What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani

O que o gato de Schrödinger pode nos ensinar sobre a mecânica quântica? - Josh Samani

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Wanderley Jesus

Consider throwing a ball straight into the air.

Considere jogar uma bola para cima.

Can you predict the motion of the ball after it leaves your hand?

Você pode prever o movimento da bola depois que ela sai de sua mão?

Sure, that's easy.

Claro, isso é fácil!

A bola subirá até um ponto mais alto,

The ball will move upward until it gets to some highest point,

then it will come back down and land in your hand again.

e depois cairá na sua mão.

Of course, that's what happens,

Seguramente é o que acontece.

Você sabe disso porque presenciou eventos como este inúmeras vezes.

and you know this because you have witnessed events like this countless times.

You've been observing the physics of everyday phenomena your entire life.

Você vem observando a física dos fenômenos cotidianos por toda sua vida.

But suppose we explore a question about the physics of atoms,

Suponha, porém, que investiguemos uma questão da física dos átomos.

like what does the motion of an electron

Exemplo: como é o movimento de um elétron

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

ao redor de um átomo de hidrogênio?

Could we answer that question based on our experience with everyday physics?

Responderíamos essa pergunta baseados em nossa experiência cotidiana da física?

Definitivamente não. Por quê?

Definietly not. Why?

Because the physics that governs the behavior of systems at such small scales

Porque a física que rege o comportamento de sistemas em escalas tão pequenas

is much different than the physics of the macroscopic objects

é muito diferente da física de objetos macroscópicos.

you see around you all the time.

que você sempre vê ao seu redor.

The everyday world you know and love

O mundo que você conhece e ama

behaves according to the laws of classical mechanics.

comporta-se de acordo com as leis da mecânica clássica.

But systems on the scale of atoms

Mas os sistemas na escala dos átomos

behave according to the laws of quantum mechanics.

obedecem às leis da mecânica quântica.

This quantum world turns out to be a very strange place.

Esse mundo quântico é um lugar muito estranho.

An illustration of quantum strangeness is given by a famous thought experiment:

Um famoso experimento imaginário exemplifica a esquisitice quântica:

Schrödinger's cat.

o gato de Schrödinger.

Um físico, que não gosta de gatos,

A physicist, who doesn't particularly like cats, puts a cat in a box,

põe um gato em uma caixa junto com uma bomba

along with a bomb that has a 50% chance of blowing up after the lid is closed.

que tem 50% de chance de explodir depois que a tampa for fechada.

Antes de reabarirmos a caixa,

Until we reopen the lid, there is no way of knowing

não teremos como saber se a bomba explodiu ou não

whether the bomb exploded or not,

and thus, no way of knowing if the cat is alive or dead.

e, portanto, não há como saber se o gato está vivo ou morto.

In quantum physics, we could say that before our observation

Em física quântica, podemos dizer que, antes de nossa observação,

the cat was in a superposition state.

o gato está num estado de superposição.

It was neither alive nor dead but rather in a mixture of both possibilities,

Não está nem vivo nem morto, mas em uma mistura das duas possibilidades

with a 50% chance for each.

com 50% de chance de cada uma delas.

The same sort of thing happens to physical systems at quantum scales,

O mesmo tipo de coisa acontece em sistemas físicos em escala quântica,

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

como um elétron em órbita em torno do átomo de hidrogênio.

The electron isn't really orbiting at all.

Na verdade, o elétron não tem órbita alguma.

No mesmo instante, pode estar em qualquer lugar do espaço,

It's sort of everywhere in space, all at once,

com maior probabilidade de estar em alguns pontos do que em outros.

with more of a probability of being at some places than others,

and it's only after we measure its position

Somente depois de medirmos sua posição,

that we can pinpoint where it is at that moment.

poderemos determinar onde se encontra naquele momento.

A lot like how we didn't know whether the cat was alive or dead

Muito semelhante a não sabermos se o gato está vivo ou morto,

until we opened the box.

antes de abrimos a caixa.

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

Isso nos leva ao estranho e lindo fenômeno

of quantum entanglement.

do entrelaçamento quântico.

Suppose that instead of one cat in a box, we have two cats in two different boxes.

Suponha que em vez de um gato na caixa

tenhamos dois gatos em duas caixas diferentes.

Se repetirmos a experiência do gato de Schrödinger

If we repeat the Schrödinger's cat experiment with this pair of cats,

com este par de gatos, o resultado do experimento

the outcome of the experiment can be one of four possibilities.

poderá ser uma das quatro possibilidades: os dois gatos vivos,

Either both cats will be alive, or both will be dead,

ou os dois gatos mortos,

or one will be alive and the other dead, or vice versa.

ou um gato vivo e o outro morto, ou vice-versa.

The system of both cats is again in a superposition state,

O sistema de dois gatos está de novo em um estado de superposição,

e a probabilidade de cada resultado é de 25% e não de 50%.

with each outcome having a 25% chance rather than 50%.

But here's the cool thing:

Mas o legal vem a seguir.

quantum mechanics tells us it's possible to erase

A mecânica quântica afirma

que é possível desprezar os resultados com os dois gatos vivos

the both cats alive and both cats dead outcomes from the superposition state.

e com os dois gatos mortos no estado de superposição.

In other words, there can be a two cat system,

Em outras palavras, só pode existir um sistema com dois gatos

such that the outcome will always be one cat alive and the other cat dead.

tal que resulte sempre um gato vivo e outro morto.

O termo técnico para isso é que os estados dos gatos estão entrelaçados.

The technical term for this is that the states of the cats are entangled.

Mas há algo realmente desconcertante no entrelaçamento quântico.

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

Se você tiver um sistema com dois gatos em caixas, no estado entrelaçado,

If you prepare the system of two cats in boxes in this entangled state,

e transportar as caixas para extremos opostos do universo,

then move the boxes to opposite ends of the universe,

the outcome of the experiment will still always be the same.

o resultado do experimento será sempre o mesmo.

One cat will always come out alive, and the other cat will always end up dead,

Um gato sempre ficará vivo e o outro sempre morrerá,

mesmo que saber exatamente qual dos gatos viverá ou morrerá

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

seja completamente imprevisível, antes de verificarmos o resultado.

before we measure the outcome.

How is this possible?

Como isso é possível?

Como podem os estados dos gatos em lados opostos do universo

How is it that the states of cats on opposite sides of the universe

can be entangled in this way?

estarem entrelaçados desse modo?

They're too far away to communicate with each other in time,

Estão muito distantes um do outro e não podem se comunicar.

so how do the two bombs always conspire such that

Então, como é que as duas bombas sempre conspiram

one blows up and the other doesn't?

para que uma sempre exploda e a outra não?

You might be thinking,

Você pode estar pensando: "É apenas um blá-blá-blá teórico.

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

This sort of thing can't happen in the real world."

Esse tipo de coisa não pode acontecer no mundo real."

But it turns out that quantum entanglement

Acontece que o entrelaçamento quântico

has been confirmed in real world lab experiments.

foi confirmado em experimentos de laboratório no mundo real.

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

Duas partículas subatômicas entrelaçadas num estado de superposição

where if one spins one way then the other must spin the other way,

no qual, se uma gira em um sentido, a outra deve girar no sentido oposto,

will do just that, even when there's no way

agem assim, mesmo sem haver meios de passar informações

for information to pass from one particle to the other

de uma partícula para a outra,

indicating which way to spin to obey the rules of entanglement.

indicando como elas devem girar

de modo a obedecerem às regras do entrelaçamento.

Então não é surpresa que o entrelaçamento esteja

It's not surprising then that entanglement is at the core

of quantum information science,

no cerne da ciência de informação quântica,

a growing field studying how to use the laws of the strange quantum world

um campo em expansão, que estuda como usar as leis

do estranho mundo quântico no mundo macroscópico,

in our macroscopic world,

like in quantum cryptography, so spies can send secure messages to each other,

como na criptografia quântica,

para que espiões troquem mensagens seguras entre si,

ou na computação quântica, para decifrar códigos seguros.

or quantum computing, for cracking secret codes.

Everyday physics may start to look a bit more like the strange quantum world.

A física cotidiana ficará mais parecida

com a do estranho mundo quântico.

Quantum teleportation may even progress so far,

O teletransporte quântico pode até progredir tanto,

that one day your cat will escape to a safer galaxy,

que um dia seu gato escapará para uma galáxia mais segura,

where there are no physicists and no boxes.

onde não existam físicos nem caixas.