Neste artigo, examinaremos o contexto da mecânica quântica, os principais pontos da interpretação de Copenhague e da interpretação de muitos mundos, e como essas duas interpretações encaram a "observação", para então refletir sobre o propósito da mecânica quântica.
Há muito tempo, na história da física, Max Planck publicou um artigo e resultados experimentais baseados em seus experimentos com radiação de corpo negro, afirmando que “toda a energia consiste em pacotes muito pequenos com valores discretos”. Isso abalou os alicerces da visão predominante entre os físicos da época, que acreditavam que todos os fenômenos do mundo macroscópico poderiam ser explicados pela mecânica newtoniana. A partir desse momento, com o avanço dos equipamentos de medição e a capacidade dos físicos de observar o mundo microscópico, diversos resultados experimentais foram publicados, revelando as limitações da mecânica newtoniana. Esses resultados, que não podiam ser explicados pelas teorias existentes, logo levaram ao reconhecimento da necessidade de uma nova estrutura para a mecânica — e assim nasceu a “mecânica quântica”. A mecânica quântica rapidamente consolidou sua posição ao fornecer respostas para fenômenos naturais que não podiam ser resolvidos pela física existente, como a explicação de Einstein para o efeito fotoelétrico e o modelo de Bohr para o espectro do átomo de hidrogênio. Além disso, graças aos esforços de inúmeros físicos e a desenvolvimentos como a teoria da transformação proposta por Paul Dirac e Pascual Jordan, ela se estabeleceu como um campo de estudo distinto.
Contudo, isso apenas significava a conclusão da “forma” matemática — a ferramenta usada para descrever o conteúdo da mecânica quântica — e não implicava que ela tivesse sido estabelecida a partir da perspectiva da interpretação física. Mesmo agora, décadas depois, conflitos de opinião persistem entre físicos proeminentes a respeito da “interpretação” dos fenômenos da mecânica quântica. Da “interpretação de Copenhague” — frequentemente referida como a interpretação dominante — à “interpretação de muitos mundos”, que surgiu em resposta às limitações da primeira, e várias outras interpretações, essas diferentes abordagens continuam a se complementar, abordando as lacunas que nenhuma interpretação isolada consegue explicar completamente. Em uma conferência de mecânica quântica realizada na Áustria, uma pesquisa foi conduzida entre 33 físicos de renome mundial, perguntando qual interpretação eles apoiavam; a interpretação de Copenhague recebeu 42%, a interpretação da teoria da informação 24% e a interpretação de muitos mundos 18%. Dado que nenhuma interpretação ultrapassou 50% nessa pesquisa, fica claro que cada interpretação tem suas próprias limitações. Neste artigo, apresentarei brevemente a “interpretação de Copenhague” e a “interpretação de muitos mundos” — que representam uma parte significativa da área e sustentam visões opostas sobre o ato de “observação” — e discutirei suas limitações. A “interpretação da teoria da informação” está excluída desta discussão porque encara a mecânica quântica de uma perspectiva um tanto diferente das outras duas.
A estrutura básica da interpretação de Copenhague, proposta por Bohr e Heisenberg, é a seguinte: “Enquanto o observador não utilizar nenhum instrumento de medição, o elétron dentro de um átomo se move de acordo com as leis da causalidade. No entanto, ao tentar descrever o elétron em uma posição e tempo fixos dentro do espaço-tempo, interações discretas intervêm, fazendo com que ele se desvie da causalidade, e o observador não tem outra escolha senão confiar nas probabilidades quânticas.” A mecânica newtoniana afirma que as partículas observadas no mundo macroscópico possuem valores específicos e bem definidos para posição e momento quando se movem. Isso significa que, no mundo macroscópico, onde existem observadores — ou seja, humanos —, a posição e o momento são fixos. Contudo, no mundo microscópico, um elétron em movimento existe em um estado no qual essas grandezas físicas não podem ser determinadas definitivamente como um único valor. Em vez disso, vários estados diferentes coexistem simultaneamente. Por exemplo, se houver três estados possíveis — 1, 2 e 3 — que um elétron pode ocupar, o elétron existe em todos os três estados simultaneamente antes de ser observado. Matematicamente, isso pode ser expresso como a soma das funções de onda correspondentes aos estados 1, 2 e 3. Quando um observador no mundo macroscópico observa o elétron, este é reduzido a um único estado dentre os muitos estados possíveis, determinado pela probabilidade associada a esse estado. Em outras palavras, o ato de “observação” altera o estado do elétron. Por exemplo, no momento em que se determina que o elétron está no estado 1, a possibilidade de ele existir simultaneamente nos estados 2 e 3 desaparece. É a isso que a interpretação de Copenhague se refere como o “colapso da função de onda”. Consequentemente, o ato de “observação” possui imensa importância na interpretação de Copenhague.
Físicos famosos como Einstein refutaram a interpretação de Copenhague, citando vários experimentos mentais como evidência. Entre eles, o mais conhecido é o do "Gato de Schrödinger". Dentro de uma caixa selada, há um gato e um dispositivo capaz de liberar veneno dependendo do estado de uma partícula, determinado pela mecânica quântica. Se o gato dentro da caixa está vivo ou morto após um certo período de tempo — que é em si um estado — é determinado apenas no momento em que a tampa é aberta e o gato é observado. Este experimento mental ilustra que aplicar o ato de "observação", que possui grande significado no mundo microscópico, ao mundo macroscópico leva a conclusões estranhas; como resultado, provocou uma profunda reflexão sobre o significado da observação na mecânica quântica. É aqui que começa a "interpretação de muitos mundos".
Everett III, anteriormente da Universidade de Princeton, refutou as afirmações da interpretação de Copenhague, argumentando que a distribuição de probabilidade de uma partícula não desaparece com o ato da observação, mas sim que múltiplos mundos possíveis existiam desde o princípio. Em outras palavras, a posição de uma partícula não é determinada por um único valor através da observação; em vez disso, múltiplos mundos paralelos já existem, e nós simplesmente observamos um deles. Os estados que não observamos diretamente estão se desenvolvendo em outros mundos possíveis. Por exemplo, se nossa observação resultar no estado 2, os outros estados não desaparecem naquele momento — eles estão se desenvolvendo em outros mundos, e nós simplesmente não podemos observá-los.
No entanto, a Interpretação de Muitos Mundos claramente apresenta problemas. Se um evento que poderia ocorrer acontece em todos os mundos possíveis, que significado tem a probabilidade associada a cada estado? Everett tentou resolver isso simplesmente multiplicando cada estado por um peso. Contudo, o que significa um mundo ser mais importante que outro permanece um tema de debate.
Considerando essas duas interpretações — cada uma com seu próprio significado e limitações — tendo a favorecer a interpretação de Copenhague. Se voltarmos às origens da mecânica quântica, veremos que ela nasceu, em última análise, para explicar fenômenos no mundo microscópico. Em outras palavras, como foi criada para desvendar fenômenos por meio da observação e dos fatos resultantes, o ato de observação do observador possui um significado tão profundo. Na observação de partículas, para observar o estado de uma única partícula, devemos exercer um certo grau de influência sobre ela. Em física, isso é chamado de "perturbação". Ou seja, observar o estado de uma partícula envolve induzir uma pequena mudança na partícula e, em seguida, observar sua resposta. Embora a conexão entre induzir uma mudança na partícula e o colapso da função de onda em termos matemáticos seja um tanto ambígua, ambas concordam que alteram o estado original. Isso significa que o próprio ato de observação é fisicamente significativo.
A mecânica quântica se afastou da mentalidade determinista da mecânica newtoniana clássica e adotou uma abordagem probabilística. Quantas pessoas aceitariam facilmente a ideia de que a posição de uma maçã bem à sua frente muda com probabilidades variáveis a cada vez que a observam? É verdade que tanto a interpretação de Copenhague quanto a interpretação de Muitos Mundos têm sua própria importância e limitações quando se trata de ajudar as pessoas — acostumadas aos estados definidos dos objetos — a compreender os fenômenos que ocorrem no mundo microscópico. Sou um estudante de engenharia que pesquisa como criar novas tecnologias utilizando fenômenos científicos e os resultados obtidos a partir de sua observação. O desenvolvimento da mecânica quântica nos forneceu ferramentas para interpretar fenômenos no mundo microscópico, e isso levou diretamente a tecnologias úteis para as pessoas. O equipamento de ressonância magnética (RM), que contribuiu significativamente para a medicina moderna, foi desenvolvido aplicando o fenômeno da ressonância magnética nuclear (RMN) da mecânica quântica; essa tecnologia é usada não apenas em espectroscopia — que determina estruturas moleculares — mas também na exploração de petróleo. Com base nisso, acredito que a interpretação mais adequada para explicar os fenômenos — que considero ser o propósito da ciência — terá maior relevância.
