e não da revista.

Boa leitura…

Não é que falte aos físicos uma teoria válida do domínio subatômico.Ela existe: é chamada teoria quântica dos campos. Teóricos a desenvolveram entre o fim dos anos 20 e o início da década de 50 misturando a antiga teoria da mecânica quântica com a teoria da relatividade especial de Einstein. A teoria quântica de campos fornece as bases conceituais do Modelo Padrão da física de partículas para descrever os blocos de construção fundamental da matéria e suas interações em um sistema comum. Em termos de precisão empírica é a teoria mais bem sucedida da história da ciência. Ela é rotineiramente usada pelos físicos para calcular o resultado de colisões entre partículas, explicar a síntese da matéria no big bang [eu não acredito no surgimento acidental do universo] e as condições extremas dentro do núcleo atômico entre vários outros fenômenos.

Por isso pode parecer surpreendente que os físicos não estejam muito certos sobre o que a teoria propõe, isto é, qual a sua “ontologia” ou qual o seu quadro físico básico. Essa perplexidade não está incluída entre os mistérios tão discutidos da mecânica quântica, como se um gato numa caixa lacrada possa estar vivo e morto ao mesmo tempo. A falta de uma interpretação bem fundamentada da teoria quântica de campos dificulta os avanços no sentido de provar o que quer que esteja além do Modelo Padrão, como a teoria de cordas [ a qual sou cético]. É perigoso formular uma nova teoria quando ainda não entendemos a de que já dispomos.

A primeira vista, a essência do Modelo Padrão parece óbvia. Ele consiste, fundamentalmente, em grupos de partículas elementares, como quarks e elétrons, e em quatro tipos de campos de força que intermedeiam as interações entre essas partículas. esse quadro encontra-senas paredes das salas de aula e em artigos da Science American Brasil. Mas, por atraente que possa parecer, não é, absolutamente, satisfatório.

Para iniciantes [como eu] as duas categorias se confundem. a teoria quântica de campos atribui um campo a cada tipo de partícula elementar; assim é possível garantir que existe um campo do elétron da mesma forma que existe um campo magnético. Além disso, os campos de força não são contínuos, mas quantizados, o que dá origem a partículas como o fóton. Por isso a distinção entre partículas e campo parece ser artificial e geralmente é tratada como se cada um fosse o ponto mais importante. O debate tem se concentrado em torno da teoria quântica de campo ser a última palavra sobre as partículas ou campos. A discussão se iniciou como uma batalha de titãs, com eminentes físicos e filósofos de cada lado. Ainda hoje os dois conceitos continuam a ser usados para fins ilustrativos, embora muitos físicos admitam que conceitos clássicos não se encaixam na teoria. Se as imagens mentais evocadas pelos termos “partícula” e “campo” não se ajustam ao que a teoria formula, físicos e filósofos devem pensar em que colocar no lugar.

Com as duas opções-padrão clássicas paralisadas, alguns teóricos propuseram alternativas mais radicais. Eles sugerem que os constituintes básicos do mundo material são entidades intangíveis, como relações ou propriedades. Uma ideia particularmente radical é que tudo pode ser reduzido apenas a intangíveis, sem qualquer referencia a objetos individuais. É uma ideia revolucionária e contraintuitiva, mas alguns sugerem que ela esta sendo imposta pela física [ou seja, os dados, rsrsrsrs]

PROBLEMAS COM PARTÍCULAS

Quando a maioria das pessoas, incluindo especialistas, idealiza a realidade subatômica normalmente imagina que as partículas comportam-se como pequenas bolas de bilhar em choque umas com as outras. Mas essa noção de partículas é remanescente de uma visão do mundo que remonta aos antigos atomistas gregos e que atingiu o auge com as teorias de Isaac Newton. Várias linhas de pensamento que se superpõem mostram que as principais unidades centrais da teoria quântica de campos não se comportam de forma alguma como bolas de bilhar.

Primeiro, o conceito clássico de partículas implica algo que existe em certo local. Mas as “partículas” da teoria quântica de campos não tem posição bem definida: uma partícula no interior de seu corpo não está rigorosamente dentro do seu corpo. Um observador que tentar medir sua posição terá uma probabilidade pequena, mas não nula, de detecta-la nos locais mais remotos do Universo.Essa contradição se tornou evidente com as primeiras formulações da mecânica quântica, mas se intensificou quando os teóricos juntaram a mecânica quântica a teoria da relatividade. Partículas quânticas relativísticas são extremamente ardilosas; elas não se localizam absolutamente em nenhuma região do Universo.

Segundo, suponha uma partícula localizada na cozinha de sua casa. Um amigo, passando de carra pela rua ao olhar para a casa vera a partícula se estender pelo universo inteiro. O que para você está localizado, parece não localizado para seu amigo.A localização da partícula depende não só do seu ponto de vista, mas também do fato de que a partícula tem uma localização. Nesse caso, não faz sentido supor partículas localizadas como entidades básicas da matéria.

Terceiro, mesmo que você desista de tentar identificar a partícula e queira simplesmente contá-las, ainda terás problemas. Imagine que queira saber o número de partículas de sua casa. Você percorre a casa e encontra três partículas na sala de jantar, cinco debaixo da cama, oito no armário da cozinha e assim por diante. Agora some, todas elas. Espantosamente, a soma não será igual ao número total de partículas. Na teoria quântica de campos esse número é uma propriedade da casa como um todo; para determina-lo, você precisa realizar a missão impossível de contar as partículas da casa inteira todas de uma vez só, e não cômodo por cômodo.