Atualizando a descrição do blog: Tive a intenção de criar este blog para divulgar conceitos, fatos históricos, curiosidades e outros temas sobre a grande ciência física. Existem muitos outros blogs sobre o assunto, mas a minha intenção principal é tentar escrever sobre assuntos de física vistos na graduação ou de pesquisa física para o público geral. Minhas ideias sobre temas para as colunas surgem de textos e artigos que vou lendo ao longo do meu trabalho acadêmico. Discussões são sempre bem vindas!
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segunda-feira, 29 de junho de 2015

Uma discussão sobre conceitos da mecânica quântica - Descoerência

Vamos discutir mais um pouco sobre alguns aspectos da teoria quântica apresentados no livro Física Atômica e Conhecimento Humano, de Niels Bohr. Outras discussões que fizemos a este respeito aboradaram conceitos de Complementariedade e Medida. Neste texto vamos continuar com esta discussão, agora falando um pouco sobre a transição de um sistema físico quântico para um sistema físico clássico, ou seja, regido pelas leis da mecânica clássica, que também governa nosso cotidiano.



Não é preciso ser um expert em mecânica quântica para entender que um sistema físico quântico (sistema quântico) é essencialmente diferente de um sistema físico clássico (sistema clássico). De modo geral, se temos uma propriedade que desejamos medir, e esta propriedade pode apresentar, por exemplo, dois resultados diferentes, então existe uma probabilidade associada a cada um destes resultados serem medidos durante um processo de medida. Obviamente, a soma das probabilidades tem de ser 1. Por isso diz-se que a teoria quântica é não determinística, ao contrário da mecânica Newtoniana, que é determinística. Está é uma característica fundamental que difere a mecânica quântica da mecânica clássica. Assim, quando um sistema físico sai do regime quântico e vai para o regime clássico, uma das suas consequências é perder seu caráter probabilístico e assumir um caráter determinístico.

Naturalmente, para que qualquer qualquer propriedade de um sistema físico possa ser alterada, precisamos fazer este sistema interagir de algum modo com algum outro sistema, podendo este outro sistema ser também um aparelho de medida. Vamos dar um rápido exemplo. Suponhamos que temos um pêndulo que oscila sem nenhuma força de atrito sobre ele. Nosso sistema, o pêndulo, vai continuar neste movimento indefinidamente. Mas uma vez que permitimos que ele tenha uma interação com o ar, por exemplo, sua oscilação vai diminuir continuamente, chegando inevitavelmente ao estado de repouso. Voltemos ao nosso caso. Consideremos um sistema quântico, com suas características quânticas. A principal interação que este sistema pode sofrer de modo a perder suas características é com seu próprio ambiente. O ambiente em geral será outro sistema físico, mas um sistema clássico. Pode ser, por exemplo, um aparelho construído para medir uma propriedade do sistema físico. Entretanto, muitos aparelhos de medida são baseados em lasers, que é um fenômeno quântico. Portanto, não apenas a interação de um sistema quântico com um clássico causa um efeito sobre o sistema que estamos medindo. A interação de um sistema quântico com outro pode ter o mesmo resultado.

O que acontece, portanto, é que o sistema quântico perde suas características, dentre elas o caráter probabilístico, e torna-se um sistema clássico, sendo atribuído a ele todas as características de um sistema regido por leis Newtonianas, ou seja, determinísticas. Este fenômeno é conhecido como Descoerência (Decoherence, em inglês). Este é um dos motivos que ainda impedem a construção de um computador quântico, por exemplo (leia mais sobre na referência abaixo).

Vários processos de medida são responsáveis pelo fenômeno de decoerência, e sabe-se também que mesmo um sistema físico quântico isolado pode perder suas características quânticas e tornar-se um sistema clássico. De fato, existe muito a ser estudado no que tange a transição destas estas duas teorias, a quântica e a clássica.

Discussões são sempre bem vindas.
Abraços!

Referências:



- Decoherence and the Appearance of a classical world in quantum theory, Ed. Springer, 1996.

- Breve entrevista sobre computadores quânticos e decoerência.

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