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A relatividade está na fonte do exotismo quântico?
Desde a chegada da mecânica quântica e da teoria da relatividade, os físicos perderam o sono devido à incompatibilidade desses três conceitos (três, uma vez que existem duas teorias da relatividade: especial e geral).
Por Universidade de Varsóvia - 02/04/2020


A evolução das probabilidades e os fenômenos "impossíveis" da mecânica quântica
podem ter suas origens na teoria especial da relatividade, conforme sugerido por
físicos de universidades de Varsóvia e Oxford. Crédito: FUW

Desde o início, a mecânica quântica não deixou de nos surpreender com sua peculiaridade, tão difícil de entender. Por que uma partícula parece passar por duas fendas simultaneamente? Por que, em vez de previsões específicas, podemos apenas falar sobre evolução de probabilidades? Segundo os teóricos das universidades de Varsóvia e Oxford, as características mais importantes do mundo quântico podem resultar da teoria da relatividade especial, que até agora parecia ter pouco a ver com a mecânica quântica.

Desde a chegada da mecânica quântica e da teoria da relatividade, os físicos perderam o sono devido à incompatibilidade desses três conceitos (três, uma vez que existem duas teorias da relatividade: especial e geral). É geralmente aceito que é a descrição da mecânica quântica que é a mais fundamental e que a teoria da relatividade deve ser ajustada a ela. O Dr. Andrzej Dragan, da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia (FUW) e o Prof. Artur Ekert, da Universidade de Oxford (UO), acabaram de apresentar seu raciocínio, levando a uma conclusão diferente. No artigo "O princípio quântico da relatividade", publicado no New Journal of Physics, eles provam que as características da mecânica quântica que determinam sua singularidade e seu exotismo não intuitivo - aceito, além do mais, na fé (como axiomas) - podem ser explicadas dentro da estrutura da teoria especial da relatividade . Só é preciso decidir sobre um certo passo pouco ortodoxo.

Albert Einstein baseou a teoria especial da relatividade em dois postulados. O primeiro é conhecido como o princípio da relatividade galileu (que, por favor, note que é um caso especial do princípio copernicano). Isto afirma que a física é a mesma em todo sistema inercial (isto é, um que está em repouso ou em um movimento constante de linha reta). O segundo postulado, formulado sobre o resultado do famoso experimento Michelson-Morley, impôs a exigência de uma velocidade constante da luz em todos os sistemas de referência.

"Einstein considerou o segundo postulado crucial. Na realidade, o crucial é o princípio da relatividade. Já em 1910, Vladimir Ignatowski mostrou que, com base apenas nesse princípio, é possível reconstruir todos os fenômenos relativísticos da teoria especial da relatividade. Um raciocínio surpreendentemente simples, conduzindo diretamente do princípio da relatividade ao relativismo, também foi apresentado em 1992 pelo professor Andrzej Szymacha, de nossa faculdade ", diz o Dr. Dragan.

A teoria especial da relatividade é uma estrutura coerente que permite três tipos de soluções matematicamente corretas: um mundo de partículas se movendo a velocidades subluminais, um mundo de partículas se movendo à velocidade da luz e um mundo de partículas se movendo a velocidades superluminais. Esta terceira opção sempre foi rejeitada por não ter nada a ver com a realidade.

"Fizemos a pergunta: o que acontece se - por enquanto, sem entrar na fisicalidade ou não fisicalidade das soluções - levamos a sério não parte da teoria especial da relatividade, mas tudo isso, juntamente com o sistema superluminal? Esperávamos paradoxos de causa-efeito. Enquanto isso, vimos exatamente aqueles efeitos que formam o núcleo mais profundo da mecânica quântica ", afirma Dragan e Ekert.

Inicialmente, ambos os teóricos consideraram um caso simplificado: espaço-tempo com todas as três famílias de soluções, mas consistindo em apenas uma dimensão espacial e uma dimensão temporal (1 + 1). Uma partícula em repouso em um sistema de soluções parece mover-se superluminalmente no outro, o que significa que a própria superluminosidade é relativa.

Em um continuum espaço-temporal construído dessa maneira, eventos não determinísticos ocorrem naturalmente. Se em um sistema no ponto A houver geração de uma partícula superluminal, mesmo completamente previsível, emitida em direção ao ponto B, onde simplesmente não há informações sobre os motivos da emissão, então do ponto de vista do observador no segundo sistema eventos são executados do ponto B ao ponto A, portanto, partem de um evento completamente imprevisível. Acontece que efeitos análogos também aparecem no caso de emissões de partículas subluminais.

Ambos os teóricos também mostraram que, após levar em conta soluções superluminais, o movimento de uma partícula em múltiplas trajetórias aparece simultaneamente naturalmente, e uma descrição do curso dos eventos requer a introdução de uma soma de amplitudes combinadas de probabilidade que indicam a existência de superposição. dos estados, um fenômeno até agora associado apenas à mecânica quântica.

No caso do espaço-tempo com três dimensões espaciais e uma dimensão temporal (3 + 1), ou seja, correspondendo à nossa realidade física, a situação é mais complicada. O princípio da relatividade em sua forma original não é preservado - os sistemas subluminal e superluminal são distinguíveis. No entanto, os pesquisadores notaram que, quando o princípio da relatividade é modificado para a forma: "A capacidade de descrever um evento de maneira local e determinística não deve depender da escolha de um sistema de referência inercial", limita as soluções àquelas em quais todas as conclusões da consideração em (1 + 1) espaço-tempo permanecem válidas.

"Notamos, aliás, a possibilidade de uma interpretação interessante do papel das dimensões individuais. No sistema que parece superluminal para o observador, algumas dimensões espaço-temporais parecem mudar seus papéis físicos. Somente uma dimensão da luz superluminal tem um caráter espacial." - aquele ao longo do qual a partícula se move. As outras três dimensões parecem ser dimensões do tempo ", diz o Dr. Dragan.

Uma característica das dimensões espaciais é que uma partícula pode se mover em qualquer direção ou permanecer em repouso, enquanto em uma dimensão temporal ela sempre se propaga em uma direção (o que chamamos de envelhecimento na linguagem cotidiana). Assim, três dimensões temporais do sistema superluminal com uma dimensão espacial (1 + 3) significariam, assim, que as partículas envelhecem inevitavelmente três vezes simultaneamente. O processo de envelhecimento de uma partícula em um sistema superluminal (1 + 3), observado a partir de um sistema subluminal (3 + 1), pareceria que a partícula estava se movendo como uma onda esférica, levando ao famoso princípio de Huygens (todos os pontos em uma frente de onda pode ser tratada como fonte de uma nova onda esférica) e dualismo de onda corpuscular.

"Toda a estranheza que aparece ao considerar soluções relacionadas a um sistema que parece superluminal acaba não sendo mais estranha do que o que a teoria quântica comumente aceita e experimentalmente verificada há muito tempo diz. Pelo contrário, considerando um sistema superluminal, é possível - pelo menos teoricamente - para derivar alguns dos postulados da mecânica quântica da teoria especial da relatividade , que geralmente eram aceitos como não resultantes de outras razões mais fundamentais ", conclui o Dr. Dragan.

Por quase cem anos, a mecânica quântica aguarda uma teoria mais profunda para explicar a natureza de seus fenômenos misteriosos. Se o raciocínio apresentado pelos físicos da FUW e UO resistir ao teste do tempo, a história zombaria cruelmente de todos os físicos. A teoria "desconhecida" procurada por décadas, explicando a singularidade da mecânica quântica, seria algo já conhecido desde o primeiro trabalho sobre teoria quântica.

 

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