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Conversa de Werner Heisenberg com Einstein
Na primavera de 1926, logo após Heisenberg, trabalhando com Max Born e Pascual Jordan , ter publicado sua nova teoria da mecânica matricial , ele deu uma palestra na Universidade de Berlim. Einstein assistiu à palestra e convidou o jovem Heisenberg para um passeio após a apresentação. Heisenberg relembrou a conversa que tiveram. Mecânica Quântica e uma Conversa com Einstein (1925-1926)
Durante esses anos críticos, a física atômica se desenvolveu praticamente como Niels Bohr havia previsto durante nossa caminhada pela montanha Hain. As dificuldades e contradições internas que impediam uma verdadeira compreensão dos átomos e de sua estabilidade pareciam impossíveis de serem superadas ou mesmo reduzidas — pelo contrário, tornaram-se ainda mais acentuadas. Todas as tentativas de superá-las com as ferramentas conceituais da física antiga pareciam fadadas ao fracasso.
Houve, por exemplo, a descoberta do físico americano Arthur Holly Compton de que a luz (ou mais precisamente os raios X) altera seu comprimento de onda quando a radiação é dispersa por elétrons livres.
Heisenberg ainda não aceitava a ideia de Einstein, de 1905, de que os quanta de luz eram partículas localizadas. É muito provável que Bohr também ainda tivesse dúvidas sobre a dualidade onda-partícula .
Esse resultado poderia ser explicado pela hipótese de Einstein de que a luz consiste em pequenos corpúsculos ou pacotes de energia, movendo-se pelo espaço com grande velocidade e ocasionalmente — por exemplo, durante o processo de dispersão — colidindo com um elétron. Por outro lado, havia muitas evidências experimentais sugerindo que a única diferença fundamental entre a luz e as ondas de rádio era que a primeira tinha um comprimento menor; em outras palavras, que um raio de luz era uma onda e não um fluxo de partículas. Além disso, as tentativas do físico holandês Ornstein de determinar a razão de intensidade das linhas espectrais em um chamado multiplete produziram resultados muito estranhos. Essas razões podem ser determinadas com a ajuda da teoria de Bohr. Agora, parecia que, embora as fórmulas derivadas da teoria de Bohr estivessem incorretas, uma pequena modificação produzia novas fórmulas que se ajustavam aos resultados experimentais. E assim, os físicos gradualmente aprenderam a se adaptar a uma série de dificuldades. Eles se acostumaram com o fato de que os conceitos e modelos da física clássica não eram rigorosamente aplicáveis a processos em escala atômica. Por outro lado, eles passaram a perceber que, com o uso habilidoso da liberdade resultante, podiam, ocasionalmente, adivinhar a formulação matemática correta de alguns dos detalhes.
Nos seminários ministrados por Max Born em Göttingen durante o verão de 1924, começamos a falar de uma nova mecânica quântica que um dia suplantaria a antiga mecânica newtoniana, e cujos contornos vagos já podiam ser discernidos aqui e ali. O princípio da correspondência de Niels Bohr foi usado para adivinhar as "condições quânticas" que eram os fundamentos das antigas e novas teorias quânticas.
Mesmo durante o semestre de inverno seguinte, que passei novamente em Copenhague, tentando desenvolver a teoria de Kramers sobre os fenômenos de dispersão, nossos esforços foram dedicados não tanto a derivar as relações matemáticas corretas, mas sim a adivinhar essas relações a partir de semelhanças com as fórmulas da teoria clássica.
Se penso no estado da teoria atômica naqueles meses, sempre me lembro de uma caminhada na montanha com alguns amigos do Movimento da Juventude, provavelmente no final do outono de 1924. Fomos de Kreuth até o Lago Achen. No vale, o tempo estava ruim e as montanhas estavam envoltas em nuvens. Durante a subida, a neblina começou a nos envolver e, depois de um tempo, nos vimos em meio a um emaranhado confuso de pedras e vegetação rasteira, sem nenhum sinal de trilha. Decidimos continuar subindo, embora estivéssemos bastante apreensivos quanto à descida caso algo desse errado. De repente, a neblina ficou tão densa que nos perdemos completamente de vista e só conseguíamos nos comunicar gritando. Ao mesmo tempo, o céu clareou e a luz mudou de cor repentinamente. Estávamos obviamente sob uma camada de neblina em movimento. Então, de repente, pudemos ver a borda de uma parede rochosa íngreme, bem à nossa frente, banhada pela luz do sol. No instante seguinte, a neblina havia se fechado novamente, mas tínhamos visto o suficiente para nos orientarmos pelo mapa. Após mais dez minutos de subida árdua, estávamos de pé sob o sol — na altura do cume, acima do mar de neblina. Ao sul, podíamos ver os picos das montanhas Sonnwend e, além delas, os cumes nevados dos Alpes Centrais, e todos respiramos aliviados. Na física atômica, da mesma forma, o inverno de 1924-1925 obviamente nos trouxe a um reino onde a neblina era densa, mas onde alguma luz começara a filtrar-se, trazendo a promessa de novas e empolgantes perspectivas. No semestre de verão de 1925, quando retomei meu trabalho de pesquisa na Universidade de Göttingen — desde julho de 1924 eu era Privatdozent naquela universidade — fiz uma primeira tentativa de adivinhar quais fórmulas permitiriam expressar as intensidades das linhas do espectro do hidrogênio, usando mais ou menos os mesmos métodos que se mostraram tão frutíferos em meu trabalho com Kramers em Copenhague.
Kramers usou as frequências orbitais eletrônicas não observáveis para prever as intensidades das linhas espectrais. Por sugestão de seu amigo Otto, Heisenberg substituiu as frequências das linhas espectrais, mantendo o método de análise de séries de Fourier de Kramers.
Essa tentativa me levou a um beco sem saída — me vi num emaranhado impenetrável de equações matemáticas complexas, sem nenhuma saída. Mas o trabalho me ajudou a me convencer de uma coisa: que se deve ignorar o problema das órbitas eletrônicas dentro do átomo e tratar as frequências e amplitudes associadas às intensidades das linhas como substitutos perfeitamente válidos. De qualquer forma, essas grandezas podiam ser observadas diretamente e, como meu amigo Otto havia apontado ao explicar a teoria de Einstein durante nosso passeio de bicicleta ao redor do Lago Walchensee, os físicos não devem considerar nada além de grandezas observáveis ao tentar resolver o enigma atômico. Minha tentativa de aplicar esse esquema ao átomo de hidrogênio fracassou devido às complicações desse problema específico. Consequentemente, busquei um sistema matemático mais simples e o encontrei no pêndulo, cujas oscilações poderiam servir como modelo para as vibrações moleculares estudadas pela física atômica. Meu trabalho nessa linha foi impulsionado, em vez de atrasado, por um infeliz revés pessoal.
Como não conseguiu resolver o problema do átomo de hidrogênio, Heisenberg optou por trabalhar com o oscilador harmônico simples. No final de maio de 1925, fiquei tão doente com a febre do feno que precisei pedir a Born uma licença de quatorze dias. Fui direto para Heligolândia, onde esperava me recuperar rapidamente no ar revigorante do mar, longe das flores e dos prados. Ao chegar, devo ter tido uma aparência deplorável com o rosto inchado; de qualquer forma, minha senhoria me olhou, concluiu que eu havia me envolvido em uma briga e prometeu cuidar de mim durante as sequelas. Meu quarto ficava no segundo andar e, como a casa era construída no alto da encosta sul da ilha rochosa, eu tinha uma vista gloriosa da vila, das dunas e do mar além. Sentado na minha varanda, tive ampla oportunidade de refletir sobre a observação de Bohr de que parte do infinito parece estar ao alcance daqueles que olham para o mar. Além de caminhadas diárias e longos mergulhos, não havia nada em Heligolândia que me distraísse do meu problema, e por isso me recuperei muito mais rapidamente do que teria me recuperado em Göttingen. Bastaram alguns dias para descartar toda a complexidade matemática que invariavelmente atrapalha o início de tais tentativas e para chegar a uma formulação simples do meu problema. Em mais alguns dias, ficou claro para mim o que precisamente deveria substituir as condições quânticas de Bohr-Sommerfeld em uma física atômica que trabalhasse apenas com grandezas observáveis. Também ficou óbvio que, com essa suposição adicional, eu havia introduzido uma restrição crucial na teoria. Na teoria fracassada de Bohr-Kramers-Slater de 1924, o princípio da conservação de energia havia sido negado. Einstein contestou, e experimentos confirmaram que ele estava certo.
Então percebi que não havia garantia de que o novo esquema matemático pudesse ser posto em prática sem contradições. Em particular, era completamente incerto se o princípio da conservação de energia ainda se aplicaria, e eu sabia muito bem que o sucesso ou fracasso do meu esquema dependia desse princípio.
Além disso, diversos cálculos mostraram que o esquema parecia bastante autoconsistente. Assim, concentrei-me em demonstrar que a lei da conservação era válida e, certa noite, cheguei ao ponto em que estava pronto para determinar os termos individuais na tabela de energia, ou, como dizemos hoje, na matriz de energia, por meio do que hoje seria considerado uma série de cálculos extremamente desajeitados. Quando os primeiros termos pareceram concordar com o princípio da energia, fiquei bastante entusiasmado e comecei a cometer inúmeros erros aritméticos. Como resultado, já eram quase três horas da manhã quando o resultado final dos meus cálculos estava diante de mim. O princípio da energia havia se mantido válido para todos os termos e eu não podia mais duvidar da consistência e coerência matemática do tipo de mecânica quântica para a qual meus cálculos apontavam. A princípio, fiquei profundamente alarmado. Tive a sensação de que, através da superfície dos fenômenos atômicos, eu estava olhando para um interior estranhamente belo e me senti quase tonto ao pensar que agora eu tinha que sondar essa riqueza de estruturas matemáticas que a natureza tão generosamente havia espalhado diante de mim. Estava tão animado que não consegui dormir, então, com o raiar do dia, fui até a ponta sul da ilha, onde eu ansiava por escalar uma rocha que se projetava para o mar. Consegui fazê-lo sem muita dificuldade e esperei o sol nascer. O que vi naquela noite em Heligolândia não foi, reconhecidamente, muito mais do que a borda da rocha iluminada pelo sol que vislumbrara no outono de 1924, mas quando relatei meus resultados a Wolfgang Pauli, geralmente meu crítico mais severo, ele me encorajou calorosamente a continuar pelo caminho que havia trilhado.
Heisenberg ignora completamente a mecânica ondulatória desenvolvida por Erwin Schrödinger em 1926, que também fazia parte da teoria da transformação de Dirac, núcleo da mecânica quântica atual.
Em Göttingen, Max Born e Pascual Jordan avaliaram as novas possibilidades, e em Cambridge o jovem matemático inglês Paul Dirac desenvolveu seus próprios métodos para resolver os problemas envolvidos. Após apenas alguns meses, os esforços concentrados desses homens levaram ao surgimento de uma estrutura matemática coerente, que prometia abranger todos os múltiplos aspectos da física atômica. Não falarei aqui do trabalho extremamente intenso que nos manteve sem fôlego por alguns meses; em vez disso, relatarei minha conversa com Albert Einstein após uma palestra sobre a nova mecânica quântica em Berlim.
Naquela época, a Universidade de Berlim era considerada o bastião da física na Alemanha, com figuras renomadas como Planck, Einstein, von Laue e Nernst. Foi lá que Planck descobriu a teoria quântica e que Rubens a confirmou por meio de medições especiais de radiação térmica; foi lá que Einstein formulou sua teoria da relatividade geral e sua teoria da gravitação em 1916. No centro da vida científica estava o chamado colóquio de física, que provavelmente remontava à época de Helmholtz e que geralmente contava com a presença de todo o corpo docente do departamento de física. Na primavera de 1926, fui convidado a discursar para esse distinto grupo sobre a nova mecânica quântica e, como essa era minha primeira oportunidade de conhecer tantos homens famosos, fiz questão de apresentar uma descrição clara dos conceitos e fundamentos matemáticos daquela que era então uma teoria bastante incomum. Aparentemente, consegui despertar o interesse de Einstein, pois ele me convidou para acompanhá-lo até em casa para que pudéssemos discutir as novas ideias com mais detalhes. No caminho, ele perguntou sobre meus estudos e pesquisas anteriores. Assim que entramos, iniciou a conversa com uma pergunta relacionada ao contexto filosófico do meu trabalho recente. Existe uma grande diferença entre não ser capaz de observar as trajetórias dos elétrons e declarar que elas não existem.
"O que você nos disse parece extremamente estranho. Você assume a existência de elétrons dentro do átomo, e provavelmente está certo em fazê-lo. Mas se recusa a considerar suas órbitas, mesmo que possamos observar os rastros dos elétrons em uma câmara de nuvens. Gostaria muito de saber mais sobre os motivos que o levaram a fazer tais suposições estranhas."
Heisenberg substitui as frequências observáveis das emissões de linhas espectrais como "representantes" das órbitas eletrônicas
não observáveis .
"Não podemos observar as órbitas dos elétrons dentro do átomo", devo ter respondido, "mas a radiação que um átomo emite durante as descargas nos permite deduzir as frequências e as amplitudes correspondentes de seus elétrons. Afinal, mesmo na física antiga, os números de onda e as amplitudes podiam ser considerados substitutos para as órbitas dos elétrons. Ora, como uma boa teoria deve se basear em grandezas diretamente observáveis, achei mais apropriado me restringir a estas, tratando-as, por assim dizer, como representantes das órbitas dos elétrons."
"Mas você não acredita seriamente", protestou Einstein, "que apenas grandezas observáveis devam ser consideradas em uma teoria física" "Não foi exatamente isso que você fez com a relatividade", perguntei, surpreso. "Afinal, você enfatizou o fato de que é inadmissível falar em tempo absoluto, simplesmente porque o tempo absoluto não pode ser observado; que apenas as leituras do relógio, seja no sistema de referência em movimento ou no sistema em repouso, são relevantes para a determinação do tempo." "Talvez eu tenha usado esse tipo de raciocínio", admitiu Einstein, "mas, mesmo assim, é um absurdo. Talvez eu pudesse dizer isso de forma mais diplomática, afirmando que pode ser heuristicamente útil manter em mente o que de fato observamos. Mas, em princípio, é completamente errado tentar fundamentar uma teoria apenas em grandezas observáveis. Na realidade, acontece justamente o contrário. É a teoria que determina o que podemos observar."
As observações começam como medições, novas informações registradas no aparelho, que são posteriormente percebidas pelo experimentador e registradas em sua memória consciente (o ERR ).
É preciso compreender que a observação é um processo muito complexo. O fenômeno observado produz certos eventos em nosso aparelho de medição. Como resultado, outros processos ocorrem no aparelho, que, eventualmente e por caminhos complexos, produzem impressões sensoriais e nos ajudam a fixar os efeitos em nossa consciência. Ao longo de todo esse caminho — do fenômeno à sua fixação em nossa consciência — precisamos ser capazes de descrever o funcionamento da natureza, precisamos conhecer as leis naturais, pelo menos em termos práticos, antes de podermos afirmar que observamos algo. Somente a teoria, ou seja, o conhecimento das leis naturais, nos permite deduzir os fenômenos subjacentes a partir de nossas impressões sensoriais.
As palavras de Heisenberg, colocadas aqui na boca de Einstein — desde o fenômeno até sua fixação em nossa consciência — soam mais como a linguagem e a filosofia de Niels Bohr do que as de Einstein.
Quando afirmamos que podemos observar algo novo, na verdade deveríamos estar dizendo que, embora estejamos prestes a formular novas leis naturais que não concordam com as antigas, assumimos que as leis existentes — que abrangem todo o caminho do fenômeno à nossa consciência — funcionam de tal maneira que podemos confiar nelas e, portanto, falar de 'observações'.
"Na teoria da relatividade, por exemplo, pressupomos que, mesmo no sistema de referência em movimento, os raios de luz que viajam do relógio até o olho do observador se comportam mais ou menos como sempre esperamos que se comportem. E em sua teoria, você assume, obviamente, que todo o mecanismo de transmissão da luz do átomo vibrante até o espectroscópio ou até o olho funciona exatamente como sempre supusemos, ou seja, essencialmente de acordo com as leis de Maxwell. Se esse não fosse mais o caso, você não poderia observar nenhuma das grandezas que chama de observáveis. Sua afirmação de que está introduzindo apenas grandezas observáveis é, portanto, uma suposição sobre uma propriedade da teoria que você está tentando formular. Você está, na verdade, assumindo que sua teoria não entra em conflito com a antiga descrição dos fenômenos de radiação nos pontos essenciais. Você pode estar certo, é claro, mas não pode ter certeza." Fiquei completamente surpreso com a atitude de Einstein, embora tenha achado seus argumentos convincentes. Por isso, disse: "A ideia de que uma boa teoria nada mais é do que uma condensação de observações de acordo com o princípio da economia de pensamento certamente remonta a Mach, e, de fato, já se disse que sua teoria da relatividade faz uso decisivo de conceitos machianos. Mas o que você acabou de me dizer parece indicar justamente o contrário. O que devo pensar disso tudo, ou melhor, o que você mesmo pensa a respeito" "É uma longa história, mas podemos entrar em detalhes se você quiser. O conceito de economia do pensamento de Mach provavelmente contém parte da verdade, mas me parece um pouco trivial demais. Permita-me, antes de mais nada, apresentar alguns argumentos a seu favor. Obviamente, compreendemos o mundo por meio dos nossos sentidos. Mesmo quando as crianças pequenas aprendem a falar e a pensar, fazem isso reconhecendo a possibilidade de descrever impressões sensoriais altamente complexas, mas de alguma forma relacionadas, com uma única palavra, por exemplo, a palavra 'bola'." Eles aprendem isso com os adultos e obtêm a satisfação de conseguirem se fazer entender. Em outras palavras, podemos argumentar que a formação da palavra, e consequentemente do conceito, de "bola" é uma espécie de economia de pensamento que permite à criança combinar impressões sensoriais muito complexas de maneira simples. Aqui, Mach nem sequer aborda a questão de quais predisposições mentais ou físicas devem ser satisfeitas no homem — ou na criança pequena — antes que o processo de comunicação possa ser iniciado. Com os animais, esse processo funciona com muito menos eficácia, como todos sabem, mas não falaremos disso agora. Mach também acredita que a formação de teorias científicas, por mais complexas que sejam, ocorre de maneira semelhante. Tentamos ordenar os fenômenos, reduzi-los a uma forma simples, até que possamos descrever o que pode ser um grande número deles com a ajuda de alguns conceitos simples. "Tudo isso parece muito razoável, mas devemos, no entanto, nos perguntar em que sentido o princípio da economia mental está sendo aplicado aqui. Estamos pensando em economia psicológica ou lógica, ou, ainda, estamos lidando com o lado subjetivo ou objetivo dos fenômenos Quando a criança forma o conceito de 'bola', ela introduz uma simplificação puramente psicológica ao combinar impressões sensoriais complexas por meio desse conceito, ou essa bola realmente existe Mach provavelmente responderia que as duas afirmações expressam o mesmo fato. Mas ele estaria completamente enganado. Para começar, a afirmação 'A bola realmente existe' também contém uma série de afirmações sobre possíveis impressões sensoriais que podem ocorrer no futuro. Ora, possibilidades e expectativas futuras constituem uma parte muito importante da nossa realidade e não devem ser simplesmente esquecidas. Além disso, devemos lembrar que inferir conceitos e coisas a partir de impressões sensoriais é uma das pressuposições básicas de todo o nosso pensamento. Portanto, se quiséssemos falar apenas de impressões sensoriais, teríamos que nos livrar da nossa linguagem e do nosso pensamento. Em outras palavras, Mach negligencia o fato de que o mundo Realmente existe algo objetivo em nossas impressões sensoriais. "Não tenho a intenção de parecer um defensor de uma forma ingênua de realismo; sei que estas são questões muito difíceis, mas também considero o conceito de observação de Mach demasiado ingênuo. Ele finge que sabemos perfeitamente o que significa a palavra 'observar' e pensa que isso o isenta de ter que discriminar entre fenômenos 'objetivos' e 'subjetivos'. Não admira que seu princípio tenha um nome tão suspeitamente comercial: 'economia do pensamento'. Sua ideia de simplicidade é demasiado subjetiva para mim. Na realidade, a simplicidade das leis naturais também é um fato objetivo, e o esquema conceitual correto deve equilibrar o lado subjetivo dessa simplicidade com o objetivo. Mas essa é uma tarefa muito difícil. Voltemos, então, à sua palestra." "Tenho uma forte suspeita de que, precisamente por causa dos problemas que acabamos de discutir, sua teoria um dia lhe causará problemas. Gostaria de explicar isso com mais detalhes. No que diz respeito à observação, você se comporta como se tudo pudesse permanecer como estava, ou seja, como se pudesse usar a antiga linguagem descritiva." Em casos como o da câmara de nuvens, observamos a trajetória do elétron. Einstein afirma, simplesmente, que ainda deve haver uma trajetória objetiva dentro do átomo, mesmo que o espaço seja tão restrito que não possamos fazer medições/observações.
"Nesse caso, porém, você também terá que dizer: em uma câmara de nuvens podemos observar a trajetória dos elétrons. Ao mesmo tempo, você afirma que não existem trajetórias de elétrons dentro do átomo. Isso é um absurdo óbvio, pois é impossível eliminar a trajetória simplesmente restringindo o espaço em que o elétron se move."
Tentei defender a nova mecânica quântica. Heisenberg retoma a ideia de Bohr de que devemos usar nossa linguagem clássica tradicional para descrever nossos experimentos.
Por enquanto, não temos ideia de em que linguagem devemos falar sobre os processos dentro do átomo. É verdade que temos uma linguagem matemática, isto é, um esquema matemático para determinar os estados estacionários do átomo ou as probabilidades de transição de um estado para outro, mas não sabemos — pelo menos não em geral — como essa linguagem se relaciona com a da física clássica. E, claro, precisamos dessa conexão para aplicar essa teoria a experimentos. Pois, quando se trata de experimentos, invariavelmente falamos na linguagem tradicional.
Não podemos compreender a mecânica quântica até que sejamos capazes de explicá-la usando nossa linguagem clássica tradicional para descrever a trajetória de um elétron.
"Portanto, não posso afirmar que 'compreendemos' a mecânica quântica. Presumo que o esquema matemático funcione, mas nenhuma ligação com a linguagem tradicional foi estabelecida até o momento. E até que isso seja feito, não podemos esperar falar sobre a trajetória do elétron na câmara de nuvens sem contradições internas. Logo, provavelmente é muito cedo para resolver as dificuldades que você mencionou."
"Muito bem, aceitarei isso", disse Einstein. "Conversaremos sobre isso novamente daqui a alguns anos. Mas talvez eu possa lhe fazer outra pergunta. A teoria quântica, como você a expôs em sua palestra, tem duas faces distintas. Por um lado, como o próprio Bohr corretamente enfatizou, ela explica a estabilidade do átomo; ela faz com que as mesmas formas reapareçam repetidamente. Por outro lado, ela explica aquela estranha descontinuidade ou inconstância da natureza que observamos claramente quando assistimos a flashes de luz em uma tela de cintilação. Esses dois aspectos estão obviamente conectados. Em sua mecânica quântica, você terá que levar ambos em consideração, por exemplo, quando falar da emissão de luz pelos átomos. Você pode calcular os valores discretos de energia dos estados estacionários. Sua teoria pode, portanto, explicar a estabilidade de certas formas que não podem se fundir continuamente umas nas outras, mas devem diferir por quantidades finitas e parecem capazes de reformação permanente." Aqui Einstein introduz seu quantum de luz, hipotetizado pela primeira vez 21 anos antes, e comprovado como explicação para o efeito Compton, como Heisenberg já havia observado.
"Mas o que acontece durante a emissão de luz Como você sabe, eu sugeri que, quando um átomo passa repentinamente de um valor de energia estacionário para outro, ele emite a diferença de energia como um pacote de energia, o chamado quantum de luz. Nesse caso, temos um exemplo particularmente claro de descontinuidade. Você acha que minha concepção está correta Ou você poderia descrever a transição de um estado estacionário para outro de uma maneira mais precisa"
Na minha resposta, devo ter dito algo como isto: Heisenberg simplesmente diz que ele e Bohr "não sabem". Ele não pode dizer que acredita nos quanta de luz de Einstein, embora a essa altura a maioria dos físicos quânticos já tivesse aceitado a ideia de fótons como partículas, além de reconhecerem suas propriedades ondulatórias!
"Bohr me ensinou que não se pode descrever esse processo por meio dos conceitos tradicionais, ou seja, como um processo no tempo e no espaço. Com isso, é claro, dissemos muito pouco, nada mais do que, na verdade, que não sabemos. Se devo ou não acreditar em quanta de luz, não posso dizer neste momento. A radiação envolve, obviamente, os elementos descontínuos aos quais você se refere como quanta de luz."
Heisenberg não conseguia então compreender como sua mecânica quântica, com sua ênfase nas propriedades materiais de energia e momento, poderia explicar as propriedades ondulatórias, que Bohr via como descritas em termos das propriedades complementares do espaço e do tempo.
Por outro lado, existe um elemento contínuo, que aparece, por exemplo, em fenômenos de interferência, e que é descrito de forma muito mais simples pela teoria ondulatória da luz. Mas você tem toda a razão em perguntar se a mecânica quântica tem algo de novo a dizer sobre esses problemas terrivelmente difíceis. Acredito que podemos ao menos ter esperança de que um dia ela terá.
"Eu poderia, por exemplo, imaginar que obteríamos uma resposta interessante se considerássemos as flutuações de energia de um átomo durante reações com outros átomos ou com o campo de radiação. Se a energia mudasse de forma descontínua, como esperamos da sua teoria dos quanta de luz, então a flutuação, ou, em termos matemáticos mais precisos, a flutuação quadrática média, seria maior do que se a energia mudasse continuamente. Estou inclinado a acreditar que a mecânica quântica levaria ao maior valor e, assim, estabeleceria a descontinuidade. Por outro lado, o elemento contínuo, que aparece em experimentos de interferência, também deve ser levado em conta. Talvez devamos imaginar as transições de um estado estacionário para o próximo como vários desvanecimentos em um filme. A mudança não é repentina — uma imagem desaparece gradualmente enquanto a próxima se torna nítida, de modo que, por um tempo, ambas as imagens se confundem e não sabemos qual é qual. Da mesma forma, pode muito bem haver um estado intermediário no qual não podemos dizer se um átomo está no estado superior ou inferior." Einstein está absolutamente correto ao afirmar que Heisenberg está falando sobre o que nós subjetivamente sabemos — epistemologia — e não sobre o que é — ontologia — o que está acontecendo na realidade objetiva.
"Você está pisando em terreno muito instável", alertou-me Einstein. "Pois você está falando repentinamente sobre o que sabemos sobre a natureza e não mais sobre o que a natureza realmente faz. Na ciência, devemos nos preocupar unicamente com o que a natureza faz. Pode muito bem ser que você e eu saibamos coisas bastante diferentes sobre a natureza. Mas quem se interessaria por isso Talvez apenas você e eu. Para todos os outros, é uma questão de completa indiferença. Em outras palavras, se sua teoria estiver correta, você terá que me dizer, mais cedo ou mais tarde, o que o átomo faz quando passa de um estado estacionário para o próximo."
"Talvez", eu poderia ter respondido. "Mas me parece que você está usando a linguagem de forma um pouco rígida demais. Ainda assim, admito que tudo o que eu disser agora pode soar como uma desculpa esfarrapada. Então, vamos esperar para ver como a teoria atômica se desenvolve." Einstein me lançou um olhar cético. "Como você pode ter tanta fé na sua teoria quando tantos problemas cruciais permanecem sem solução" Certamente, devo ter refletido bastante antes de formular minha resposta. "Creio, assim como você, que a simplicidade das leis naturais tem um caráter objetivo, que não é apenas o resultado da economia de pensamento. Se a natureza nos conduz a formas matemáticas de grande simplicidade e beleza — por formas, refiro-me a sistemas coerentes de hipóteses, axiomas etc., a formas que ninguém jamais encontrou antes —, não podemos deixar de pensar que elas são 'verdadeiras', que revelam uma característica genuína da natureza. Pode ser que essas formas também abarquem nossa relação subjetiva com a natureza, que reflitam elementos de nossa própria economia de pensamento. Mas o simples fato de que jamais poderíamos ter chegado a essas formas por nós mesmos, de que elas nos foram reveladas pela natureza, sugere fortemente que elas devem fazer parte da própria realidade, e não apenas de nossos pensamentos sobre a realidade." "Podem objetar que, ao falar de simplicidade e beleza, estou introduzindo critérios estéticos de verdade, e admito francamente que me sinto fortemente atraído pela simplicidade e beleza dos esquemas matemáticos que a natureza nos apresenta. Vocês também devem ter sentido isso: a simplicidade e a plenitude quase assustadoras das relações que a natureza subitamente revela diante de nós e para as quais nenhum de nós estava minimamente preparado. E esse sentimento é algo completamente diferente da alegria que sentimos quando realizamos uma tarefa específica com particular excelência. Essa é uma das razões pelas quais espero que os problemas que temos discutido sejam resolvidos de uma forma ou de outra. No presente caso, a simplicidade do esquema matemático tem a consequência adicional de que deve ser possível conceber muitos experimentos cujos resultados possam ser previstos a partir da teoria. E se os experimentos reais confirmarem as previsões, não há dúvida de que a teoria reflete a natureza com precisão nesse domínio específico." "O controle por meio de experimentos", concordou Einstein, "é, obviamente, um pré-requisito essencial para a validade de qualquer teoria. Mas é impossível testar tudo. É por isso que me interesso tanto por suas observações sobre simplicidade. Ainda assim, eu jamais afirmaria que realmente entendi o que significa a simplicidade das leis naturais." Depois de falar por um bom tempo sobre o papel dos critérios de verdade na física, me despedi. Encontrei Einstein novamente um ano e meio depois, no Congresso Solvay em Bruxelas, onde as bases epistemológicas e filosóficas da teoria quântica foram mais uma vez o tema das discussões mais instigantes. Normal | Professor | Pesquisador |