|
Tópicos
Introdução
Problemas Liberdade Valor Conhecimento Vida Mente Acaso Física Quântica Emaranhamento Escândalos Filósofos Mortimer Adler Rogers Albritton Alexander of Aphrodisias Samuel Alexander William Alston Anaximander G. E. M. Anscombe Anselm Louise Antony Thomas Aquinas Aristóteles David Armstrong Harald Atmanspacher Robert Audi Augustine J. L. Austin A. J. Ayer Alexander Bain Mark Balaguer Jeffrey Barrett William Barrett William Belsham Henri Bergson George Berkeley Isaiah Berlin Richard J. Bernstein Bernard Berofsky Robert Bishop Max Black Susan Blackmore Susanne Bobzien Emil du Bois-Reymond Hilary Bok Laurence BonJour George Boole Émile Boutroux Daniel Boyd F. H. Bradley C. D. Broad Michael Burke Jeremy Butterfield Lawrence Cahoone C. A. Campbell Joseph Keim Campbell Rudolf Carnap Carneades Nancy Cartwright Gregg Caruso Ernst Cassirer David Chalmers Roderick Chisholm Chrysippus Cícero Tom Clark Randolph Clarke Samuel Clarke Anthony Collins August Compte Antonella Corradini Diodorus Cronus Jonathan Dancy Donald Davidson Mario De Caro Democritus William Dembski Brendan Dempsey Daniel Dennett Jacques Derrida René Descartes John Dewey Richard Double Fred Dretske Curt Ducasse John Earman Laura Waddell Ekstrom Epictetus Epicuro Austin Farrer Herbert Feigl Arthur Fine John Martin Fischer Kuno Fischer Frederic Fitch Owen Flanagan Luciano Floridi Philippa Foot Alfred Fouilleé Harry Frankfurt Richard L. Franklin Bas van Fraassen Michael Frede Gottlob Frege Peter Geach Edmund Gettier Carl Ginet Alvin Goldman Gorgias Nicholas St. John Green Niels Henrik Gregersen H.Paul Grice Ian Hacking Ishtiyaque Haji Stuart Hampshire W. F. R. Hardie Sam Harris William Hasker R. M. Hare Georg W.F. Hegel Martin Heidegger Heraclitus R. E. Hobart Thomas Hobbes David Hodgson Shadsworth Hodgson Baron d'Holbach Ted Honderich Pamela Huby David Hume Ferenc Huoranszki Frank Jackson William James Jon Jarrett Lord Kames Robert Kane Immanuel Kant Tomis Kapitan Walter Kaufmann Jaegwon Kim William King Hilary Kornblith Christine Korsgaard Saul Kripke Thomas Kuhn Andrea Lavazza James Ladyman Christoph Lehner Keith Lehrer Gottfried Leibniz Jules Lequyer Leucippus Michael Levin Joseph Levine George Henry Lewes C. I. Lewis David Lewis Peter Lipton C. Lloyd Morgan John Locke Michael Lockwood Arthur O. Lovejoy E. Jonathan Lowe John R. Lucas Lucrécio Alasdair MacIntyre Ruth Barcan Marcus Tim Maudlin James Martineau Nicholas Maxwell Storrs McCall Hugh McCann Colin McGinn Michael McKenna Brian McLaughlin John McTaggart Paul E. Meehl Uwe Meixner Alfred Mele Trenton Merricks John Stuart Mill Dickinson Miller G. E. Moore Ernest Nagel Thomas Nagel Otto Neurath Friedrich Nietzsche John Norton P. H. Nowell-Smith Robert Nozick William of Ockham Timothy O'Connor Parmenides David F. Pears Charles Sanders Peirce Derk Pereboom Gualtiero Piccinini Steven Pinker U. T. Place Platão Karl Popper Porphyry Huw Price H. A. Prichard Protagoras Hilary Putnam Willard van Orman Quine Frank Ramsey Ayn Rand Michael Rea Thomas Reid Charles Renouvier Nicholas Rescher C. W. Rietdijk Richard Rorty Josiah Royce Bertrand Russell Paul Russell Gilbert Ryle Jean-Paul Sartre Kenneth Sayre T. M. Scanlon Moritz Schlick John Duns Scotus Albert Schweitzer Arthur Schopenhauer John Searle Wilfrid Sellars David Shiang Alan Sidelle Ted Sider Henry Sidgwick Walter Sinnott-Armstrong Peter Slezak J. J. C. Smart Saul Smilansky Michael Smith Baruch Spinoza Allen Stairs L. Susan Stebbing Isabelle Stengers George F. Stout Galen Strawson Peter Strawson Eleonore Stump Francisco Suárez Richard Taylor Kevin Timpe Mark Twain Peter Unger Peter van Inwagen Manuel Vargas John Venn Kadri Vihvelin Voltaire G.H. von Wright David Foster Wallace R. Jay Wallace W. G. Ward Ted Warfield Roy Weatherford C.F. von Weizsäcker William Whewell Alfred North Whitehead David Widerker David Wiggins Bernard Williams Timothy Williamson Ludwig Wittgenstein Susan Wolf Xenophon Cientistas Emily Adlam David Albert Philip W. Anderson Michael Arbib Bobby Azarian Walter Baade Bernard Baars Jeffrey Bada Guido Bacciagaluppi Leslie Ballentine Marcello Barbieri Jacob Barandes Julian Barbour Horace Barlow Gregory Bateson Jakob Bekenstein John S. Bell Mara Beller Charles Bennett Ludwig von Bertalanffy Susan Blackmore Margaret Boden David Bohm Niels Bohr Ludwig Boltzmann John Tyler Bonner Emile Borel Max Born Satyendra Nath Bose Walther Bothe Jean Bricmont Hans Briegel Leon Brillouin Daniel Brooks Stephen Brush Henry Thomas Buckle S. H. Burbury Melvin Calvin William Calvin Donald Campbell John O. Campbell Sadi Carnot Sean B. Carroll Anthony Cashmore Eric Cavalcanti Eric Chaisson Gregory Chaitin Jean-Pierre Changeux Rudolf Clausius Arthur Holly Compton John Conway Simon Conway-Morris Peter Corning George Cowan Jerry Coyne John Cramer Francis Crick E. P. Culverwell Antonio Damasio Olivier Darrigol Charles Darwin Paul Davies Richard Dawkins Terrence Deacon Lüder Deecke Richard Dedekind Louis de Broglie Stanislas Dehaene Max Delbrück Abraham de Moivre David Depew Bernard d'Espagnat Paul Dirac Theodosius Dobzhansky Hans Driesch John Dupré John Eccles Arthur Stanley Eddington Gerald Edelman Paul Ehrenfest Manfred Eigen Albert Einstein George F. R. Ellis Walter Elsasser Hugh Everett, III Franz Exner Richard Feynman R. A. Fisher David Foster Joseph Fourier George Fox Philipp Frank Steven Frautschi Edward Fredkin Augustin-Jean Fresnel Karl Friston Benjamin Gal-Or Howard Gardner Lila Gatlin Michael Gazzaniga Nicholas Georgescu-Roegen GianCarlo Ghirardi J. Willard Gibbs James J. Gibson Nicolas Gisin Paul Glimcher Thomas Gold A. O. Gomes Brian Goodwin Julian Gough Joshua Greene Dirk ter Haar Jacques Hadamard Mark Hadley Ernst Haeckel Patrick Haggard J. B. S. Haldane Stuart Hameroff Augustin Hamon Sam Harris Ralph Hartley Hyman Hartman Jeff Hawkins John-Dylan Haynes Donald Hebb Martin Heisenberg Werner Heisenberg Hermann von Helmholtz Grete Hermann John Herschel Francis Heylighen Basil Hiley Art Hobson Jesper Hoffmeyer John Holland Don Howard John H. Jackson Ray Jackendoff Roman Jakobson Jon Jarrett E. T. Jaynes William Stanley Jevons Pascual Jordan Eric Kandel Ruth E. Kastner Stuart Kauffman Martin J. Klein William R. Klemm Christof Koch Simon Kochen Hans Kornhuber Stephen Kosslyn Daniel Koshland Ladislav Kovàč Leopold Kronecker Bernd-Olaf Küppers Rolf Landauer Alfred Landé Pierre-Simon Laplace Karl Lashley David Layzer Joseph LeDoux Jerome Lettvin Michael Levin Gilbert Lewis Benjamin Libet David Lindley Bruce Lindsay Grace Lindsay Seth Lloyd Werner Loewenstein Hendrik Lorentz Josef Loschmidt Alfred Lotka Ernst Mach Donald MacKay Henry Margenau Lynn Margulis Owen Maroney David Marr Lluis Masanes Humberto Maturana James Clerk Maxwell John Maynard Smith Ernst Mayr John McCarthy Barbara McClintock Warren McCulloch N. David Mermin George Miller Stanley Miller Ulrich Mohrhoff Jacques Monod Vernon Mountcastle Harold Morowitz Gerd B. Müller Markus P. Müller Emmy Noether Denis Noble Donald Norman Travis Norsen Howard T. Odum Alexander Oparin Abraham Pais Howard Pattee Wolfgang Pauli Massimo Pauri Wilder Penfield Roger Penrose Gualtiero Piccinini Steven Pinker Colin Pittendrigh Walter Pitts Max Planck Susan Pockett Henri Poincaré Michael Polanyi Daniel Pollen Ilya Prigogine Hans Primas Giulio Prisco Zenon Pylyshyn Henry Quastler Adolphe Quételet Pasco Rakic Nicolas Rashevsky Lord Rayleigh Frederick Reif Jürgen Renn Giacomo Rizzolati A.A. Roback Emil Roduner Juan Roederer Robert Rosen Frank Rosenblatt Jerome Rothstein David Ruelle David Rumelhart Michael Ruse Stanley Salthe Robert Sapolsky Tilman Sauer Ferdinand de Saussure Jürgen Schmidhuber Erwin Schrödinger Aaron Schurger Sebastian Seung Thomas Sebeok Franco Selleri Claude Shannon James A. Shapiro Charles Sherrington Abner Shimony Herbert Simon Dean Keith Simonton Edmund Sinnott B. F. Skinner Lee Smolin Ray Solomonoff Herbert Spencer Roger Sperry John Stachel Kenneth Stanley Henry Stapp Ian Stewart Tom Stonier Antoine Suarez Leonard Susskind Leo Szilard Max Tegmark Teilhard de Chardin Libb Thims William Thomson (Kelvin) Richard Tolman Giulio Tononi Peter Tse Alan Turing Robert Ulanowicz C. S. Unnikrishnan Nico van Kampen Antony Valentini Francisco Varela Vlatko Vedral Vladimir Vernadsky Clément Vidal Mikhail Volkenstein Heinz von Foerster Richard von Mises John von Neumann Jakob von Uexküll C. H. Waddington Sara Imari Walker James D. Watson John B. Watson Bruce Weber Daniel Wegner Steven Weinberg August Weismann Paul A. Weiss Herman Weyl John Wheeler Jeffrey Wicken Wilhelm Wien Norbert Wiener Eugene Wigner E. O. Wiley E. O. Wilson Günther Witzany Carl Woese Stephen Wolfram H. Dieter Zeh Semir Zeki Ernst Zermelo Wojciech Zurek Konrad Zuse Fritz Zwicky Apresentações ABCD Harvard (ppt) Instituto Bhaktivedanta Biossemiótica Livre-Arbítrio Causalidade Mental Simpósio James Palestra CCS25 Evo Devo 12 de Setembro Evo Devo 2 de Outubro Evo Devo Davies 12 de Novembro O Homem É uma Máquina? |
Interpretações da Mecânica Quântica
A Wikipédia possui uma página bastante completa sobre as Interpretações da Mecânica Quântica .
Assim como em nossa análise das posições sobre o problema do livre-arbítrio , existem muitas interpretações, algumas muito populares (com muitos adeptos), outras com apenas alguns apoiadores. Os pontos de vista populares são defendidos em centenas de artigos acadêmicos e livros publicados. Assim como ocorre com os filósofos, os defensores de uma interpretação frequentemente utilizam seu próprio jargão, o que às vezes dificulta a comunicação entre as diferentes posições. A interpretação "ortodoxa" padrão da mecânica quântica inclui um postulado de projeção . Essa ideia afirma que, uma vez que uma das possíveis localizações de uma partícula se torna real em uma determinada posição, as probabilidades de sua ocorrência em todas as outras posições se tornam instantaneamente zero. Esse desaparecimento repentino de possibilidades/probabilidades em locais distantes de onde a partícula é de fato encontrada é chamado de não-localidade . Esse conceito foi observado pela primeira vez em 1905 por Albert Einstein . A "projeção" ou "redução do pacote de ondas" é conhecida como o " colapso da função de onda ", embora a própria função de onda não "colapse" no sentido de se concentrar no ponto único onde uma partícula é encontrada. Tudo o que muda é o nosso conhecimento sobre a partícula, onde ela realmente se encontra. O que muda é apenas informação abstrata e imaterial sobre a localização da partícula. No experimento da dupla fenda , por exemplo, a função de onda na verdade não muda em nada, já que depende apenas das condições de contorno do experimento, que não mudam porque uma partícula foi encontrada. Qualquer experimento futuro com as mesmas condições terá exatamente a mesma função de onda e, portanto, as mesmas probabilidades de encontrar uma partícula. A menos, é claro, que mudemos de uma fenda aberta para ambas as fendas abertas, ou vice-versa. Outra partícula semelhante que entra no mesmo espaço, depois que a primeira partícula foi detectada e, portanto, removida do espaço, teria a mesma distribuição de probabilidade, uma vez que a função de onda é determinada pela solução da equação de Schrödinger, dadas as condições de contorno do espaço e o comprimento de onda da partícula. A função de onda é simplesmente informação imaterial . Permanece um mistério como ela controla (se é que controla) os movimentos de partículas individuais, de modo que suas probabilidades previstas concordem perfeitamente com as estatísticas de um grande número de experimentos idênticos. Atualmente, parece haver quase tantas interpretações não ortodoxas, que negam o postulado da projeção de Paul Dirac , quanto visões mais convencionais. Interpretações de Não Colapso
Teoria da Onda Piloto - determinística, não local, variáveis ocultas, sem observador, partículas
(de Broglie-Bohm, 1952)
Interpretação de Muitos Mundos - determinística, local, variáveis ocultas, sem observador
(Everett-De Witt, 1957)
Teoria Simétrica Temporal
(Aharonov, 1964)
Decoerência - determinística, local, sem partículas
(Zeh-Zurek, 1970)
Histórias consistentes - local
(Griffiths-Omnès-Gell-Mann-Hartle, 1984)
Histórias consistentes - local
(Griffiths-Omnès-Gell-Mann-Hartle, 1984)
Interpretação Cosmológica
(Aguirre e Tegmark, 2012) Interpretações de colapso
Interpretação de Copenhague - indeterminística, não local, observadora
(Bohr-Heisenberg-Born-Jordan, 1927)
Observador Consciente - observador indeterminístico, não local
(Von Neumann-Wigner)
Conjunto Estatístico - indeterminístico, não local, sem observador
(Einstein-Born-Ballentine)
Colapso objetivo - indeterminístico, não local, sem observador
(Ghirardi-Rimini-Weber, 1986; Penrose, 1989)
Interpretação Transacional - indeterminística, não local, sem observador, sem partículas
(Cramer, 1986)
Interpretação Relacional - local, observador
(Rovelli, 1994)
Interpretação de Pondicherry - indeterminística, não local, sem observador
(Mohrhoff, 2005)
Interpretação da informação - indeterminística, não local, sem observador
(Doyle, 2015) Desde os primórdios da teoria quântica, quando Max Planck, em 1900, hipotetizou um "quantum de ação" abstrato e Albert Einstein, em 1905, hipotetizou que a energia se apresenta em quanta físicos, têm surgido divergências sobre "interpretações", mal-entendidos a respeito da "realidade" subjacente do mundo externo que poderiam explicar a aparente concordância entre a teoria quântica e os fatos experimentais observados. Por exemplo, o inventor do quantum de ação usou sua constante h como um recurso heurístico para calcular as probabilidades de vários osciladores virtuais (distribuindo-os entre estados de energia usando as ideias da mecânica estatística de Boltzmann, a função de partição, etc.). Ele quantizou esses osciladores mecânicos, mas não o próprio campo de radiação. Em 1913, Bohr quantizou de forma semelhante os osciladores (elétrons) na "antiga teoria quântica" e em seu modelo planetário de elétrons orbitando o núcleo de Rutherford. Os elétrons de Bohr "saltam" descontinuamente de uma órbita para outra, emitindo ou absorvendo quantidades discretas de energia E <sub>n</sub> - E <sub> m </sub>, onde n e m são "números quânticos" orbitais. Mas Bohr insistiu que a energia irradiada em um salto quântico era contínua, ignorando a hipótese de Einstein. Em 1905, Einstein escreveu: "a energia de um raio de luz que se propaga a partir de uma fonte pontual não é distribuída continuamente por um espaço crescente, mas consiste em um número finito de quanta de energia que estão localizados em pontos no espaço, que se movem sem se dividir e que só podem ser produzidos e absorvidos como unidades inteiras."
Em comparação com Planck, Einstein já havia quantizado o campo de radiação eletromagnética contínua em quanta de luz (os fótons atuais) em 1905. Planck negou a "realidade" física de qualquer quantum (incluindo os seus próprios) até, no mínimo, 1910. E Bohr não aceitou a emissão e absorção de fótons durante os saltos quânticos até vinte anos depois de Einstein os ter proposto — se é que o fez. Os fótons são agora universalmente aceitos, claro, e (infelizmente) a mecânica quântica padrão afirma que eles são emitidos e absorvidos durante os "saltos quânticos" dos elétrons propostos por Bohr.
Einstein percebeu claramente que, se a radiação emitida por um átomo se propagasse difusamente como uma onda clássica em um grande volume de espaço, como a energia poderia se reagrupar instantaneamente para ser absorvida por outro átomo — sem que essa energia viajasse mais rápido que a velocidade da luz ao se reagrupar no átomo absorvente Ele percebeu claramente que um "salto" discreto e descontínuo estava envolvido, algo negado por muitas das "interpretações" modernas da mecânica quântica. Ele também observou que a onda que preenchia o espaço momentos antes da detecção de todo o quantum de energia deveria desaparecer instantaneamente, pois toda a energia do quantum era absorvida por um único átomo em uma determinada localização. Isso representava o colapso de uma onda de luz vinte anos antes da existência da "função de onda" e da equação de onda de Erwin Schrödinger ! Mais tarde, Einstein interpretou a onda em um ponto como a probabilidade de quanta de luz naquele ponto, muitos anos antes da interpretação estatística da função de onda por Max Born ! A ideia de algo (posteriormente chamado de função de onda) associado à partícula levou ao problema da dualidade onda-partícula , descrito inicialmente por Einstein em 1909. Em 1927, ele expressou preocupação com o fato de que o que passou a ser chamado de não-localidade violava sua teoria da relatividade restrita. Até hoje, essa preocupação alimenta a ideia de que a física quântica não pode ser reconciliada com a relatividade. Mas pode. O ponto mais baixo da interpretação foi provavelmente a interpretação mais famosa de todas, aquela desenvolvida em Copenhague, aquela que o assistente de Niels Bohr , Leon Rosenfeld, disse que não era uma interpretação, mas simplesmente a "teoria ortodoxa padrão" da mecânica quântica. Foi o ponto mais baixo da interpretação porque Copenhague queria pôr fim à "interpretação" no sentido de compreender ou "visualizar" uma realidade subjacente. Os defensores de Copenhague afirmavam que não deveríamos tentar "visualizar" o que acontece por trás da coleta de dados experimentais observáveis. Assim como Kant disse que jamais poderíamos saber algo sobre a "coisa em si", o Ding-an-sich , a filosofia positivista de Comte, Mach, Russell e Carnap, e os empiristas britânicos Locke e Hume, afirmam que o conhecimento se detém nos dados sensoriais " secundários " ou nas percepções dos fenômenos, impedindo o acesso aos "objetos" primários . As ideias de Einstein sobre mecânica quântica foram seriamente distorcidas (e seus primeiros trabalhos, em grande parte, esquecidos), talvez devido às suas famosas críticas à "interpretação estatística" de Born e à afirmação de Werner Heisenberg de que a mecânica quântica estava "completa" sem descrever o que as partículas estão fazendo a cada instante. Embora fosse seu principal crítico, Einstein frequentemente afirmava que a mecânica quântica era uma teoria extremamente bem-sucedida, a melhor até então para explicar fenômenos microscópicos, mas que esperava que suas ideias para uma teoria de campo contínuo pudessem um dia complementar a teoria de partículas discretas e seus fenômenos "não locais". Isso nos permitiria obter uma compreensão mais profunda da realidade subjacente, embora, no fim, ele tenha se desesperado com sua teoria de campo contínuo em comparação com as teorias de partículas. Muitas das "interpretações" da mecânica quântica negam um elemento central da teoria quântica, um elemento que o próprio Einstein estabeleceu em 1916, a saber, o papel do indeterminismo , ou " acaso ", para usar seu nome tradicional, como Einstein fez na física (em alemão, Zufall ) e como William James fez na filosofia na década de 1880. Essas interpretações esperam restaurar o determinismo da mecânica clássica. Einstein almejava um retorno à física determinística, mas ainda mais importante para ele era uma física baseada em campos contínuos, em vez de partículas discretas e descontínuas. Podemos, portanto, classificar as diversas interpretações de acordo com a aceitação ou negação do acaso, especialmente na forma do chamado "colapso" da função de onda , também conhecido como "redução" do pacote de ondas ou o que Paul Dirac chamou de " postulado da projeção " . A maioria das teorias de "não colapso" são determinísticas. Os "colapsos" na mecânica quântica padrão são irremediavelmente indeterminísticos . E uma grande surpresa é que a função de onda, na verdade, não colapsa! Muitas interpretações são tentativas de lidar com outro problema que Einstein percebeu já em 1905: em eventos "não locais", algo parece estar se movendo mais rápido que a luz, violando assim sua teoria da relatividade restrita (que ele formulou em 1905). Assim, podemos classificar as interpretações de acordo com a aceitação da natureza instantânea do colapso, especialmente o colapso da função de onda de duas partículas em sistemas "emaranhados", onde duas partículas aparecem instantaneamente em locais amplamente separados, com propriedades correlacionadas que conservam energia, momento linear, momento angular, spin, etc. Essas interpretações se preocupam com a não-localidade — a ideia de que a "realidade" é "não-local", com eventos simultâneos em locais amplamente separados e perfeitamente correlacionados — uma espécie de "ação à distância". Muitas interpretações preferem a mecânica ondulatória à mecânica quântica, considerando as teorias ondulatórias como teorias de campo contínuo. Elas tendem a encarar a função de onda como uma entidade real, em vez de uma função de possibilidades abstrata . A teoria da onda piloto de De Broglie e suas variações (por exemplo, a mecânica de Bohm, a visão de Schrödinger) buscavam representar a partícula como um "pacote de ondas" composto por muitas ondas de diferentes frequências, de modo que o pacote apresentasse valores não nulos em um pequeno volume de espaço. Schrödinger e outros descobriram que tal pacote de ondas se dispersa rapidamente. Finalmente, podemos também classificar as interpretações pelas suas definições do que constitui uma "medição", e particularmente pelo que consideram o famoso "problema da medição ". Niels Bohr, Werner Heisenberg e John von Neumann atribuíram um papel especial ao "observador consciente" numa medição. Eugene Wigner afirmou que a mente consciente do observador provocava o colapso da função de onda numa medição. Assim, temos três caracterizações principais: teorias indeterminísticas-discretas-descontínuas de "colapso" versus teorias determinísticas-contínuas de "não colapso", não-localidade de viagens mais rápidas que a luz versus "elementos da realidade" locais em "teorias realistas" e o papel do observador. Outra forma de analisar uma interpretação é perguntar qual elemento (ou elementos) básico(s) da mecânica quântica padrão a interpretação questiona ou simplesmente nega Por exemplo, algumas interpretações negam a existência de partículas. Elas admitem apenas ondas que evoluem unitariamente sob a equação de Schrödinger. Podemos começar descrevendo esses elementos, usando a formulação da mecânica quântica que Einstein considerava mais perfeita, a de PAM Dirac. Uma breve introdução à mecânica quântica básica
Einstein disse sobre Dirac em 1930: "Dirac, a quem, na minha opinião, devemos a exposição mais perfeita, logicamente, desta
Toda a mecânica quântica se baseia na equação de Schrödinger do movimento, que descreve deterministicamente a evolução temporal da função de onda probabilística , além de três pressupostos básicos: o princípio da superposição (de funções de onda), o axioma da medição (de valores esperados para observáveis) e o postulado da projeção (que descreve o colapso da função de onda que introduz indeterminismo ou acaso durante as interações).
teoria [quântica]". A "teoria da transformação" de Dirac permite-nos então "representar" a função de onda inicial (antes de uma interação) em termos de um "conjunto de base" de "autofunções" apropriadas para os possíveis estados quânticos dos nossos instrumentos de medição que descreverão a interação. Os elementos da "matriz de transformação" fornecem imediatamente as probabilidades de medir o sistema e encontrá-lo em um dos possíveis estados quânticos ou "autoestados", sendo que cada autoestado corresponde a um "autovalor" de um operador dinâmico como energia, momento linear, momento angular, spin, polarização, etc. Os elementos diagonais ( n, n ) da matriz de transformação fornecem os autovalores das observáveis no estado quântico n . Os elementos fora da diagonal ( n, m ) da matriz fornecem as probabilidades de transição entre os estados quânticos n e m . Observe a sequência: possibilidades > probabilidades > realidade : a função de onda nos fornece as possibilidades , para as quais podemos calcular as probabilidades . Cada experimento nos fornece uma realidade . Um número muito grande de experimentos idênticos confirma nossas previsões probabilísticas com treze algarismos significativos (casas decimais), a teoria física mais precisa já descoberta. A equação fundamental do movimento na mecânica quântica é a famosa equação de onda de Erwin Schrödinger , que descreve a evolução temporal de sua função de onda ψ .
iℏ δψ / δt = H ψ (1)
Max Born interpretou o quadrado do valor absoluto da função de onda de Schrödinger | ψn| ² ( ou < ψn |ψn > na notação de Dirac) como fornecendo a probabilidade de encontrar um sistema quântico em um estado n específico . Enquanto esse valor absoluto (na notação bra-ket de Dirac) for finito,
< ψ n | ψ n > ≡ ∫ ψ* (q) ψ (q) dq < ∞ , (2)
Então, ψ pode ser normalizado, de modo que a probabilidade de encontrar uma partícula em algum lugar < ψ | ψ > = 1, o que é necessário para sua interpretação como uma probabilidade. A função de onda normalizada pode então ser usada para calcular "observáveis" como a energia, o momento, etc. Por exemplo, o valor provável ou esperado para a posição r do sistema, no espaço de configuração q , é
< ψ | r | ψ > = ∫ ψ* (q) r ψ (q) dq . (3)
2. O Princípio da Superposição . A equação de Schrödinger (1) é uma equação linear . Ela não possui termos quadráticos ou de potência superior, e isso introduz uma característica profunda — e para muitos cientistas e filósofos, perturbadora — da mecânica quântica, impossível na física clássica , a saber, o princípio da superposição de estados quânticos. Se ψ <sub>a</sub> e ψ<sub> b</sub> são ambas soluções da equação (1), então uma combinação linear arbitrária destas,
| ψ > = ca | ψ a > + c b | ψ b >, (4)
com coeficientes complexos c a e c b , também é uma solução. Juntamente com a interpretação probabilística (estatística) da função de onda de Born, o princípio da superposição explica os principais mistérios da teoria quântica, alguns dos quais esperamos resolver, ou pelo menos reduzir, com uma explicação objetiva (independente do observador) da criação irreversível de informação durante os processos quânticos. A informação observável é fundamental para as medições, embora os observadores possam surgir a qualquer momento após a informação passar a existir como consequência da interação entre um sistema quântico e um aparelho de medição. A natureza quântica (discreta) dos sistemas físicos resulta do fato de geralmente haver um grande número de soluções ψ n (chamadas autofunções) da equação (1) em sua forma independente do tempo, com autovalores de energia E n .
H ψ n = E n ψ n , (5)
Os autovalores de energia do espectro discreto E n limitam as interações (por exemplo, com fótons) a diferenças de energia específicas E n - E m . Na antiga teoria quântica, Bohr postulou que os elétrons nos átomos estariam em "estados estacionários" de energia E n , e que as diferenças de energia seriam da forma E n - E m = hν , onde ν é a frequência da linha espectral observada. Em 1916, Einstein derivou esses dois postulados de Bohr a partir de princípios físicos básicos em seu artigo sobre os processos de emissão e absorção de átomos. O que para Bohr eram suposições, Einstein fundamentou na física quântica, embora praticamente ninguém tenha apreciado seu trabalho fundamental na época, e poucos o apreciem hoje, tendo seu trabalho sido ofuscado pelos físicos de Copenhague. As autofunções ψ n são ortogonais entre si.
< ψ n | ψ m > = δ nm (6)
onde a "função delta"
δ nm = 1, se n = m , e = 0, se n ≠ m . (7) | φ > = ∑ n = 0 n = ∞ c n | ψ n >. (8) Os coeficientes de expansão são c n = < ψ n | φ >. (9) No espaço de Hilbert abstrato, < ψ n | φ > é a "projeção" do vetor φ nos eixos ortogonais ψ n do conjunto de vetores "base" ψ n . 2.1 Um exemplo de superposição. Dirac nos diz que um fóton polarizado diagonalmente pode ser representado como uma superposição de estados verticais e horizontais, com coeficientes de números complexos que representam " amplitudes de probabilidade ". Os autoestados de polarização horizontal e vertical são as únicas " possibilidades ", se o aparelho de medição for projetado para medir polarização horizontal ou vertical. Por isso,
| d > = ( 1/√2) | v > + ( 1/√2) | h > (10)
Os vetores (funções de onda) v e h são a escolha apropriada de vetores de base, os comprimentos dos vetores são normalizados para a unidade e a soma dos quadrados das amplitudes de probabilidade também é igual a um. Esta é a condição de ortonormalidade necessária para interpretar os (quadrados das) funções de onda como probabilidades . Quando esses coeficientes numéricos (em geral complexos) (1/√2) são elevados ao quadrado (na verdade, quando são multiplicados por seus conjugados complexos para produzir números reais positivos), os números (1/2) representam as probabilidades de encontrar o fóton em um ou outro estado, caso uma medição seja feita em um estado inicial que esteja diagonalmente polarizado. Note que, se o estado inicial do fóton fosse vertical, sua projeção ao longo do vetor da base vertical seria igual a um, e sua projeção ao longo do vetor horizontal seria zero. Nossas previsões de probabilidade seriam então: vertical = 1 (certeza) e horizontal = 0 (também certeza). A física quântica nem sempre é incerta , apesar de sua reputação. O axioma da medição depende da ideia de "observáveis", grandezas físicas que podem ser medidas em experimentos. Um observável físico é representado como um operador A que é "hermitiano" (um operador "autoadjunto" - igual ao seu conjugado complexo, A* = A ). Os elementos diagonais n, n da matriz do operador, < ψ n | A | ψ n > = ∫ ∫ ψ* (q) A (q) ψ (q) dq , (11)
Durante esse processo elementar de emissão de radiação, a molécula sofre um recuo na ordem de hν/c ; a direção do recuo é, no estado atual da teoria, determinada pelo acaso...
Os elementos fora da diagonal n, m descrevem a propriedade exclusivamente quântica de interferência entre funções de onda e fornecem uma medida das probabilidades de transições entre os estados n e m .
A fragilidade da teoria reside, por um lado, no fato de não nos aproximar de uma ligação com a teoria ondulatória; por outro lado, também deixa o momento de ocorrência e a direção dos processos elementares ao acaso. Isso corrobora a teoria de que a lei estatística assumida para a emissão [espontânea] nada mais é do que a lei de Rutherford do decaimento radioativo.
São as probabilidades quânticas intrínsecas que constituem a fonte última do indeterminismo e, consequentemente, da irreversibilidade irredutível, como veremos. As transições entre estados são irremediavelmente aleatórias, como o decaimento de um núcleo radioativo (descoberto por Rutherford em 1901) ou a emissão de um fóton por um elétron em transição para um nível de energia mais baixo em um átomo (explicado por Einstein em 1916). O axioma da medição é a formalização do postulado de Bohr de 1913, segundo o qual os elétrons atômicos serão encontrados em estados estacionários com energias E <sub>n</sub> . Em 1913, Bohr os visualizou orbitando o núcleo. Mais tarde, ele afirmou que não poderiam ser visualizados, mas os químicos os visualizam rotineiramente como nuvens de amplitude de probabilidade com formas facilmente calculadas que predizem corretamente as ligações químicas. As probabilidades de transição fora da diagonal são o formalismo dos "saltos quânticos" de Bohr entre seus estados estacionários, emitindo ou absorvendo energia hν = E n - E m . Einstein explicou claramente em 1916 que os saltos são acompanhados por seus quanta de luz discretos (fótons), mas Bohr continuou a insistir que a radiação era clássica por mais dez anos, ignorando deliberadamente os esforços fundamentais de Einstein naquilo que Bohr poderia ter considerado sua área de especialização (mecânica quântica). O axioma da medição afirma que um grande número de medições da observável A , que se sabe ter autovalores A n , resultará em um número de medições com valor A n que é proporcional à probabilidade de encontrar o sistema no autoestado ψ n . A mecânica quântica é uma teoria probabilística e estatística. As probabilidades são teorias sobre o que os experimentos irão demonstrar. Os experimentos fornecem as estatísticas (a frequência dos resultados) que confirmam as previsões da teoria quântica — com a maior precisão de qualquer teoria já descoberta! A terceira ideia inovadora da teoria quântica é frequentemente considerada a mais radical. Certamente, ela gerou algumas das ideias mais radicais já surgidas na física, em tentativas de várias "interpretações" de negá-la. O postulado da projeção é, na verdade, muito simples e até mesmo intuitivo. Ele afirma que, quando uma medição é feita, o sistema de interesse será encontrado em (irá "colapsar" instantaneamente em) um dos possíveis autoestados da grandeza observável medida. Temos várias possibilidades para os autovalores. Podemos calcular as probabilidades para cada autovalor. A medição simplesmente torna um deles real e o faz, disse Max Born, em proporção ao quadrado absoluto da função de onda de amplitude de probabilidade ψ n .
Note que Einstein vislumbrou a oportunidade na teoria quântica pelo menos dez anos antes de Born.
Dessa forma, o acaso ontológico entra na física, e é em parte esse fato da aleatoriedade quântica que incomodou Einstein ("Deus não joga dados") e Schrödinger (cuja equação de movimento para a função de onda de probabilidade-amplitude é determinística). O postulado da projeção, ou colapso da função de onda, é o elemento da mecânica quântica mais frequentemente negado por diversas "interpretações". Os súbitos saltos quânticos discretos e descontínuos são considerados tão não intuitivos que os intérpretes os substituíram pelas alternativas mais extravagantes (literalmente). A famosa "interpretação de muitos mundos" propõe uma "divisão" de todo o universo em dois universos de igual tamanho, violando massivamente os princípios de conservação mais fundamentais da física, em vez de permitir que um fóton diagonal, ao atingir um polarizador, "colapse" repentinamente para um estado horizontal ou vertical. 4.1 Um exemplo de projeção . Dado um sistema quântico em um estado inicial | φ >, podemos expandi-lo em uma combinação linear dos autoestados do nosso aparato de medição, os | ψ n >.
| φ > = ∑ n = 0 n = ∞ c n | ψ n >. (8)
No caso dos fótons polarizados de Dirac , o estado diagonal | d > é uma combinação linear dos estados horizontal e vertical do aparelho de medição, | v > e | h >. Quando elevamos ao quadrado os coeficientes (1/√2), vemos que há 50% de chance de medir o fóton como polarizado horizontalmente ou verticalmente.
| d > = ( 1/√2) | v > + ( 1/√2) | h > (10)
4.2 Visualizando a projeção . Quando um fóton é preparado em um estado polarizado verticalmente | v >, sua interação com um polarizador vertical é fácil de visualizar. Podemos imaginar o vetor de estado do fóton inteiro simplesmente passando pelo polarizador sem sofrer alterações. O mesmo se aplica a um fóton preparado em um estado polarizado horizontalmente | h > ao passar por um polarizador horizontal. E a interação de um fóton horizontal com um polarizador vertical é fácil de entender. O polarizador vertical absorverá completamente o fóton horizontal. O fóton diagonalmente polarizado | d >, no entanto, revela completamente a natureza não intuitiva da física quântica. Podemos visualizar a indeterminação quântica , sua natureza estatística , e podemos visualizar dramaticamente o processo de colapso , já que um vetor de estado alinhado em uma direção deve girar instantaneamente para outra direção vetorial.
Quando temos apenas um fóton por vez, nunca obtemos metade de um fóton atravessando o polarizador. Os críticos da teoria quântica padrão às vezes dizem que ela não nos diz nada sobre partículas individuais, apenas sobre conjuntos de experimentos idênticos. Há verdade nisso, mas nada nos impede de imaginar o estranho processo de um único fóton polarizado diagonalmente interagindo com um polarizador vertical. Existem duas possibilidades. Ou obtemos um fóton inteiro (o que significa que ele "colapsou" ou que o vetor diagonal foi "reduzido a" um vetor vertical) ou não obtemos fóton algum. Esse é o significado de "colapso". É o mesmo que um átomo "saltar" de forma descontínua e repentina de um nível de energia para outro. É o mesmo que o fóton em um experimento de dupla fenda aparecer repentinamente em um ponto da placa fotográfica, onde um instante antes poderia ter aparecido em qualquer lugar. Podemos até visualizar o que acontece quando nenhum fóton aparece. Podemos imaginar que o fóton diagonal foi reduzido a um fóton polarizado horizontalmente e foi completamente absorvido. Por que podemos observar a natureza estatística e a indeterminação Primeiro, estatisticamente, no caso de muitos fótons idênticos, podemos dizer que metade passará e metade será absorvida. A indeterminação reside no fato de que, no caso de um único fóton, não temos como saber qual será. É o mesmo que não podemos prever o momento em que um núcleo radioativo irá decair, ou o momento e a direção em que um átomo emitirá um fóton. Essa indeterminação é uma consequência do nosso vetor de estado de fóton diagonal ser "representado" (transformado) em uma superposição linear de vetores de estado de fóton verticais e horizontais. Assim, o princípio da superposição, juntamente com o postulado da projeção, nos fornece indeterminação, estatística e uma maneira de "visualizar" o colapso de uma superposição de estados quânticos em um dos estados de base. Para Professores
Para Pesquisadores
|