A decoerência é uma explicação abrangente para a ausência de efeitos exclusivamente quânticos em objetos macroscópicos. Os teóricos da decoerência afirmam, em particular, que ela explica a ausência de superposições de
gatos de Schrödinger vivos e mortos .
O "programa de decoerência" de H. Dieter Zeh , Wojciech Zurek e seus colegas é uma tentativa de descrever o "aparecimento" ou "emergência" de um mundo clássico a partir do mundo quântico microscópico.
Os teóricos da decoerência atribuem o surgimento de propriedades clássicas à interação de sistemas quânticos com o ambiente, geralmente à troca de fótons entre sistemas quânticos e o ambiente, mas também às colisões de partículas (mediadas por fótons virtuais). Nenhum sistema físico jamais está completamente isolado do ambiente. Um sistema perfeitamente isolado é, por definição, inobservável e, portanto, sem interesse para um físico experimental, embora os teóricos frequentemente trabalhem com tais ideias. Apesar de o isolamento ser um dos princípios fundamentais de todos os experimentos de física, é praticamente impossível impedir que partículas de alta energia e fótons atravessem qualquer experimento.
A maioria dos teóricos da decoerência subscreve o que chamam de "teoria quântica universalmente válida". Apesar do nome, essa teoria nega uma das hipóteses básicas da física quântica padrão, a saber, o
colapso da função de onda quântica (
postulado da projeção de
Dirac ), que é a fonte fundamental do
acaso ,
do indeterminismo ,
do livre-arbítrio e
da criatividade .
"Universalmente válido" refere-se à visão de Wheeler-Everett-DeWitt-Wigner que substitui o colapso da função de onda por uma divisão de uma função de onda universal Ψ em ramos ou componentes separados, cada um dos quais contém toda a matéria do universo imediatamente anterior ao evento quântico, tipicamente uma medição quântica. Enquanto a teoria quântica padrão prevê as probabilidades de a medição produzir dois ou mais autovalores da grandeza física observável que está sendo medida, a teoria dos " Muitos Mundos " assume que novos mundos são criados, com cada mundo realizando um desses autovalores, sendo todas as outras características dos novos mundos as mesmas de antes da medição.
John Bell descreveu a teoria dos muitos mundos como "extravagante". Nós a consideramos extremamente extravagante, visto que viola flagrantemente as leis de conservação mais fundamentais da física. Para criar outro universo paralelo, seria necessário dobrar a quantidade de energia, massa, carga, etc. E o novo universo teria que ser tão grande quanto o nosso universo observável. Tudo isso porque consideram a ideia do colapso da função de onda não intuitiva, o que, em certos aspectos, é verdade. Mas, em outros aspectos, trata-se simplesmente da concretização de um único resultado dentre muitas possibilidades alternativas .
Alguns teóricos da decoerência parecem compartilhar uma aversão ao indeterminismo , exemplificada pelo famoso ditado de Albert Einstein : "Deus não joga dados". Einstein se opôs ao determinismo e, ainda mais fortemente, em seu famoso artigo EPR , ao caráter não local da realidade quântica, que lhe sugeria que as "influências" viajavam mais rápido que a velocidade da luz, violando sua teoria da relatividade restrita.
E se Einstein não gostava da medição de uma partícula quântica alterando instantaneamente as propriedades de outra partícula a uma distância significativa (neste universo), o que ele teria pensado sobre duplicar todo o conteúdo observável do universo em um ramo paralelo não observável da função de onda universal Ψ?
Decoerência na Física Quântica Padrão
A decoerência pode ser separada das teorias de "muitos mundos" e de "não colapso". A ideia central é que as propriedades macroscópicas clássicas dependem da decoerência das propriedades quânticas, especialmente da interferência de diferentes componentes de um sistema quântico coerente. Podemos corroborar essa visão e mostrar que não são as propriedades clássicas que "emergem" sob condições de decoerência, mas sim as propriedades quânticas que se manifestam quando observamos sistemas suficientemente isolados e pequenos o bastante para exibirem coerência.
Paul Dirac descreveu o colapso da mecânica clássica como "uma inadequação de seus conceitos para nos fornecer uma descrição dos eventos atômicos". (Dirac, p.3)
Os filósofos gregos antigos Demócrito , Leucipo e Epicuro argumentavam que objetos grandes eram feitos de objetos menores, mas existe um tamanho em que algo é absolutamente pequeno. A mecânica quântica define o absolutamente pequeno como objetos que não podem ser vistos sem serem perturbados. A decoerência afirma que o próprio ato de observar um sistema quântico destrói a coerência que reflete sua natureza quântica fundamental.
Dirac definiu um objeto como "grande" quando a perturbação que acompanha nossa observação pode ser negligenciada, e "pequeno" quando a perturbação não pode ser negligenciada. Há um tamanho a partir do qual toda tentativa de minimizar a perturbação falha. Dirac afirma: " Há um limite para a precisão de nossa capacidade de observação e para a pequenez da perturbação que a acompanha – um limite inerente à natureza das coisas e que jamais poderá ser ultrapassado por técnicas aprimoradas ou maior habilidade por parte do observador. "
Uma consequência importante da pequenez absoluta é que devemos rever nossa ideia de causalidade . Se um sistema é pequeno, não podemos observá-lo sem causar uma perturbação significativa e, portanto, não podemos esperar encontrar conexões causais e determinísticas entre nossas observações. Há uma indeterminação inevitável na medição de sistemas quânticos, de modo que só podemos calcular a probabilidade de várias medições possíveis.
Sob pressão de Niels Bohr , Werner Heisenberg modificou sua ideia original de que a indeterminação é sempre resultado de observações (veja O Microscópio de Heisenberg ). A indeterminação é uma propriedade intrínseca dos objetos quânticos no espaço e no tempo e não depende de observações feitas por observadores conscientes (com doutorado, como disse John Bell ).
Note-se que os sistemas quânticos podem realizar medições geradoras de informação em si mesmos, o que é aceito pelos teóricos da decoerência.
Podemos denominar a função de onda de probabilidade-amplitude que passa pela fenda da esquerda na figura como ψ esquerda e as ondas que passam pela fenda da direita como ψ direita . Estas são coerentes e exibem as franjas de interferência quântica características na tela do detector (uma placa fotográfica ou um conjunto de CCDs). Isso ocorre mesmo que a intensidade das partículas seja tão baixa que apenas uma partícula por vez chegue à tela.
Em uma demonstração experimental dramática da decoerência, Gerhard Rempe enviou ondas de matéria de átomos pesados de rubídio através de duas fendas. Em seguida, irradiou a fenda da esquerda com micro-ondas capazes de excitar a estrutura hiperfina dos átomos de rubídio que passavam por essa fenda. À medida que aumentava a intensidade, as franjas de interferência diminuíam proporcionalmente ao número de fótons que incidiam sobre a fenda da esquerda. Os fótons decoerem as funções de onda, que de outra forma seriam coerentes.