Quando falamos sobre o "gato de Schrödinger" estamos nos referindo a um paradoxo que aparece de um experimento imaginário.O experimento serve para ilustrar as diferenças entre interação e medida no campo da mecânica quântica.
É uma das idéias mais bizarras já produzidas pela mente humana. Trata-se de uma experiência imaginária, na qual um gato, no papel de cobaia, está vivo e morto ao mesmo tempo! E não estamos falando de espiritismo, mas de mecânica quântica, o ramo da física que estuda o estranhíssimo mundo das partículas subatômicas (menores que os átomos). A hipótese foi concebida pelo físico austríaco Erwin Schrödinger,(pois é, imaginário,Schrödinger não matou nenhum gato, nem há nenhum gato zumbi andando por ai,um dos mais brilhantes cientistas do século XX. Sua intenção era mostrar como o comportamento das partículas subatômicas parece ilógico se aplicado numa situação fácil de ser visualizada, como um gato preso numa caixa fechada. Na situação proposta por ele, a vida do animal ficaria à mercê de partículas radioativas. Se elas circulassem pela caixa, o gato morreria; caso contrário, ele permaneceria vivo. Até aí, não há nada de mais.
O experimento mental é imaginar um gato aprisionado dentro de uma caixa que contém um dispositivo que se constitui de: uma ampola de frágil vidro (que contém um veneno muito volátil) e um martelo suspenso sobre essa ampola de forma que, ao cair, essa se rompe, liberando o gás venenoso com o qual o gato morrerá. O martelo esta conectado a um mecanismo detetor de partículas alfa, que funciona assim: se nesse sensor chegar uma partícula alfa que seja, ele é ativado, o martelo é liberado, a ampola se parte, o gás escapa e o gato morre; pelo contrário, se nenhuma partícula chegar, nada ocorrerá e o gato continuará vivo. Ao lado do detetor colocamos um átomo radioativo que apresente a seguinte característica: ele tem 50% de probabilidade de emitir uma partícula alfa a cada hora. Evidentemente, ao cabo de uma hora só terá ocorrido um dos dois casos possíveis: o átomo emitiu uma partícula alfa ou não a emitiu (a probabilidade que ocorra um ou outro evento é a mesma). Como resultado da interação, no interior da caixa o gato estará vivo ou estará morto. Porém, isso não poderemos saber - a menos que se abra a caixa para comprovar as hipóteses. A única forma de averiguar o que 'realmente' aconteceu com o gato será realizar uma medida: abrir a caixa e olhar dentro. Em alguns casos encontraremos o gato vivo e em outros um gato morto.
A história fica maluca mesmo quando analisada de acordo com as leis do mundo subatômico, segundo as quais ambas as possibilidades podem acontecer ao mesmo tempo - deixando o animal simultaneamente vivo e morto. Mas e se um cientista olhasse para dentro da caixa? Ele não veria nada de mais, apenas um gato - vivo ou morto. Isso porque, segundo a física quântica, se houvesse o mínimo de interferência, como uma fonte de luz utilizada para observar o fenômeno, as realidades paralelas do mundo subatômico entrariam em colapso e só veríamos uma delas. Por isso, nem adianta tentar realizar a experiência na prática. Achou difícil entender essa maluquice? Tudo bem, os melhores físicos têm o mesmo problema. "Esse exemplo mostra que ainda não entendemos as implicações mais profundas da mecânica quântica", afirma o holandês Gerardus t Hooft, vencedor do Nobel de Física de 1999.
Experiência surrealista Para a física quântica, o animal pode estar vivo e morto ao mesmo tempo.
1 - A caixa onde seria feita a hipotética experiência de Schrödinger contém um recipiente com material radioativo e um contador Geiger, aparelho detector de radiação. Se esse material soltar partículas radioativas, o contador percebe sua presença e aciona um martelo, que, por sua vez, quebra um frasco de veneno
2 - De acordo com as leis da física quântica, a radioatividade pode se manifestar em forma de ondas ou de partículas - e uma partícula pode estar em dois lugares ao mesmo tempo! As ondas brancas desenhadas aqui representam asprobabilidades de ocorrência dessa dupla realidade, quando, na mesma fração de segundo, o frasco de veneno quebra e não quebra
3a - Aqui o gato aparece vivo, porque, nessa versão da realidade, nada foi detectado pelo contador Geiger
3b - Aqui o gato surge morto, pois nessa outra versão do mesmo instante de tempo o contador Geiger detectou uma partícula e acionou o martelo. O veneno do frasco partido matou o bichano
4 - Seguindo o raciocínio de Schrödinger, as duas realidades aconteceriam simultaneamente e o gato estaria vivo e morto ao mesmo tempo até que a caixa fosse aberta. A presença de um observador acabaria com dualidade e ele só poderia ver ou um gato vivo ou um gato morto
O dono da idéia Físico austríaco foi premiado com o Nobel
Erwin Schrödinger nasceu em Viena, na Áustria, em 1887, e tornou-se um dos cientistas que mais contribuíram para o desenvolvimento da mecânica quântica. Sua polêmica hipótese do gato simultaneamente vivo e morto foi lançada em 1935, dois anos depois de ele ter ganhado o Prêmio Nobel de Física. Schrödinger faleceu em 1961
Análise
Neste artigo, Schrödinger examinou alguns problemas conceituais da física quântica, e um deles era a respeito das “superposições quânticas”.
Segundo algumas interpretações da teoria quântica (como a realista ondulatória), um átomo pode estar localizado em dois lugares diferentes ao mesmo tempo. É como se ele estivesse dividido simetricamente em dois (antes da observação), apesar de sempre ser observado como um só. “Ora” – raciocinou Schrödinger –, “talvez possamos considerar que um átomo é uma entidade borrada [blurred], que se localiza em dois lugares ao mesmo tempo” (essas não são as palavras exatas que ele usou). “Porém, essa imagem não pode ser estendida para objetos muito maiores do que átomos.
Pois se tentarmos colocar um gato em uma superposição, fracassaremos, pois um gato está sempre em um estado macroscópico bem definido.” Schrödinger descreveu como se poderia tentar colocar um gato em uma superposição de dois estados diferentes. Em primeiro lugar, todo o equipamento, incluindo o gato, é colocado em um recipiente completamente isolado do ambiente. Na prática isso é impossível – o que de certa forma invalida o experimento –, mas vamos supor que os efeitos do ambiente sejam desprezíveis. O físico austríaco imaginou um dispositivo quântico em que um átomo estivesse em uma superposição (por exemplo, em dois lugares diferentes, A e B), e daí esta superposição seria amplificada. J. Se o átomo estivesse em A, a amplificação levaria um martelo a quebrar um vidro contendo cianureto, e o gato morreria (ver figura abaixo, à direita). Se o átomo estivesse em B, a amplificação não afetaria o martelo, e o gato viveria (figura, à esquerda).
Mas o átomo está numa superposição de A e B; assim, o gato deveria ser levado para uma superposição de estados, estando ao mesmo tempo vivo e morto (ver figura abaixo)! Schrödinger considerou que isso seria um absurdo, concluindo assim que não se pode estender a noção de entidades borradas para corpos macroscópicos. Implícito nisso estava a mesma conclusão obtida por Einstein, Podolsky & Rosen: a física quântica seria “incompleta”, ou seja, há algo faltando na teoria quântica.
Outros autores pegaram este exemplo e começaram a tirar conclusões diferentes, e foi assim que o gato ganhou sua fama. A primeira questão central é se é possível, pelo menos em princípio, criar uma superposição de um objeto macroscópico. Esta é uma questão bastante atual, e os físicos já conseguiram criar superposições envolvendo mil partículas (numa molécula de fullereno) separadas por uma distância de 0,1 micra (um mícron é um milionésimo de metro). Superposições bem maiores, envolvendo um bilhão de elétrons, foram obtidas não com separação espacial, mas com o sentido de propagação de uma corrente elétrica. Isso tudo parece indicar que certas superposições macroscópicas podem ser obtidas em situações de grande isolamento. Supondo que fosse possível colocar um gato em uma superposição, o que aconteceria se alguém olhasse para ele? Certamente observaríamos ele ou vivo, ou morto, mas nunca numa superposição. Isso porque, segundo a física quântica, toda medição (ou observação) leva a um “colapso” do estado. No momento em que o gato fosse iluminado pela luz de uma lanterna, para que pudéssemos vê-lo, ele colapsaria para o estado vivo ou para o estado morto. Mas será que é possível colocar um gato em uma superposição macroscópica? Provavelmente não, pois ele é um sistema quente, cheio de flutuações que acabariam impedindo a realização da superposição. Se tal experimento fosse possível, seria provavelmente necessário resfriar o gato para uma temperatura próxima do zero absoluto, o que certamente o mataria.
(As figuras foram retiradas de um artigo de B. DeWitt, “Quantum Mechanics and Reality”, Physics Today 23, setembro 1970, pp. 30-35.)