Richard Feynman ganhou o Prêmio Nobel por seu trabalho em eletrodinâmica quântica (QED), mas ele também desenvolveu várias explicações simples, porém perspicazes, das propriedades fundamentais da mecânica quântica.

Em suas famosas Palestras sobre Física (algumas das palestras foram repetidas nas Palestras Messenger de 1967 em Cornell e publicadas como A Natureza da Lei Física ), Feynman disse que " ninguém entende a mecânica quântica " e que o experimento da dupla fenda contém "todo o mistério da mecânica quântica".

Vou usar apenas este experimento, concebido para conter todo o mistério da mecânica quântica, para confrontá-los com os paradoxos, mistérios e peculiaridades da natureza em sua totalidade. Qualquer outra situação na mecânica quântica, como se vê, pode sempre ser explicada dizendo: "Lembram-se do experimento com os dois buracos É a mesma coisa". Vou lhes contar sobre o experimento com os dois buracos. Ele contém o mistério geral; não estou omitindo nada; estou expondo a natureza em sua forma mais elegante e complexa.

A Natureza da Lei Física, capítulo 6
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Em alguns dos trechos mais acessíveis de Lectures on Physics, republicados como Six Easy Pieces , Feynman argumentou que o conhecimento científico mais importante – da física à biologia – é o simples fato de que todas as coisas são feitas de átomos .

Se, em algum cataclismo, todo o conhecimento científico fosse destruído e apenas uma frase fosse transmitida às próximas gerações, qual afirmação conteria a maior quantidade de informação no menor número de palavras Creio que seja a hipótese atômica (ou o fato atômico , ou como preferir chamar) de que todas as coisas são feitas de átomos — pequenas partículas que se movem em movimento perpétuo, atraindo-se umas às outras quando estão a uma pequena distância, mas repelindo-se quando comprimidas . Nessa única frase, você verá, há uma enorme quantidade de informação sobre o mundo, bastando um pouco de imaginação e reflexão...
( Seis Peças Fáceis , p. 4 )

Tudo é feito de átomos . Essa é a hipótese fundamental. A hipótese mais importante em toda a biologia, por exemplo, é que tudo o que os animais fazem, os átomos fazem. Em outras palavras, não há nada que os seres vivos façam que não possa ser compreendido do ponto de vista de que são feitos de átomos agindo de acordo com as leis da física . Isso não era conhecido desde o início: foram necessários experimentos e teorizações para sugerir essa hipótese, mas agora ela é aceita e é a teoria mais útil para gerar novas ideias no campo da biologia.
( Seis Peças Fáceis , p. 20 )

Feynman está absolutamente certo ao afirmar que tudo é composto de partículas discretas. Poderíamos reescrever seu conselho para o futuro da seguinte forma:

O universo consiste em partículas discretas, descontínuas e, em certo sentido, "digitais". Não existe um mundo "clássico", apenas um mundo quântico. O mundo "clássico" emerge do mundo quântico quando um número suficientemente grande de partículas se reúne. O espaço (e tempo) contínuo no qual localizamos as partículas é apenas uma construção matemática que nos permite descrever o mundo. Não existem "campos" contínuos nos quais as partículas de matéria (elétrons, átomos, etc.) sejam consideradas singularidades. As "forças" causais contínuas, como a gravidade, que postulamos são ficções úteis. Elas são apenas médias estatísticas sobre outros tipos de partículas (fótons, bósons, grávitons) que parecem contínuas quando muitas dessas partículas estão presentes. No nível microscópico, os eventos quânticos são descontínuos e acausais. As equações integrais e diferenciais analíticas que assumimos governarem deterministicamente os movimentos das partículas materiais são idealizações precisas apenas para corpos muito grandes.

Em 1948, Feynman desenvolveu sua abordagem de "soma sobre caminhos" para a mecânica quântica. Ela foi baseada em um artigo de 1933 de P.A.M. Dirac, que buscava formular a mecânica quântica usando uma função Lagrangiana em vez do Hamiltoniano padrão, e um método variacional para encontrar a mínima ação.

A ideia de um único caminho para um sistema quântico (por exemplo, o caminho de um elétron ou fóton no experimento da dupla fenda) é substituída por uma soma sobre uma infinidade de caminhos mecanicamente quânticos possíveis para calcular uma amplitude de probabilidade . Isso corresponde à visão ondulatória de ondas esféricas que se propagam em todas as direções, a qual foi criticamente questionada por Albert Einstein em seus artigos de 1905 e 1909 sobre a hipótese quântica da luz e a dualidade onda-partícula .

Mais importante ainda, o quadrado da amplitude de probabilidade complexa nos dá a mesma probabilidade de encontrar uma partícula em algum lugar que o módulo absoluto da função de onda de Erwin Schrödinger |ψ| ² , que é a solução da equação de Schrödinger.

Como Feynman escreveu em seu artigo de 1948 sobre a nova formulação do integral de caminho da mecânica quântica...

A mecânica quântica não relativística é formulada aqui de uma maneira diferente. Ela é, no entanto, matematicamente equivalente à formulação familiar. Na mecânica quântica, a probabilidade de um evento que pode ocorrer de diversas maneiras diferentes é o quadrado absoluto da soma das contribuições complexas, uma de cada caminho alternativo. A probabilidade de uma partícula ser encontrada com uma trajetória x(t) em algum ponto dentro de uma região do espaço-tempo é o quadrado da soma das contribuições, uma de cada trajetória na região. Postula-se que a contribuição de uma única trajetória seja uma exponencial cuja fase (imaginária) é a ação clássica (em unidades de h² ) para a trajetória em questão. A contribuição total de todas as trajetórias que chegam a x, t vindas do passado é a função de onda ψ(x, t) . Demonstra-se que esta satisfaz a equação de Schrödinger.

"Space-Time Approach to Non-Relativistic Quantum Mechanics", Reviews of Modern Physics 20.2 (1948), p. 367.

Aula 1 - A Lei da Gravitação (somente em vídeo)

Aula 2 - A Relação da Matemática com a Física (somente vídeo)

Aula 3 - Os Grandes Princípios da Conservação (somente em vídeo)

Aula 4 - Simetria nas Leis Físicas (somente vídeo)

Aula 5 - A distinção entre passado e futuro (texto e vídeo) (somente vídeo)

Aula 6 - Probabilidade e Incerteza (texto e vídeo) (somente vídeo)

Aula 7 - Em busca de novas leis (somente em vídeo)

Em sua sexta palestra Messenger, Feynman imaginou um cenário semelhante ao que Arthur Holly Compton usou como modelo para o livre-arbítrio baseado na incerteza quântica .

...poderíamos bolar um esquema — é melhor não fazermos isso, mas poderíamos — no qual instalaríamos uma fotocélula e um elétron para passar por ela, e se o víssemos atrás do buraco nº 1, detonaríamos a bomba atômica e iniciaríamos a Terceira Guerra Mundial, enquanto que se o víssemos atrás do buraco nº 2, faríamos sondagens de paz e adiaríamos a guerra por mais um tempo.

Não é estranho e até um tanto diabólico o tipo de exemplos que alguns físicos apresentam?

Feynman sobre o experimento da dupla fenda:
Probabilidade e incerteza - a visão quântica da natureza.

Feynman sobre a irreversibilidade:
A distinção entre passado e futuro

Discurso de aceitação do Prêmio Nobel de 1965:
O Desenvolvimento da Visão Espaço-Temporal da Eletrodinâmica Quântica

Por fim, Feynman afirmou, de forma memorável, que "Ninguém entende a mecânica quântica" . E disse que o experimento da dupla fenda é o único mistério da mecânica quântica.

Acreditamos que Feynman disse "ninguém entende" porque não existe "máquinas" que possam explicar como a função de onda matemática abstrata e imaterial pode fazer com que as partículas materiais apareçam nos locais previstos pelo quadrado da função de onda.