O Paradoxo EPR não conseguiu Desacreditar a Interpretação de Copenhague

Por Dan Hooper, Ph. D., Universidade de Chicago
Uma ilustração de um experimento que está sendo realizado para demonstrar o paradoxo EPR.
uma ilustração do experimento de pensamento do paradoxo EPR, que está sendo realizado aqui usando pares de elétron-positrão. (Imagem: Krishnavedala / Domínio Público)

o que é Realismo científico?Einstein estava desconfortável com a forma como uma dada partícula poderia estar em vários lugares ao mesmo tempo ou como poderia estar se movendo com várias velocidades, tudo simultaneamente, de acordo com a interpretação de Copenhague. Após anos de debate e consideração, Einstein finalmente veio a tomar e insistir em uma posição filosófica conhecida como realismo científico para contrariar isso.Como Einstein viu, um é realista científico se acredita na existência de um estado real e bem definido do mundo, e que o mundo existe independentemente de quaisquer observações que você possa fazer dele. Em outras palavras, o mundo é uma coisa real e bem definida que existe independentemente de nós. Ao observá-lo, podemos aprender coisas sobre o mundo, mas nossas observações não fazem do mundo o que ele é.A insistência de Einstein no realismo científico caiu em contraste com a interpretação de Copenhague da mecânica quântica. De acordo com a interpretação de Copenhague, um elétron poderia estar em vários lugares ao mesmo tempo, mas quando uma observação é feita de um elétron sua função de onda entra em colapso, e se transforma em não mais estar em múltiplos locais, mas em vez disso estar em apenas um. Esta interpretação não era compatível com as ideias de Einstein sobre o mundo ou a sua adesão ao realismo científico.

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Is the Theory of Quantum Mechanics Incomplete?Apesar de Einstein não concordar com a interpretação de Copenhague, ele teve que aceitar que as previsões feitas com as equações da mecânica quântica estavam de acordo com qualquer número de medições laboratoriais e testes. A mecânica quântica não parecia estar simplesmente errada.

Retrato de Albert Einstein em 1931.A portrait of Albert Einstein from 1931, about four years before he published the EPR paper with Podolsky and Rosen. (Imagem: Doris Ulmann Divisão de impressões e fotografias da Biblioteca do Congresso)

então, ele concentrou seus esforços em tentar demonstrar que a teoria da mecânica quântica estava de alguma forma incompleta. Einstein esperava ser capaz de encontrar uma versão mais completa da mecânica quântica que fosse determinística, e que fosse compatível com o realismo científico.

no entanto, todas as objeções filosóficas que Einstein conseguiu levantar contra as interpretações de Copenhague eram subjetivas na melhor das hipóteses e não conseguiram persuadir outros físicos de que a visão consensual da teoria quântica era incorreta ou incompleta.Einstein precisava expor uma inconsistência lógica ou identificar um grande problema na interpretação de Copenhague que poderia ser reconhecido como uma falha fatal, a fim de convencer seus colegas.

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entrelaçamento quântico e o paradoxo EPR

a manchete do New York Times que diz que Einstein ataca a Teoria Quântica.
uma manchete na edição do New York Times de 4 de Maio de 1935, após a publicação do documento EPR. (Imagem: New York Times / Domínio Público)

durante vários anos, Einstein esteve pensando em grupos de partículas com funções de onda que dependem diretamente um do outro. Hoje nos referimos a tais funções de onda como “enredadas”, mas esta terminologia ainda não tinha sido cunhada no final da década de 1920.Apesar de Einstein ainda não ter explorado completamente ou entendido as implicações do entrelaçamento quântico, ele reconheceu que o entrelaçamento quântico era uma consequência inevitável da interpretação de Copenhague da mecânica quântica. Ele também reconheceu que algum comportamento particularmente estranho poderia resultar de entrelaçamento quântico.Em 1933, Einstein assumiu uma posição no Instituto de Estudos Avançados de Princeton, depois de fugir da Alemanha Nazista. Lá ele trabalhou com outros dois físicos, Boris Podolsky e Nathan Rosen. Ao longo dos próximos dois anos, eles escreveram um artigo influente intitulado, ” Uma descrição Quantum-mecânica da realidade física pode ser considerada completa? Este artigo continha a primeira descrição do que se tornaria conhecido como o paradoxo EPR ou o paradoxo Einstein-Podolsky-Rosen.

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the EPR paper described a hipotetic experiment, intended to demonstrate what Einstein saw as the paradoxical consequences of the Copenhagen interpretation. A experiência EPR foi uma das experiências de pensamento mais famosas de Einstein.

várias versões diferentes do experimento de pensamento EPR foram discutidas e propostas ao longo dos anos. Todos eles têm os mesmos elementos básicos, incluindo um par de partículas que começam perto um do outro e interagem, e então viajam para longe um do outro em direções diferentes.

uma das melhores versões posteriores descreve um átomo que está prestes a decair. Produz duas partículas com a mesma massa. Uma vez que o sistema começa sem momento, a lei de conservação do momento diz que o momento total das duas partículas terá que somar até zero. Isto significa que estas duas partículas devem viajar para longe do átomo em direções opostas, e com velocidades iguais.

no entanto, estas são partículas quânticas sem valores únicos definidos de suas velocidades. Em vez disso, eles são descritos por uma função de onda que pode ser usada para calcular a probabilidade de que eles serão encontrados para ter uma velocidade particular quando medidos. Além disso, antes de qualquer medição ser realizada, as velocidades destas partículas têm múltiplos valores, e tudo ao mesmo tempo.

Imagine que estas partículas viajam a uma distância significativa do átomo, e à medida que o fazem, tornam-se cada vez mais separadas umas das outras. Depois que eles são separados, você toma uma medida da velocidade de uma das partículas. Digamos, por exemplo, que você mede a partícula para viajar a uma velocidade de 160 km / h.

de acordo com a interpretação de Copenhaga, ao fazer esta medição você colapsa a função de onda da partícula. No entanto, de acordo com a experiência EPR, você parece ter feito outra coisa também. E este é o ponto principal da experiência EPR.

uma vez que o momento é sempre conservado, medindo a velocidade de uma das partículas Você também aprende a velocidade da outra partícula. Afinal, as duas partículas têm de se mover a velocidades iguais. Então, medindo a velocidade de uma das partículas, você não só causa o colapso da função de onda dessa partícula, você também colapsa a função de onda da outra partícula. Sem chegar perto da segunda partícula, você de alguma forma forçou sua função de onda a colapsar.Einstein acreditava que este tipo de comportamento era manifestamente impossível. Ele argumentou que não há nada que se pode fazer para uma partícula em um local que pode afetar diferentes de uma partícula em um local diferente. Enquanto que, a experiência EPR demonstra que este tipo de coisa tem que acontecer de acordo com a visão de Copenhague da mecânica quântica. Esta objecção é a essência do paradoxo EPR. Einstein pensou que tinha finalmente mostrado por que a visão de Copenhague tinha que ser incompleta. Ou talvez até errado.

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Niels Bohr Resposta para o Paradoxo EPR

físico dinamarquês Niels Bohr, que foi um dos principais defensores da interpretação de Copenhague da mecânica quântica, sentiu que era sua responsabilidade para responder a Einstein ataque e para esclarecer e talvez corrigir a situação.Bohr estava convencido de que a mecânica quântica era uma teoria válida e temia que os ataques de Einstein diminuíssem injustamente a sua credibilidade. Assim, Bohr colocou tudo o resto de lado e passou seis semanas intensas formulando e escrevendo uma resposta ao documento EPR e suas críticas à interpretação de Copenhague da mecânica quântica.

In his article responsing to the EPR paper, Bohr did not try to challenge the conclusion that the Copenhagen interpretation leads to the enredlement of wave functions. Ficou claro que sim. Bohr argumentou que não havia nada logicamente inconsistente com o entrelaçamento. O entrelaçamento é estranho, mas isso não significa que também não seja real.

um dos motivos pelos quais se pode objectar ao entrelaçamento quântico é que parece envolver viagens mais rápidas que a luz. De acordo com a relatividade, nada pode mover-se através do espaço mais rápido do que a velocidade da luz.

Este aparente problema vem do fato de que, quando se mede a velocidade de uma das partículas no experimento EPR, ela desmaia instantaneamente as funções de onda de ambas as partículas. Dado que uma distância significativa separa estas duas partículas, isto parece exigir uma viagem instantânea através do espaço.Einstein referiu-se a isto como “acção assustadora a uma distância”, e parecia violar um princípio central da relatividade.Mais especificamente, não permite que nenhuma partícula ou qualquer outra forma de informação se mova entre dois locais a uma velocidade mais rápida do que a luz. Duas partículas podem estar ligadas através de seu enredamento, mas isso nunca poderia ser usado para enviar um sinal ou um objeto, de um lugar para outro a uma velocidade mais rápida do que a velocidade da luz.Bohr tinha mostrado que um olhar mais atento ao paradoxo EPR revelou que realmente não há nenhum paradoxo. Embora a resposta de Bohr tenha feito pouco para mudar a mente de Einstein, a maioria dos físicos parece ter achado a sua refutação convincente. Hoje, o EPR é amplamente visto como um passo em falso por Einstein.

the EPR paper brought attention to the phenomena of quantum entanglement, but it did not finally provide a valid case against the Copenhagen interpretation of quantum mechanics. Einstein esperava que o EPR desse um golpe fatal na visão consensual da mecânica quântica, mas a teoria sobreviveu e tornou-se mais forte do que nunca.

perguntas comuns sobre o paradoxo EPR

Q: Por que o paradoxo EPR está errado? Einstein esperava que o paradoxo EPR, que parecia sugerir que a teoria da mecânica quântica estava incompleta, finalmente esvaziasse o consenso em torno da interpretação de Copenhague. O paradoxo EPR sugeriu que as partículas viajavam a velocidades mais rápidas do que a da luz, o que violava as barreiras da relatividade geral. No entanto, isso foi mais tarde demonstrado ser incorreto. Por conseguinte, o paradoxo EPR está errado.
Q: O que é a teoria do entrelaçamento?

a teoria do entrelaçamento diz que as partículas quânticas que estão entrelaçadas permanecem entrelaçadas, e qualquer ação realizada em uma das partículas afeta igualmente as outras partículas, mesmo que as ditas partículas estejam distantes.

Q: é o entrelaçamento quântico mais rápido que a luz?

não, o entrelaçamento quântico segue as regras da relatividade e não permite viajar mais rápido do que a velocidade da luz. Objetos entrelaçados se comportam de forma semelhante, o que cria a impressão de viajar mais rápido do que a luz, mas nenhuma viagem ou comunicação real mais rápido do que a luz ocorre.

Q: O que é superposição e entrelaçamento?

em palavras simples, entrelaçamento quântico refere-se à transferência de informação entre um par de partículas quânticas. Por outro lado, superposição quântica refere-se à teoria que sugere que partículas quânticas existem simultaneamente em múltiplos estados.

Por Dan Hooper, Ph. D., Universidade de Chicago uma ilustração do experimento de pensamento do paradoxo EPR, que está sendo realizado aqui usando pares de elétron-positrão. (Imagem: Krishnavedala / Domínio Público) o que é Realismo científico?Einstein estava desconfortável com a forma como uma dada partícula poderia estar em vários lugares ao mesmo tempo ou como…

Por Dan Hooper, Ph. D., Universidade de Chicago uma ilustração do experimento de pensamento do paradoxo EPR, que está sendo realizado aqui usando pares de elétron-positrão. (Imagem: Krishnavedala / Domínio Público) o que é Realismo científico?Einstein estava desconfortável com a forma como uma dada partícula poderia estar em vários lugares ao mesmo tempo ou como…

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