Filosofia da Fìsica Quântica 2_b_paradoxos
- 1. Noções Básicas de Física Moderna Parte B Paradoxos
- 2. A ciência está hoje confortavelmente instalada. Bastaram-lhe alguns séculos para se impor e consolidar a sua reputação.
- 3. Temos o hábito de considerá-la regida por uma mistura de objetividade e rigor frio. Principalmente, a Física, reputada como sendo a mais rigorosa das ciências. Somos levados a achar que dentro dela, há consenso e não existem paixões ou querelas.
- 4. O sucesso da Física Quântica até hoje não foi contestado. A técnica teórica é perfeita, concorda com todos os resultados experimentais.
- 6. A estrutura dos átomos (espectros)
- 9. A estrutura do núcleo
- 10. Propriedades elétricas dos sólidos
- 11. Propriedades térmicas dos sólidos
- 12. Criação e aniquilação de partículas
- 16. Desdobramentos da Física Quântica Informática Computador Notebook Tablet
- 18. Laser
- 21. CI
- 22. CCD
- 23. CDs e DVDs
- 24. Celulares Iphone
- 26. TVs digitais e de plasma
- 27. Pet Scan e Pet CT
- 28. Contudo, existem paradoxos e estes precisam de uma interpretação. Afinal elétrons e fótons, o que são?
- 29. O conceito de paradoxo pode variar de: “quase como” até “totalmente contra”
- 30. Paradoxo de Zenão (tipo quase como)
- 31. Zenão ensinava que para se percorrer uma dada distância, é necessário primeiro percorrer metade desta distância.
- 32. Depois é necessário percorrer, um quarto dela. Depois, um oitavo, etc...
- 33. Sempre restará uma distância infinitesimal a ser percorrida. Assim, a distância inicial, foi dividida em infinitos pedaços.
- 34. Que vão requerer um tempo infinito para serem percorridos. Portanto, a conclusão de Zenão, é que não podemos nos deslocar, e o movimento não existe.
- 35. O paradoxo de Zenão resulta da convicção, de que teríamos a necessidade de um tempo infinito para realizar um número infinito de etapas.
- 36. O paradoxo do mentiroso (tipo totalmente contra)
- 37. Pergunta-se a um mentiroso se ele está falando a verdade
- 38. Se ele disser SIM: É uma contradição, porque ele é um mentiroso, e não poderia estar falando a verdade.
- 39. Se ele disser NÃO: É uma contradição, porque ele é um mentiroso, como então, está falando a verdade?
- 40. Contudo, é pela ação dos paradoxos que aquilo que se acreditou ser verdadeiro, pode deixar de sê-lo.
- 41. O paradoxo, não é um erro, nem o contrário da verdade. “Se existem paradoxos nas nossas verdades, é porque existe verdade nos nossos paradoxos.”
- 42. Contudo, muitos físicos não se interessam pela interpretação filosófica dos paradoxos. Isto é, não se interessam pela origem, nem pelas conseqüências, da ciência.
- 43. Provavelmente, crêem que a ciência não merece ser pensada profundamente, em seus fundamentos, em sua finalidade.
- 44. Quanto aos filósofos, não se interessam pelas transformações que a ciência provoca, em seus pontos de vista sobre o real.
- 45. Mas o real é interpretado ao ritmo das oscilações entre a coisa e a idéia sobre a coisa.
- 46. Então, o que falta ao real que o impede de ser, imediatamente, reconhecido por nós?
- 47. O conhecimento não aumenta linearmente, pela adição contínua de mais conhecimento.
- 48. Ele não ocorre com transições progressivas, mas com saltos, que levam a uma visão radicalmente nova.
- 49. Kepler, Newton, Kekulé, Einstein, para citar apenas alguns, tiveram intuições iluminadas, que permitiram-lhes descobrir uma nova maneira de encarar fatos já conhecidos.
- 50. A Ciência pauta-se pela capacidade de contradizer-se. O estado paradoxal é o combustível do progresso.
- 54. Experiência da fenda dupla para fótons e/ou elétrons enviados um a um
- 57. Fótons enviados um a um. o que não permite, que eles se dividam eles são quanta não podem se dividir
- 58. Fótons enviados um a um: Resultado experimental
- 59. Como o fóton sabe que não deve colidir com certos pontos?
- 62. Experiência da fenda dupla com elétrons enviados um a um
- 64. Como os elétrons sabem que existem certas regiões contra as quais não devem colidir?
- 66. Difração de átomos e conjuntos de átomos Fulereno
- 67. Os fulerenos são a terceira forma mais estável do carbono, após o diamante e o grafite.
- 68. Foram descobertos recentemente (1985), tornando-se populares entre os químicos, tanto pela sua beleza estrutural, quanto pela sua versatilidade para a síntese de novos compostos químicos.
- 69. Foram chamados de "buckministerfullerene" em homenagem ao arquiteto R. Buckminister Fuller que inventou uma estrutura em domo geodésico, devido à semelhança.
- 70. Podem ser formados por 20, 60, 70, 100, 180, 240 e até 540 átomos de carbono. Suas dimensões são da ordem do nanômetro (10−9 m).
- 71. a – diamante b – grafite c – diamante hexagonal d – C60 e – C540 f – C70 g – carbono amorfo h – nanotubo de carbono
- 72. Fulereno C60 Sua forma é de uma bola de futebol (domo geodésico), composto por 12 pentágonos e 20 hexágonos.
- 73. Fulereno C60 Os hexágonos mantém a planura , (o grafite, é plano por ter só hexágonos) e os pentágonos produzem os ângulo para a curvatura, sendo necessários 12 pentágonos para fechar a superfície sobre si mesma, formando uma bola.
- 74. Em 1999 M. Arndt, O. Nairz, J. Voss- Andreae, C. Keller, G. van der Zouw and A. Zeilinger, conseguiram a difração do C60 Fulereno C60 ⇒ φ = 68,3 nm Partícula de pó ⇒ φ < 10 µm mC60 = 1,2⋅10-21 g me = 9,11⋅10-29 g
- 75. Onde encontra-se então, a fronteira entre o micro e o macro?
- 76. Experimento da Opção Adiada Proposta por John Wheeler
- 77. Montagem e ajustes dos detectores
- 78. Comportamento de partícula – Opção 1 → um fóton por vez sem espelho
- 79. Comportamento de partícula – Opção 2 → um fóton por vez sem espelho
- 80. Comportamento de partícula – Opção 1 → um fóton por vez
- 81. Comportamento de partícula – Opção 2 → um fóton por vez
- 82. Trajeto alongado
- 83. Trajeto alongado – um fóton por vez sem espelho
- 84. Trajeto alongado – um fóton por vez com espelho
- 85. Como o fóton vai se comportar? A opção de colocar o espelho pode ser tomada quando o fóton está em P
- 86. O fóton teria duas opções
- 87. Obtemos apenas fótons no detector 2
- 88. As partículas, como as ondas, não possuem trajetória definida. (Princípio da indeterminação de Heisenberg) Elas se “espalham” em todo o aparato experimental e “vêem” um experimento de caráter
- 89. Qualquer aparelho de medição é parcial e orientado: Se montarmos um experimento para detectar o comportamento ondulatório do objeto quântico, o comportamento observado será?
- 90. Qualquer aparelho de medição é parcial e orientado: Se montarmos um experimento para detectar o comportamento corpuscular do objeto quântico, o comportamento observado será?
- 91. Objetos quânticos estão intrinsecamente ligados, a um ato de medida, isto é, ao macro É o ato de medir que define como os objetos quânticos se comportarão
- 92. O que realmente são os objetos quânticos? Para Bohr Esta pergunta não tem significado até uma medida ser feita Para Einstein A Mecânica Quântica estava incompleta Para Bohm É porque desconhecemos variáveis
- 93. Figuras Gestalt Característica dual da natureza
- 94. Olhe e responda: O que vê primeiro?
- 101. Você cria a realidade, quando faz sua escolha, a realidade pré-existente, seria uma espécie de matéria prima, com a qual você molda o futuro.
- 102. O colapso a função de onda consiste, não em fazer alguma coisa aos objetos através da observação, mas em optar e reconhecer o resultado da opção.
- 103. O objeto quântico torna-se, assim, um objeto claro escuro ao qual se pode aplicar, sucessivamente, predicados contraditórios.
- 104. No mundo da física quântica escolher significa renunciar...
- 105. Princípio da complementaridade ou medimos onda ou medimos partícula Esse conceito de complementaridade, implica em exclusão mútua, se é um, não pode ser o outro. Seria um sinônimo de paradoxo ou contradição.
- 106. A experiência do Gato de Schrödinger (experiência mental)
- 107. Radioatividade Dentro do núcleo do átomo podem ocorrer transmutações e serem emitidas partículas ou radiação. Partícula α → núcleo do Hélio Partícula β → elétron ou pósitron Raio γ → radiação eletromagnética
- 108. Partícula α → baixo poder de penetração Partícula β → médio poder de penetração Raio γ → alto poder de penetração
- 109. Atividade de um elemento radioativo Definição – Nº de núcleos que se desintegram em um segundo. Unidade de medida Becquerel – (Bq)
- 110. Exemplos de atividade H2O do mar – 10 Bq/l H2O mineral – entre 2 a 226 Bq/l H2O da chuva – entre 0,3 a 1 Bq/l Leite – 60 Bq/l Solo – entre 400 q 8000 Bq/kg Corpo humano – 12.000 Bq (Metade devido ao K40 ) Uma grama de Rádio – 3,7 ⋅1010 Bq
- 111. Probabilidade
- 112. Ao jogarmos um dado cada lado tem uma probabilidade de 1/6 de sair. Se jogarmos o dado 1200 vezes verificamos ao final que cada lado saiu 1/6 das vezes. Mas se nos perguntarmos qual lado sairá no lançamento 1201, a resposta seria, não sei.
- 114. Dificuldades na montagem do experimento
- 115. Equação de Schrödinger Função de onda
- 116. A função de onda do gato dentro da caixa é: Ψgato
- 117. Seja um material cuja atividade é uma desintegração a cada duas horas. Como a desintegração do núcleo é regida pela mecânica quântica, o evento é probabilístico. Então após uma hora, o núcleo pode ter desintegrado ou não.
- 118. 50% de que o núcleo tenha emitido um partícula e 50% que não tenha emitido uma partícula Então, após uma hora, a probabilidade é de:
- 119. Função de onda do material radioativo
- 120. Função de onda do gato
- 121. Colapso da Função de Onda
- 122. O elétron ou qualquer partícula elementar, não é localizada no espaço, é como se dissolvesse, tornando-se apenas, uma onda de probabilidade e quando fizéssemos uma medida, ele se “materializa”
- 123. Colapso da função de onda significa que qualquer objeto, por exemplo, a Lua, se espalha um pouco no espaço, se tornando apenas uma onda de probabilidade e quando olhamos para ela, ela se “materializaria” instantaneamente
- 124. Interpretações
- 125. Positivismo lógico Devemos nos ater a realidade do que é visto, e não vemos a superposição coerente
- 126. Interpretação de Copenhagen Uma partícula não existe, até que se faça uma medida. A pergunta não faz sentido.
- 127. Interpretação de Heisenberg gato vivo/morto em potencial
- 128. Interpretação de Everett e Wheeler Muitos mundos
- 129. Divisão dos mundos
- 130. Interpretação de Von Newmann e Wigner “se existe uma ação da matéria sobre o espírito, então deve existir uma ação do espírito sobre a matéria” Uma mente consciente é quem resolve a dicotomia
- 131. Experiência das duas caixas (proposta por de Broglie) A não localidade
- 133. Afastando as caixas a uma distância muito grande
- 134. Einstein não aceitava a imprevisibilidade e a ação à distância ligada a Mecânica Quântica
- 135. Paradoxo EPR
- 136. Enunciado Se, sem exercer qualquer perturbação sobre um sistema, for possível prever, com exatidão, o valor de uma grandeza física pertencente a esse sistema, é porque existe um elemento de realidade física que corresponde a esta grandeza.
- 137. Paradoxo EPR (1928) Spin do elétron
- 138. Paradoxo EPR Medir o spin de B⇒ saber o spin de A Mesmo que xA+ xB >> ct Na visão clássica, medidas do spin de B não deveriam afetar o spin de A
- 139. Paradoxo EPR (analogia clássica) Uma caixa lança bolas de seu interior, para direita e para esquerda, essas bolas são de cor preta ou branca.
- 141. Note que, quando uma bola branca sai à direita, à esquerda sempre sai uma bola preta e vice-versa. Isto é conhecido como: Anti-correlação
- 142. Paradoxo EPR O comportamento quântico é semelhante a dois gêmeos que estão, um em Paris e outro em Pisa. Embora separados, o que um sente, o outro acaba sentindo também...
- 144. O TIRANO E O ORÁCULO Num reino distante um tirano mau, regia seu reino reprimindo seu povo terrivelmente. Logo se tomou claro a todos, que era preciso empreender alguma coisa contra ele.
- 145. Então três súditos feiticeiros se dispuseram a eliminá-lo. Não tardou para que o tirano recebesse informações sobre a conspiração, e logo ele enviou agentes para saber mais a respeito dos que queriam eliminá-lo.
- 146. Os três súditos viajavam sozinhos à noite, mas era muito difícil observá-los. Contudo, nesse reino havia um oráculo, que sempre dizia a verdade. O tirano se pôs a caminho para pedir ao oráculo que lhe desse alguma informação a respeito dos feiticeiros, pois havia no país numerosos grupos constituídos de três pessoas que estavam em viagem ao mesmo tempo. Como convém a um oráculo normal, seu enunciado foi tão claro quanto misterioso:
- 147. Resposta do oráculo Quando um deles é homem: os outros dois, um tem cabelo claro e o outro tem cabelo escuro. Quando um deles é mulher: os outros têm cabelo da mesma cor.
- 148. Ninguém entendeu o que o oráculo quis dizer, mas o bobo da corte afirmou ter entendido. Montagem dos grupos ou formulação do problema
- 149. Escuro Claro Claro Escuro 3M 3M 2H1M 2H1M Quando um deles é homem: os outros dois, um tem cabelo claro e o outro tem cabelo escuro. Quando um deles é mulher: os outros têm cabelo da mesma cor.
- 150. ? Claro Escuro 2H1M 2H1M Viola o oráculo ? Quando um deles é homem: os outros dois, um tem cabelo claro e o outro tem cabelo escuro. Quando um deles é mulher: os outros têm cabelo da mesma cor. Viola o oráculo
- 151. Grupos a serem procurados: 3M - 2H1M
- 152. O Tirano mandou todo seu exército procurar viajantes que compunham grupos ou de dois homens e uma mulher,
- 153. ou de três mulheres, mas como um genuíno machista, não acreditou na segunda possibilidade...
- 154. Dias depois três homens compareceram a uma audiência no castelo e o mataram.
- 155. Se o oráculo não mente nunca, o que houve de errado?
- 156. O bobo da corte estava errado ou o oráculo mentiu pela primeira vez? A resposta ambas perguntas é NÃO!
- 157. Einstein, Planck e Bohm: Não sabemos ainda como ocorre a transmissão de informação entre as partículas. Isto é, o paradoxo existe, pela nossa ignorância sobre as leis da natureza.
- 158. Bohr: Essa é uma limitação experimental, que é introduzida pelo processo de observação, ou uma limitação conceitual, já que os operadores matemáticos de tempo de momento não comutam.
- 159. Heisenberg: Essa é uma indeterminação na natureza. Observar é extrair da distribuição de probabilidades uma das muitas possibilidades. Existem muitas potencialidades, observar é converter uma, em ação. O futuro não é simplesmente desconhecido, ele “não foi decidido” .
- 160. Teorema de Bell Noções das idéias envolvidas no Teorema de Bell, desenvolvido em 1964.
- 162. Quando um deles é homem: os outros dois, um tem cabelo claro e o outro tem cabelo escuro. Quando um deles é mulher: os outros têm cabelo da mesma cor.
- 163. Quanticamente só podemos medir uma variável por vez: Então, dos grupos descobertos pelo bobo da corte: ou sabemos se é homem. ou sabemos se é mulher.
- 164. ou sabemos se o cabelo é claro. ou sabemos se o cabelo é escuro.
- 165. e a Física Quântica se tornou o assunto predileto de todos os estudantes... É supérfluo mencionar que após a morte do tirano, o reino se encheu de alegria
- 166. Teorema de Bell Bell (nos anos 60) estudou como deveriam ser os resultados de experimentos tipo EPR Usou estatística e levou em consideração condições clássicas e condições quânticas
- 167. Obteve algumas desigualdades relativas às correlações entre medidas de A e de B no paradoxo EPR Com variáveis → clássicas ⇒ 2/4 Com variáveis → quânticas ⇒ 3/4
- 169. Experimento tipo EPR com fótons polarizados
- 170. Polarização da luz
- 175. Aspect e sua equipe obtiveram uma correlação de ¾ o que confirma as leis da física quântica
- 177. Existe uma lei física afirmando que campo magnético afeta a trajetória de elétrons em movimento Efeito Aharonov-Bohm
- 178. Tubo de raios catódicos
- 179. Considere a experiência de difração de elétrons. Um tubo oco, é colocado no seu interior, logo após a fenda de interferência. Dentro desse tubo pode-se ligar uma campo magnético. Fora do tubo não existe campo magnético, e portanto, nada deve afetar a trajetória dos elétrons.
- 180. Contudo, quando o campo magnético é ligado dentro do tubo, a trajetória dos elétrons é afetada. Este é um fenômeno quântico, que não tem análogo clássico.
- 181. Analogia clássica (utópica) do efeito Aharonov- Bohm Numa tubulação de água sob uma avenida, sempre que houvesse um fluxo de água na tubulação, a trajetória dos carros que passam sobre ela seria afetada.
- 182. Voltando ao gato de Schrödinger Se a Física Quântica está correta então o paradoxo do gato de Schrödinger precisa de uma interpretação.
- 183. Quem colapsa a função de onda? Quem transforma Ψ em: Ψ = Ψvivo ou Ψ = Ψmorto ?
- 184. Paradoxo do amigo de Wigner
- 185. Formulado pelo físico Eugene Wigner. Suponhamos que, em vez de observar pessoalmente o gato, Wigner peça a um amigo que vá abrir a caixa.
- 186. O amigo ficaria em superposição junto com o gato?
- 187. E se em vez do gato colocarmos uma pessoa dentro da caixa? Após uma hora ela se sentirá viva ou morta?
- 188. Numa visão idealista podemos argumentar que não estamos conscientes de nosso corpo 100% das vezes.
- 189. A pessoa enquanto “pensa em outras coisas”, expande sua função de onda, e fica em superposição, “aqui e lá”...
- 190. Toda vez que pensa em si mesma ela colapsa sua função de onda e escolhe Ψpessoa viva Quem se expande? Quem escolhe seu estado? ?
- 191. Como em um filme que é composto por 24 quadros/s e nosso cérebro integra as imagens e compõe um movimento, nossa vida seria uma composição de colapsos da nossa função de onda onde cada vez escolhemos Ψpessoa viva
- 192. Paradoxo de Ramachandran Elaborado pelo neurofisiologista V.S.Ramachandran (Considerando o epifenomenalismo correto) Suponha que seja possível registrar com microeletrodos, tudo o que acontece no seu cérebro.
- 193. Seu cérebro gera a mente, portanto, ele deve ser capaz de analisar a sua resposta a um estímulo e antecipar quais seriam suas reações. Então, como seria possível a seu cérebro tomar decisões?
- 194. Muitos cientistas afirmam que a mente é um subproduto do cérebro (matéria) Matéria⇒partículas⇒leis da física quântica A matéria não pode colapsar sua própria função de onda Quem colapsa a função de onda?
- 195. O cérebro gera a mente. O cérebro é constituído de matéria. A matéria não pode colapsar sua própria função de onda. Se não é a mente que colapsa a função de onda do cérebro, como o cérebro poderá colapsar sua própria função de onda para existir, pensar e gerar a mente?
- 196. O paradoxo da medição Série encadeada de von Newmann
- 197. Uma medida é feita e registrada no primeiro computador. Uma série de computadores registram a medida do seu antecessor. Em qual deles ocorre o colapso de onda?
- 198. Ψ = Ψ1 Ψ = Ψ1+ Ψ2 Ψ = Ψ1+ Ψ2+ Ψ3 . . .
- 199. Quem quebra a série?
- 200. Qual é a linha divisória entre o quântico e o clássico?
- 202. A resposta a essa pergunta depende de cada interpretação Filosófica Realismo e Idealismo
- 203. Solução idealista Nossa consciência gera o colapso da função de onda. A equação de Schrödinger fornece várias possibilidades, ao medirmos, escolhemos uma.
- 204. Solução realista
- 205. Solução verdadeira
- 206. Tese do conhecimento limitado O resultado da medição é indeterminado, porque o estado do observador antes da medição não é conhecido de maneira exata, informação do observador em relação ao seu próprio estado poderia ter limitações absolutas pelas leis da natureza.
- 207. Solução como decoerência Uma corrente científica acredita que o colapso ocorre por decoerência da função de onda devida a interferência com o ambiente.
- 208. Essa interferência com o ambiente se materializaria no momento em que se abrisse a caixa e o observador seria o vetor.
- 209. A decoerência seria uma composição de toda a complexidade do universo se materializando via observador.
- 211. Seja um sistema composto por: Objeto quântico Aparelho de medição Cientista Laboratório fechado
- 212. Sendo um sistema fechado evolui segundo a equação de Schrödinger que é: Linear Contínua Reversível Determinista Monótona no tempo
- 213. Mas o colapso da função de onda é: Não linear Descontínuo Irreversível Indeterminista Instantâneo
- 214. Durante a medição o sistema deixa de ser fechado. Uma certa quantidade de informação passa para dentro dele e sua função de onda colapsa, pois segundo o princípio da correspondência o sistema deve evoluir classicamente.
- 215. Então, onde está a separação clássico-quântico? O cientista, pode ser o elo com o infinito.
- 216. Fenômenos quânticos → Dualidade (onda-partícula) → Probabilidade (eletrosfera) → Não localidade (eletrosfera; partícula sem trajetória definida) → Incerteza (pp de incerteza de Heisenberg) → Efeitos precedendo causas (experimento da opção adiada) → Ação a distância (exp. das caixas; teorema de Bell; exp. de A. Aspect) → Inseparabilidade sujeito-objeto (exp. do gato de Schrödinger)
- 217. Se a mecânica quântica só pode me dar probabilidades e incertezas Onde está a realidade objetiva? O que é realidade? → Ela existe independente do observador? → Ela existe antes de uma medida?
- 218. Elétrons/prótons/fótons Objetos clássicos de tamanho menor (Realidade objetiva a qual se referia Einstein) Elétrons/prótons /fótons Objetos quânticos dependem intrinsecamente de como são medidos
- 219. Como são medidos depende de quem mede Isto é, do OBSERVADOR De uma mente consciente...?
- 220. As leis físicas são reversíveis... Elas não determinam um sentido para a passagem do tempo, funcionam da mesma forma, com o tempo fluindo do passado para o futuro ou do futuro para o passado.
- 221. Quando uma mente consciente colapsa a função de onda, esta também manifesta uma direção para o tempo, pois nas equações da Física Quântica o tempo pode ser reversível. A irreversibilidade dos eventos só ocorre após o colapso da função de onda.
- 222. Penso logo existo Não! Escolho logo existo
- 224. Final da 2ª parte B