Introdução à QuânticaGermano Maioli Penello

Reinaldo de Melo e Souza

A INFLUÊNCIA DO APARATO EXPERIMENTAL NA MEDIDA

Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma

coletividade.

Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma

coletividade.

Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por

vez.

Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma

coletividade.

Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por

vez.Dualidade Onda-Partícula.

Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma

coletividade.

Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por

vez.Dualidade Onda-Partícula.

Mas o que determina o comportamento?

Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma

coletividade.

Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por

vez.Dualidade Onda-Partícula.

Mas o que determina o comportamento?O aparato experimental.

O interferômetro de Mach-Zender

Um feixe é dividido em dois e depois recombinado.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

O interferômetro de Mach-Zender

Um feixe é dividido em dois e depois recombinado.

Diferença de fase entre os dois caminhos Interferência

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

O interferômetro de Mach-Zender

Um feixe é dividido em dois e depois recombinado.

Diferença de fase entre os dois caminhos InterferênciaE se jogarmos um fóton por vez?

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O interferômetro de Mach-Zender

Obtemos interferência!

MZ1

MZ2

A.Aspect et al. Europhys.Lett , 1, 173, 1986.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

O interferômetro de Mach-Zender

Obtemos interferência!

Comportamento ondulatório do fóton!

MZ1

MZ2

A.Aspect et al. Europhys.Lett , 1, 173, 1986.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?

SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?

Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!

SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?

Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!O fóton interfiriu consigo mesmo.

SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?

Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!O fóton interfiriu consigo mesmo.

O fóton está em uma superposição de estados!!

SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?

Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!O fóton interfiriu consigo mesmo.

O fóton está em uma superposição de estados!!Voltaremos a este ponto adiante.

A influência do aparato experimental na medida

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

A influência do aparato experimental na medida

Tiremos o segundo divisor de feixes.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

A influência do aparato experimental na medida

Tiremos o segundo divisor de feixes.

Os feixes não mais se recombinam.Podemos determinar a trajetória seguida pelo

fóton.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

A influência do aparato experimental na medida

Tiremos o segundo divisor de feixes.

Os feixes não mais se recombinam.Podemos determinar a trajetória seguida pelo

fóton.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

Não há mais franjas de interferência!!

A influência do aparato experimental na medida

Tiremos o segundo divisor de feixes.

Os feixes não mais se recombinam.Podemos determinar a trajetória seguida pelo

fóton.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

Não há mais franjas de interferência!!

Os dois arranjos descritos são complementares!

O papel de probabilidade em quântica

Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector.

O papel de probabilidade em quântica

Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:

Interferência!

O papel de probabilidade em quântica

Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:

Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há

interferência.

O papel de probabilidade em quântica

Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:

Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há

interferência.

Física clássica: Medida revela algo pré-existente.

O papel de probabilidade em quântica

Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:

Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há

interferência.

Física clássica: Medida revela algo pré-existente.

Física Quântica: Papel criativo do ato de medir.

O papel de probabilidade em quântica

Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:

Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há

interferência.

Física clássica: Medida revela algo pré-existente.

Física Quântica: Papel criativo do ato de medir.Probabilidade ≠ Ignorância.

O papel de probabilidade em quântica

Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:

Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há

interferência.

Física clássica: Medida revela algo pré-existente.

Física Quântica: Papel criativo do ato de medir.Probabilidade ≠ Ignorância.Medida enquanto projeção.

A experiência da escolha retardada

Mas quando a luz decide se ela se comporta como onda ou como corpusculo?

A experiência da escolha retardada

Mas quando a luz decide se ela se comporta como onda ou como corpúsculo?Tentemos enganar a luz!

A experiência da escolha retardada

Tentemos enganar a luz.

Deixemos para a última hora a escolha de deixar ou não o segundo divisor de feixes.

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A experiência da escolha retardada

Vimos que neste caso a luz se comporta como onda.

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A experiência da escolha retardada

Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.

Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

A experiência da escolha retardada

Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.

Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.Não conseguimos enganá-la Ela se comporta como

onda…

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

A experiência da escolha retardada

Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.

Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.Não conseguimos enganá-la Ela se comporta como

onda…

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

Violação da causalidade?

A experiência da escolha retardada

Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.

Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.Não conseguimos enganá-la Ela se comporta como

onda…

http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/

Violação da causalidade?

Não! Natureza ativa da medida!!

O efeito Zenão quântico

http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html

O efeito Zenão quântico

Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”.

http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html

http://blackdogsandbarbells.wordpress.com/2011/07/27/from-coal-to-diamond-i-wish/

O efeito Zenão quântico

Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico.

http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html

O efeito Zenão quântico

Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico.

O ato de observar pode retardar o processo.

http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html

O efeito Zenão quântico

Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico.

O ato de observar pode retardar o processo.No limite de observação contínua pode pará-lo

completamente!

http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html

O efeito Zenão quânticoA experiência:

Considere um átomo de dois níveis, e e g.

http://www.physics.umb.edu/Staff/olchanyi_research/main.html

O efeito Zenão quânticoA experiência:

Considere um átomo de dois níveis, e e g.

Em t=0 ele está no estado excitado.

http://www.physics.umb.edu/Staff/olchanyi_research/main.html

O efeito Zenão quânticoA experiência:

Considere um átomo de dois níveis, e e g.

Em t=0 ele está no estado excitado.Em algum momento ele emitirá um fóton e voltará ao

seu estado fundamental.

http://www.physics.umb.edu/Staff/olchanyi_research/main.html

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.

Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado

excitado.

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.

Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado

excitado.

Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no

estado excitado?

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.

Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado

excitado.

Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no

estado excitado?É diferente de zero!!

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.

Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado

excitado.

Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no

estado excitado?É diferente de zero!!A primeira medida zerou o cronômetro!

O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:

t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.

Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado

excitado.

Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no

estado excitado?É diferente de zero!!A primeira medida zerou o cronômetro!

PAPEL ATIVO DA MEDIDA!

O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de

encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.

Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de

encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.

Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes.

O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de

encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.

Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes.

A função de onda que continha uma superposição colapsa em uma de suas componentes.

O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de

encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.

O problema do colapso da função de onda é ainda discutido em fundamentos da física.

Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes.

A função de onda que continha uma superposição colapsa em uma de suas componentes.

O colapso da função de onda

O papel do observador em física quântica.

O colapso da função de onda

O papel do observador em física quântica.Mas o que é observar?

O colapso da função de onda

O papel do observador em física quântica.Mas o que é observar?

“A que distância dos meus olhos eu devo colocar os óculos para que eles passem a fazer parte do aparato experimental e não do observador?”

John Bell

O colapso da função de onda

O papel do observador em física quântica.Mas o que é observar?

“A que distância dos meus olhos eu devo colocar os óculos para que eles passem a fazer parte do aparato experimental e não do observador?”

John Bell

A observação não necessita ser feita por uma pessoa. É qualquer agente físico que interaja com o fenômeno.

Comentários finaisVimos que:

É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)

Comentários finaisVimos que:

É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)

A medida desempenha um papel fundamental no experimento.

Comentários finaisVimos que:

É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)

A medida desempenha um papel fundamental no experimento.Ignorância vs. criação de conhecimento.

Comentários finaisVimos que:

É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)

A medida desempenha um papel fundamental no experimento.Ignorância vs. criação de conhecimento.

Exemplos: Experimento da escolha retardada

Efeito Zenão Quântica.

Comentários finaisVimos que:

É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)

A medida desempenha um papel fundamental no experimento.Ignorância vs. criação de conhecimento.

Exemplos: Experimento da escolha retardada

Efeito Zenão Quântica.

E concluímos que

Obrigado pela presença

Em quântica o Aquiles perde da tartaruga…