Existe passado e presente onde não há ninguém para testemunhar?

Com informações da Universidade de Viena - 28/06/2021

O amigo de Wigner não se lembra com segurança do resultado que observou no passado - ele não pode nem mesmo quantificar essa ignorância com uma probabilidade razoável.
[Imagem: Aloop/IQOQI-Wien]

Probabilidades e incertezas

A mecânica quântica é famosa por seu indeterminismo, mas geralmente podemos usar probabilidades para quantificar nossa incerteza sobre as observações e prever fenômenos futuros.

No entanto, uma equipe de físicos da Universidade de Viena (Áustria) e do Instituto Perimeter (Canadá) mostrou agora que, em determinados cenários, não é possível fazer essas previsões probabilísticas, levando a incerteza ao extremo.

A base da demonstração é o conhecido "experimento mental do amigo de Wigner", que o físico Eugene Wigner - Nobel de Física de 1963 - propôs como uma extensão do famoso gato de Schroedinger.

Neste último, um gato fica preso em uma caixa com veneno que será liberado se um átomo radioativo se decompor. Regido pelas leis da mecânica quântica, o átomo radioativo está em uma superposição entre decaimento e não-decaimento, o que também significa que o gato está em uma superposição entre vivo e morto.

Wigner queria saber o que o gato sente quando está na superposição. Para isso, ele aprofundou a questão, levando a teoria quântica aos seus limites conceituais: Wigner investigou o que acontece quando um observador também tem propriedades quânticas - algo como um observador em uma superposição de conhecimento e ignorância.

Recentemente, um experimento concreto - não teórico - confirmou que há problemas intrínsecos com a precisão das medições.
[Imagem: I. Shomroni/EPFL]

Experimento mental de Wigner

Neste experimento mental, um observador, geralmente chamado de "amigo de Wigner", realiza uma medição quântica e obtém um resultado. Do ponto de vista de outro observador, chamado "Wigner", o processo de medição do amigo pode ser descrito como uma superposição quântica.

O fato de a teoria quântica não estabelecer limites de validade para sua aplicação leva a uma clara tensão entre a percepção do amigo - que vê um único resultado específico - e a descrição de Wigner - que observa o amigo em uma superposição de diferentes percepções.

Isto naturalmente levanta a questão: O que significa para um observador em uma superposição quântica observar o resultado de uma medição? Um observador pode sempre confiar no que vê e usar esses dados para fazer previsões sobre medições futuras? O que significa sua certeza quando um "olheiro" externo lhe der atenção e fizer sua medição colapsar noutro estado?

Foi aí que entraram agora Philippe Guérin e seus colegas, que se propuseram a investigar os limites que o experimento mental de Wigner impõe à capacidade de um observador de prever suas próprias observações futuras - em outras palavras, de fazer da ciência o que se espera dela, nomeadamente fazer previsões sobre a realidade.

Pensar o Universo a partir das leis da mecânica quântica leva a conclusões como a de que o futuro pode estar influenciando o presente.
[Imagem: Anne Goodsell/Tommi Hakala]

Presente mais real que passado e futuro

Os pesquisadores começaram selecionando uma série de suposições, todas tradicionalmente consideradas como o cerne do formalismo quântico. Isso inclui, por exemplo, o pressuposto de que um observador, em situações experimentais padrão, preveja as probabilidades de resultados futuros com base em seus experimentos anteriores. Essas suposições "obrigam" as probabilidades a obedecer às leis da mecânica quântica, mantendo a coesão do aparato teórico.

No entanto, os pesquisadores provaram que essas suposições não podem ser todas satisfeitas para o amigo de Wigner no experimento mental. "Nosso trabalho mostra que pelo menos uma das três principais premissas da mecânica quântica deve ser violada; qual delas depende da sua interpretação preferida da mecânica quântica," disse Guérin.

Esta prova formal levanta questões importantes sobre a "realidade persistente" das percepções do amigo. De fato, os pesquisadores demonstraram que é impossível considerar que as percepções do amigo de Wigner coexistam em diferentes momentos.

Isso torna questionável se um observador quântico qualquer poderia considerar suas próprias experiências passadas ou futuras tão reais quanto as presentes.

"Este teorema implica que se deve (1) propor uma modificação não-linear da regra de Born para previsões de dois tempos, (2) algumas vezes proibir o uso de informações presentes para prever o futuro - reduzindo assim o poder preditivo da teoria quântica - ou ( 3) negar que a mecânica quântica unitária faça previsões válidas em um único momento para todos os observadores," concluiu a equipe.

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