Tag Archive: Mecânica Quântica


nebulosa


Este post foi escrito para abordar a principal pergunta da Metafísica, a parte da filosofia que busca o conhecimento da essência das coisas. Os diversos posts da série Filosofia nos permitem desenvolver e completar vários pontos aqui descritos, de modo que os recomendamos, conforme os links apresentados e destacados no texto.

Primeiramente vamos tentar entender a pergunta. Ela é composta das palavras: Por que, Existir, Algo e Nada.

A existência pode ser entendida como real ou imaginária, vamos dizer que é real quando corresponder à um fenômeno físico, que tem causa e efeito, e é muito comum no mundo dito “macroscópico”, isto é, visível aos nossos olhos, aos nossos sentidos e aos nossos instrumentos de medida.

Podemos dizer que a existência é imaginária quando se trata do pensamento, das ideias, da matemática, da inspiração, do amor, enfim, dos sentimentos e entidades abstratas.

Como vimos no post “Ser ou Não Ser”, existe ainda uma classe que não se situa em nenhum desses dois lados, são entidades que “existem e não existem ao mesmo tempo”, como já demonstrado na física quântica dentro do “espaço de Planck” e percebida nas imediações de um “buraco negro” pela radiação Hawking, correspondendo a “partículas virtuais” que situam-se no limite entre a existência e a não existência e podem vir a existir se forem suficientemente estimuladas gerando um par elétron -pósitron. Vamos chamar esta categoria de entidades virtuais.

Assim sendo, “Algo” nesta pergunta pode ser entendido como uma entidade de existência Real, e também poderíamos incluir estas partículas virtuais existentes no vácuo quântico.

A palavra “Nada” aqui pode ser entendida como o vácuo absoluto, o nada absoluto. Mas em que dimensão? Aqui temos duas possibilidades: o nada absoluto em todas as dimensões até o Infinito e o vácuo quântico postulado pela física. O “Nada” da pergunta do título refere-se ao “Nada Absoluto Infinito” e estável, que é diferente do “Vácuo Quântico”, como questionamos e desenvolvemos neste post , que pode ser entendido como o espaço no qual aparentemente não existe nada para um observador qualquer, mas que contém uma quantidade mínima de energia, campos eletromagnéticos e gravitacionais principalmente e partículas virtuais (partículas de força) interagindo entre si.

Podemos começar agora a nossa análise, uma vez entendida a pergunta. Vamos escrever a pergunta novamente então:

“Por que existem entidades reais ou virtuais ao invés de haver um completo vazio no lugar delas?”

Agora a compreensão da pergunta já melhorou bastante, e isso já nos permite iniciar sua análise, para isso fizemos uma “análise semântica”, que é o que falta na maioria das vezes para se responder a perguntas que podem ter vários significados.

Observamos o mundo das “coisas” (vamos chamar estas entidades reais ou imaginárias de “coisas” para simplificar) é organizado, existem leis, princípios, regras. Não vemos no universo que as coisas se encontram completamente destituídas de regras, muito pelo contrário, mesmo no aparente caos, mesmo na ocorrência de probabilidades diferentes para o resultado de uma mesma causa, existe uma ordem. Exemplos são o movimento browniano, onde as moléculas se movem em um líquido aparentemente ao acaso, a direção dos ventos, o movimento dos elétrons dentro do átomo, e outros. Assim, não existe a ordem absoluta ou determinismo absoluto (através do qual o futuro poderia ser previsto) e não existe o “Caos” absoluto porque assim observamos em nosso universo.

Uma palavra chama a atenção aqui, no parágrafo anterior é o “Caos Absoluto”. Vamos pensar nele, vamos usar filosofia.

Se temos de um lado “regras”, de outro poderíamos ter “falta de regras”.

Um exemplo do cotidiano: chuto uma bola em direção ao gol e ela vai para a direção oposta, então ao ver a imagem filmada com mais detalhes percebo que “chutei errado”porque vivo em um mundo regido por regras, e onde para cada efeito existe uma causa bem determinada. No caso, a regra se chama “conservação da quantidade de movimento”.

Agora vamos imaginar a mesma situação dentro de um ambiente “sem regras”. Eu chuto a bola e ela vai para qualquer lugar. Eu chuto a bola sempre no mesmo lugar, sempre no mesmo ponto e com a mesma força e ela toma qualquer direção, vai para qualquer lugar, em algumas vezes atinge o gol e na maioria delas vai para longe dele sem explicações para o ocorrido….

O exemplo acima é bastante ingênuo ou simplista, mas suficiente para entender. Não podemos correr, ter uma bola, chutar, etc, em um ambiente em Caos Absoluto, precisamos de uma regra para o movimento da bola, uma regra para correr e uma regra para chutar, mas se pegarmos “um pouquinho” do Caos, somente aplicável à ausência da lei da conservação da quantidade de movimento (também chamado momento linear) já dá para entender o seguinte:

Num Universo sem Leis tudo é possível, tudo é permitido. Ora, se tudo é permtido então Nada é proibido, se nada é proibido então o Nada se auto restringe, logo o Nada é impossível….

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Ser ou Não Ser ?

Luz
Algumas perguntas que fazemos várias vezes durante a vida são: O Universo é infinito e sempre existiu? O que é o infinito? Se o Universo foi criado de uma explosão, o que havia antes disso?

Fazemos estas perguntas porque não conseguimos aceitar logicamente nada que exista para sempre, ou que seja infinito, e isso decorre do fato desse pensamento ser completamente diferente de nossa vivência cotidiana.

Do mesmo modo, como desenvolvemos no post “O Limite da Ciência” e no post “O Vácuo Quântico”, a aceitação de vazio eterno é igualmente rejeitada pela nossa lógica.

Assim chegamos a uma situação interessante: Temos dificuldade em aceitar algo que exista para sempre e rejeitamos por completo a possibilidade de inexistência de tudo, até porque somos capazes de “perceber” que existimos. Zero e Infinito são assim estados incompreensíveis e não por acaso, matematicamente, levam a situações conhecidas como Indeterminações.

Mas existe um possível erro nesta análise: ela parte da ideia que exista uma dualidade quando não é necessariamente obrigatório que isto aconteça em alguns casos. Assim, dizemos que ou algo existe ou não existe, mas é possível que essa dualidade não esteja sempre correta.

Nossos olhos e nossos instrumentos de medida talvez não sejam capazes de detectar, mas existem muitos fenômenos da natureza que não são percebidos por nós, alguns foram descobertos apenas recentemente, como a passagem de neutrinos e múons pelo nosso planeta.

Costumamos dizer que algo ou está certo ou está errado, que é possível ou impossível, que é bom ou é mau, e assim criamos e vivemos conceitos de dualidades usados para comparações em nossa vida diária mas que não nos ajudam muito na compreensão dos fenômenos físicos.

Por isso, ao pensar na natureza do Universo, temos enorme dificuldade em enxergá-lo com o pensamento dualista.

Vimos no post “Dualidade ou Complementaridade?” que na arte pontilhista sombras e luz ao serem colocadas juntas formam um conteúdo único, não são mais sombras e nem luz, formam ilusoriamente linhas de contorno, linhas que não foram desenhadas. Comparamos com a dualidade partícula–onda do comportamento da luz e do próprio átomo, cuja soma dos pesos de suas partículas separadas (nêutrons e prótons) é superior ao seu peso real ao estarem juntas no núcleo, o que se atribui à transformação de parte da massa em energia de ligação interna de modo que massa e energia formam uma só entidade. Nesse caso, luz e sombras, massa e energia, ondas e partículas, compõem realidades únicas.

No post que falamos da “Partícula de Deus” dissemos que o Bóson de Higgs cria massa em outra partícula que passa pelo seu campo, uma massa “que surge do nada” e que esse conceito é bem mais interessante do que pensar na massa como se fosse uma “bolinha indivisível”. No post “O Quinto Elemento” comentamos que a ideia de Aristóteles da existência de “elementos essenciais” é melhor do que a denominação “partículas elementares” que nem sequer são partículas (termo atribuído à pequenas divisões da matéria, conforme o conceito de átomo de Demócrito).

A realidade se manifesta diante de nós de um modo que nos confunde ao utilizarmos conceitos dualistas de modo que é necessário para interpretá-la assumir outro estado além destes.

Vamos repensar então nosso Universo desse modo e ver onde podemos chegar com essa hipótese.

Imagine que ao invés do binômio “Ser ou Não Ser” ou “existo ou não existo” ocorra uma outra realidade. Algo que exista e não exista ao mesmo tempo (!!!).

Feynman Isso parece errado, bizarro ou alguém poderia até dizer “ridículo”. Mas é justamente o que Richard Feynman, um dos maiores físicos do século XX, postulou ao dizer que a todo momento partículas e anti-partículas são formadas e se aniquilam mutuamente no espaço quântico (ou Vácuo Quântico).

No caso, teríamos uma essência simbolizada por +i e a outra essência simbolizada por -i e estas realidades (cf. Feynman são partículas virtuais) convivem umas com as outras num tempo muito curto, ora predominando uma, ora outra, porém, estatisticamente falando, ocorre uma média zero em um “equilíbrio dinâmico”.

Vejamos um exemplo de equilíbrio dinâmico: um pingo de corante em um recipiente com água. O tempo passa e o corante se dispersa até que não ocorra nenhuma outra variação e dizemos que o sistema entrou em equilíbrio. gotas Ocorre que, estatisticamente, não seria impossível voltar na sala e ver o corante ocupando só uma parte do líquido e a outra sem corante uma vez que as moléculas se movimentam aleatoriamente em todo o volume. A probabilidade que isto aconteça, no entanto, tende a Zero.

Dizemos assim que a concentração de corante é constante em todo o volume do recipiente, mas isso é uma média, uma aproximação macroscópica e que não é verdadeira se considerarmos o espaço microscópico em seu interior e então dizemos que nesse espaço macroscópico ocorre um equilíbrio dinâmico.

Agora temos um interessante modelo de vazio ou Zero. Um “pseudo vazio” composto por duas essências que se aniquilam quando estão juntas e formam realidades distintas quando estão separadas, realidades que existem por tempos determinados e muito pequenos de modo que a somatória de suas ações resultam em acréscimos e diminuições sucessivas e cuja média central resulta em zero escalar. Podemos chamar esse vazio de “espaço quântico” ou Vácuo Quântico.

A ideia pode ser entendida se observarmos que em nosso universo há uma incansável busca pelo equilíbrio em todos os seus processos expontâneos e que o equilíbrio nada mais é do que uma resultante nula das forças que agem sobre um dado sistema, como se todos os processos fossem naturalmente orientados a buscar o perfeito equilíbrio existente no espaço quãntico.

Verificamos isto também através da lei da conservação de cargas em um átomo por exemplo, sendo o núcleo carregado positivamente e a eletrosfera negativamente e o caminho termodinâmico que a reação percorre até o balanceamento das cargas de cada átomo nas moléculas que participam de uma reação química.

Vamos agora ampliar nossa visão e imaginar que em um determinado sistema existam não apenas duas, mas diversas essências e que a soma ponderada de todas elas resulte em Zero ou equilíbrio. Não um zero local, pontual, microscópico, mas um Zero global, em sua média estatística compondo toda sua grandeza. Como referência e comparação, lembramos que em nosso Universo acreditamos existirem 16 partículas elementares organizadas em duas famílias – Férmions e Bósons, sendo a família dos Férmions composta dos Quarks e dos Léptons.

Imaginemos também que esse espaço quântico é tão imenso que surjam dentro dele a todo momento descontinuidades abruptas de formação e aniquilação sem no entanto modificar sua energia global, o que caracterizaria uma situação de macro equilíbrio termodinâmico e conservação da entropia mas com descontinuidades locais, como no exemplo do corante disperso na água.

Essa ideia pode ser aplicada também quando postulamos a existência do Multiverso onde o Universo que existimos passa a ser um elemento infinitesimal dentro dele.

Caso a hipótese esteja correta, passamos agora a “entender” como e porquê o nosso Universo existe, como ele foi formado e para onde ele caminha.

Poderíamos também conjecturar sobre a essência da “matéria ou energia escura” como sendo a parte imaterial que falta em nosso Universo para compensar parcialmente (o nosso universo não é o Multiverso, não precisa haver equilíbrio completo) a presença de matéria pesada. Esta tem força de gravidade oposta à da matéria escura e que explica o afastamento entre as galáxias.

A matéria escura é formada de partículas elementares (que aqui chamamos de essências) agrupadas de modo diferente do que nos férmions (prótons, nêutrons e elétrons entre outros) e é possivelmente uma evidência sobre a existência do Multiverso, onde a matéria está agrupada de modo diferente de nosso Universo que, no entanto, contém em seu interior essa matéria “estranha” mostrando parte da diversidade possível de combinações das partículas elementares.

Imagine um Multiverso composto por uma quantidade incontável de Universos dentro dele e que cada Universo, à semelhança de uma partícula, tenha um oposto com o qual se aniquile, por exemplo, um Universo formado por partículas e um por anti-partículas. Agora temos uma realidade macroscópica que imita uma realidade microscópica, onde partículas elementares interagem umas com as outras formando o Vácuo Quântico e dentro dele descontinuidades (o Big Bang) que formam Universos. O fundamento de todo o Multiverso, onde está nosso Universo é então o Vácuo Quântico, onde a questão Ser ou Não Ser não possui sentido.

Esse modelo pode finalmente responder às perguntas que fizemos no primeiro parágrafo, ou seja, o nosso universo é finito e temporal mas é parte de uma realidade maior que é infinita e assim permanece. Zero e Infinito se tornam agora uma única realidade melhor entendida pelo princípio da Complementaridade.

Chegamos assim a uma fronteira, a um dos limites de nossa Ciência.

Ainda dentro de tema “Dualidades” e dando continuidade ao post anterior, podemos perceber que ciência e religião, física e metafísica, objetividade e virtualidade, determinismo e probabilismo, cruzam-se frequentemente no campo das idéias e essa aparente disputa aparece na mente dos cientistas desde o início da ciência e continua hoje, mais viva do que nunca no século XXI.

Há presentemente uma batalha entre cientistas que alegam que há colegas querendo “desvirtuar” a ciência transformando-a em religião, abrindo inclusive espaço para o incluir Deus …. Eles se referem, por exemplo, a Amit Goswami, importante cientista hindu que vive nos EUA, é PhD em mecânica quântica e professor titular de física da universidade de Oregon e ao conhecido Fritjof Capra, doutor em física e professor da Universidade da Califórnia, autor de muitos livros, entre eles o famoso “O Tao da Física”.

De fato, à medida que “entidades não observáveis” são introduzidas na ciência ela se aproxima da religião e com ela se funde, ou confunde. E isso representa uma nuance de significados, positivos ou negativos, dependendo de quem os analisa.

De um lado, temos aqueles que defendem que a ciência deve se apoiar completamente em causalidades, relações de causa e efeito bem definidas que tem estados de início, caminho e fim, e se apegam à visão de Albert Einstein, que reformulou a mecânica clássica de Newton.

Mas até onde vai a objetividade na ciência? Ernst Mach (1838-1916), filósofo e físico que exerceu grande influência sobre Einstein, afirmava que, ou uma proposição é demonstrável experimentalmente ou deve ser abandonada, considerada como metafísica e sem fundamento, validando a opinião do químico Wilhelm Ostwald que o conceito de átomo era inútil e supérfluo em física.

De outro lado, temos teorias que descartam a existência formal de um único caminho para tudo, uma realidade objetiva. Na mecânica quântica, a cada partícula se deve associar um conjunto de ondas concentrado no espaço e se propagando nele. Por exemplo, um elétron em um átomo é associado à uma onda estacionária e isto resolve uma série interessante de problemas, mas a natureza dessas ondas é um enigma. Na verdade, são espaços de probabilidade onde a partícula pode ser encontrada, são ondas de probabilidade, portanto virtuais e não reais.

Se aplicarmos o princípio da incerteza ao elétron, por exemplo, segundo a teoria do americano Richard Feynman, mesmo no espaço vazio, pares de partícula / antipartícula virtuais aparecem e se aniquilam reciprocamente. Não se parte da premissa que a partícula tenha uma única história ou caminho, pelo contrário, supõem-se que ela vá do ponto A para o ponto B por todos os caminhos possíveis e a probabilidade da partícula ir de A para B é o resultado da soma de todas as probabilidades de todos os caminhos.

Extrapolando esta ideia, não precisamos supor que nosso universo é único, que a partícula original que criou tudo, “a partícula de Deus”, tenha tomado exclusivamente este caminho, mas podemos imaginar infinitos Universos possíveis existentes para cada estado possível …

Outro ponto é que o mundo das probabilidades existentes na partícula é transformado em realidade somente ao ser observado e esta transformação então depende do observador de modo que antes da medição essa realidade objetiva “não existia”, ideia a que Einstein se opôs obstinadamente. Veja o post “A Possibilidade em Aberto”.

Tais premissas abrem espaço para que, alguns, como os cientistas citados, se apoiem nisto para criar uma relação entre a física e a espiritualidade.

Sobre a interpretação “ortodoxa” da mecânica quântica Einstein disse:

“A idéia de um elétron exposto à uma radiação que escolha livremente o momento e a direção para onde quer ir me é insuportável. Se assim fosse, eu preferiria ser sapateiro ou até mesmo empregado de cabaré a ser físico”. E ainda em uma carta a Max Born ele escreveu sua famosa frase:

“Você acredita em um Deus que joga dados, e eu no valor único das leis no universo onde algo existe objetivamente”.

Quem poderá provar essas teorias? E se não puderem ser experimentadas devem ser descartadas? Se são utilizadas com tanto sucesso na eletrônica moderna porque não podemos extrapolar suas afirmações e criarmos um paralelo com o Taoismo chinês?

Essas são questões complexas e que estão gerando um grande debate sobre até que ponto a ciência deve manter sua objetividade e causalidade e até que ponto a teoria da complementaridade de Heisenberg deve ser aceita e introduzida na física, deixando cega a “navalha de Ockham”.

Segundo o Dr. José Croca, professor do Departamento de Física da Faculdade de Ciências de Lisboa, que representa o lado racionalista da ciência, toda teoria em seu início tem sua limitação e esta vai com o tempo sendo questionada e na maioria das vezes é eliminada.

Assim, por exemplo, mostrou-se no início do século passado, que a teoria de Newton, a mecânica clássica, tinha limites de validade e, portanto, não era, como se afirmava, a teoria completa e infalível válida para todas as escalas de observação e descrição.

“Nessas condições, pretender que a mecânica quântica ortodoxa seja uma teoria completa e definitiva, em suma, a última verdade, constitui, a meu ver, um ato mais religioso que científico, ou então, na melhor das hipóteses, uma atitude ingênua”.