Wojciech Zurek é um cientista do Laboratório Nacional de Los Alamos, mais conhecido por suas contribuições para a teoria da decoerência quântica , a perda de coerência entre os vários estados em uma superposição de estados quânticos.

O princípio da superposição de estados, o axioma da medição e o postulado da projeção (o "colapso" da função de onda ou a "redução do pacote de ondas") são as três principais hipóteses da formulação padrão da mecânica quântica de PAM Dirac .

Zurek e seus colegas, notadamente H. Dieter Zeh , negam o postulado da projeção de Dirac. Eles são um caso especial entre muitos teóricos que buscam razões para negar processos descontínuos , discretos e indeterminísticos (por exemplo, saltos quânticos), a fim de restaurar uma física contínua e determinística e explicar a transição da física quântica microscópica para a física clássica macroscópica.

Zurek e Zeh explicam a perda de coerência quântica e o "aparecimento" de saltos quânticos como consequência das interações do sistema quântico com o ambiente. Eles descrevem a decoerência como a perda de informação de um sistema quântico para o seu ambiente. De fato, a manutenção da coerência (por exemplo, a informação de fase entre estados em uma superposição de estados que produz efeitos de interferência ondulatórios) é uma parte essencial da evolução temporal de um sistema quântico, de acordo com a equação de onda de Schrödinger .

A evolução temporal coerente é uma idealização que só pode ser realizada de forma aproximada, em um sistema praticamente isolado do seu ambiente.

Mas sem a projeção em um único estado (o "colapso" em um "autoestado" com um "autovalor" observável), não haveria comportamento semelhante ao de uma partícula. Os teóricos da decoerência substituem o "colapso" pela perda de informação. Isso é instrutivo, porque toda interação de um sistema quântico com outros sistemas (sejam quânticos ou aproximadamente clássicos) pode resultar tanto em uma perda de informação (um ganho de entropia positiva) quanto em um ganho de informação local (à custa de uma entropia positiva ainda maior transferida para fora do sistema quântico e do ambiente local).

O problema da medição é melhor analisado como um ganho de informação. O novo conhecimento adquirido pelo observador deve, primeiramente, ser informação recém-criada que seja um registro suficientemente estável para estar disponível para observação. Isso requer um processo termodinâmico irreversível , e os teóricos da decoerência concordam que a dinâmica do sistema quântico (vista isoladamente do ambiente) não é unitária e é irreversível.

Mas eles se esquivam de uma tentativa de explicação da medição e negam que a decoerência gere um colapso real da função de onda. A decoerência apenas fornece uma explicação para a "observação" do colapso da função de onda. Eles substituem o colapso pelo "vazamento" de informação para o ambiente, à medida que os componentes da função de onda são desacoplados de um sistema coerente e adquirem novas fases de seu entorno imediato.

Os teóricos da decoerência acreditam que a superposição total de uma função de onda global ou "universal" segue uma evolução temporal unitária de acordo com a equação de Schrödinger , o que os compromete com algo semelhante às interpretações de "muitos mundos" de Everett ou de "muitas mentes" de Zeh na mecânica quântica.

A percepção de Zurek sobre a importância da informação é muito poderosa. Como ele escreveu em sua versão revisada de 2003 do artigo fundamental de 1991 sobre decoerência na revista Physics Today :

...se há uma lição a ser aprendida com o que já sabemos sobre esses assuntos, é que a informação e sua transferência desempenham um papel fundamental no universo quântico.

As ciências naturais foram construídas sobre uma premissa tácita: a informação sobre o universo pode ser adquirida sem alterar seu estado. O ideal da “ciência exata” era ser objetiva e fornecer uma descrição da realidade. A informação era considerada não física, etérea, um mero registro do universo tangível e material, um reflexo inconsequente, existente além e essencialmente desacoplada do domínio governado pelas leis da física. Essa visão não é mais sustentável ( Landauer 1991). A teoria quântica pôs fim a esse sonho laplaciano de um universo mecânico. Os observadores de fenômenos quânticos não podem mais ser meros espectadores passivos.

As leis quânticas precisam ser complementadas pelas leis termodinâmicas, mas Zurek está certo ao afirmar que o próprio universo é capaz de gerar e armazenar novas informações sem um "observador consciente".

O universo pode observar a si mesmo.

As leis da mecânica quântica tornam impossível obter informações sem alterar o estado do objeto medido. A linha divisória entre o que é e o que se sabe ser tornou-se imprecisa para sempre. Ao abolir essa fronteira, a teoria quântica simultaneamente privou o "observador consciente" do monopólio da aquisição e armazenamento de informações: qualquer correlação é um registro, qualquer estado quântico é um registro de algum outro estado quântico. Quando as correlações são suficientemente robustas, ou o registro é suficientemente indelével, a familiar "realidade objetiva" clássica emerge do substrato quântico. Além disso, mesmo uma interação mínima com o ambiente, praticamente inevitável para qualquer objeto macroscópico, estabelecerá tal correlação: o ambiente, na prática, medirá o estado do objeto, e isso basta para destruir a coerência quântica. A decoerência resultante desempenha, portanto, um papel vital na facilitação da transição do quântico para o clássico.

(" Decoerência e a transição do quântico para o clássico — revisitada ", 2003, p. 21)

Decoerência e a transição do quântico para o clássico — revisitada

Darwinismo Quântico , Nature Physics, vol. 5, pp. 181-188 (2009)