Deep no coração da física há um palpite de sorte. Foi um palpite incrivelmente bom, que permanece sólido diante do tempo e da experiência, e agora é um princípio fundamental na mecânica quântica.
É chamado de Regra Nascida, e enquanto é usado para previsões, ninguém realmente entende como funciona. Mas uma nova tentativa ousada de reescrevê-la poderia ser a ruptura que procurávamos para finalmente compreendê-la na sua totalidade.
University College London physicists Lluís Masanes e Thomas Galley juntaram-se a Markus Müller da Academia Austríaca de Ciências para encontrar uma nova forma de descrever esta lei básica da física.
Não são os primeiros a procurar por verdades mais profundas para este espantoso princípio quântico. E, sejamos honestos, eles não serão os últimos. Mas se houver uma solução a ser encontrada, provavelmente será necessária uma abordagem única como a deles.
Primeiro, para entender o que há de tão especial na regra Nascida, precisamos de apoiar um pouco.
Tornou-se um cliché dizer que a mecânica quântica é estranha. Com gatos que estão ao mesmo tempo vivos e mortos e partículas teletransportando informações através do espaço e do tempo, estamos acostumados a ver o porão da física como um show de magia.
Grandes nomes como Schrödinger, Heisenberg, e Einstein tendem a obter a glória, mas é o físico e matemático alemão Max Born que realmente merece o crédito pela monumental dor de cabeça que a mecânica quântica proporciona.
Para entender sua contribuição, só precisamos olhar para a bagunça quente que os físicos se encontraram no início dos anos 20. A estrutura do átomo tinha sido recentemente revelada como sendo constituída por um núcleo denso e positivamente carregado, rodeado por partículas menores de carga negativa.
Por que todo o sistema não colapsou foi a Grande Questão que estava sendo chutada, até que o físico francês Louis de Broglie veio com uma sugestão audaciosa – assim como as ondas de luz tinham uma natureza de partículas, esses elétrons negativos poderiam permanecer no alto se também fossem ondas.
A dualidade da luz já era difícil de engolir. Mas descrever a matéria sólida como se fosse uma onda no oceano era apenas uma loucura. Ainda assim, experimentos mostraram que era uma boa combinação.
Então, em 1926, Born veio com uma sugestão simples – tirando uma idéia da matemática de seus colegas, ele mostrou como essas ondas refletiam a probabilidade e criou uma regra que casou observações com medidas de probabilidade. Essa regra permite aos físicos prever a posição das partículas em experimentos, usando as probabilidades refletidas pelas amplitudes dessas funções de ondas.
Mas a regra Born não se baseava em algum conjunto básico de axiomas, ou verdades mais profundas da natureza. Em uma palestra que ele deu ao receber um Prêmio Nobel de Física por seu trabalho em 1954, Born explicou o momento ‘aha!’ emergido do trabalho de Einstein.
“Ele tinha tentado tornar a dualidade de partículas – quanta de luz ou fótons – e ondas compreensíveis, interpretando o quadrado das amplitudes das ondas ópticas como densidade de probabilidade para a ocorrência de fótons”, disse Born.
Foi um palpite inspirado, e um palpite preciso. Mas não havia axiomas básicos, nenhuma lei fundamental que levasse Born à sua conclusão. Era puramente preditivo, não dizendo nada sobre princípios mais profundos que transformam uma multidão de talvez numa única realidade.
Einstein odiava as implicações, famoso por afirmar que Deus não joga dados, e sentia que a mecânica quântica era uma teoria incompleta à espera de novas peças para tornar o quadro claro.
No início de um século depois, essas peças são tão elusivas como sempre. E a regra Nascida ainda se encontra no seu cerne, prevendo silenciosamente sem revelar o segredo da sua escolha.
O que é necessário é uma reformulação da famosa lei que mantém o seu poder de previsão enquanto insinua outras verdades. Então Masanes, Galley e Muller reformularam a formulação da regra com base em um punhado de suposições aparentemente triviais.
Primeiro, eles apontaram que os estados quânticos são descritos de acordo com medidas de magnitude e direção.
Segundamente, eles mostraram como esses estados podem ser descritos de acordo com o que é conhecido como unitarismo. Este jargão refere-se à informação que conecta os pontos de início e fim de um processo. (Para usar uma analogia grosseira, podemos não saber como chegamos em casa a partir da barra, mas o método que nos levou até lá também descreve o caminho de volta.)
Próximo, eles assumiram, no entanto optamos por agrupar as partes de um sistema quântico complexo, não deve fazer diferença para a medida do estado final. Dividir um arco-íris em sete cores é uma escolha que fazemos sujeita ao contexto; a natureza nem sempre está preocupada com divisões convenientes.
Por último, eles afirmaram que a medida de um estado quântico é única. Depois de tudo dito e feito, uma miríade de possibilidades termina numa resposta sólida.
Destes simples pontos de partida, o trio construiu logicamente de volta à regra Nascida. O trabalho deles está disponível para qualquer um ler no site arxiv.org de revisão pré-preparação, mas já está provocando discussões.
Não é uma solução em si, lembre-se, pois fica aquém de explicar por que uma onda de possibilidades cai na realidade que observamos.
Em vez disso, mostra como suposições fundamentais podem dar origem à mesma lei, fornecendo uma nova perspectiva de como abordar o problema.
Por enquanto, Deus ainda rola aqueles dados de forma justa e quadrada. Talvez seja assim que vamos apanhá-lo a fazer batota.