Desde a revolução da mecânica quântica no início do século XX, o Princípio da Incerteza de Heisenberg tem sido um desafio para a compreensão mais profunda da natureza fundamental da matéria.
Recentemente, um estudo inovador publicado na renomada revista Physical Review Letters por pesquisadores japoneses redefiniu este princípio, trazendo novidades sobre uma antiga questão da física quântica e abrindo portas para novas fronteiras na teoria quântica (KURAMOCHI, 2023).
O Princípio da Incerteza de Heisenberg, formulado pelo físico alemão Werner Heisenberg em 1925, postula que há um limite inerente para a precisão com que podemos medir simultaneamente a posição e a quantidade de movimento de uma partícula quântica.
Em termos simples, quanto mais precisamente medimos a posição de uma partícula, menos precisamente podemos determinar sua quantidade de movimento, e vice-versa.
Este conceito revolucionário foi elaborado quando Heisenberg, que na época estava doente, buscava entender o modelo atômico de Bohr.
Agora, essa abordagem quântica foi aprimorada por Yui Kuramochi, da Universidade de Kyushu, e Hiroyasu Tajima, da Universidade de Electro-Communications, no Japão.
Seu estudo não apenas reafirma o Princípio da Incerteza, mas estende seus limites ao considerar observáveis contínuas e ilimitadas, como a posição de uma partícula.
Os resultados apresentados pelos pesquisadores resolvem uma questão que persiste há décadas, destacando que a precisão na medição da posição de uma partícula não pode ser atingida de forma arbitrária, mesmo sem medir o movimento.
Em outras palavras, a própria posição da partícula não pode ser medida com precisão ilimitada, desde que usemos medições naturais que satisfaçam a conservação do momento.
A chave para essa descoberta reside na aplicação do teorema Wigner-Araki-Yanase (WAY), que originalmente se aplicava apenas a quantidades observáveis discretas e limitadas, como o spin de partículas.
A ousadia de Kuramochi e Tajima foi estender esse teorema para abranger quantidades observáveis contínuas e ilimitadas, como a posição de uma partícula em um sistema quântico.
O estudo aponta para aplicações práticas em campos como a óptica quântica, onde as novas extensões do teorema podem ter impacto significativo.
Além disso, sugere que a teoria quântica pode apresentar limites inesperados quando aplicada a observáveis que não podem ser representados por quantidades discretas.
O cerne da descoberta é a introdução do conceito de “operador ilimitado”, representando quantidades físicas que podem assumir valores infinitamente grandes.
Isso desafia nossa compreensão convencional da medição quântica e redefine os limites do que podemos conhecer sobre o estado de uma partícula em termos de posição e momento.
No entanto, como em qualquer avanço científico, novas perguntas surgem.
O estudo destaca que ainda há questões em aberto, como a generalização do teorema WAY original para observáveis conservadas ilimitadas e a aplicabilidade dessas descobertas em estados energeticamente restritos.
Essa pesquisa não apenas expande nossos horizontes no reino quântico, mas também desafia os limites da nossa compreensão da natureza fundamental da realidade.
À medida que exploramos essas novas fronteiras, é possível que mais revelações surpreendentes sobre o tecido do universo aguardem aqueles que se aventuram nos reinos da física quântica.
O Princípio da Incerteza de Heisenberg, uma vez mais, revela-se como um guia para explorar os mistérios mais profundos da matéria e da energia no cosmos.
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Referências
KURAMOCHI, Yui; TAJIMA, Hiroyasu. Wigner-Araki-Yanase theorem for continuous and unbounded conserved observables. Physical Review Letters, v. 131, n. 21, p. 210201, 2023. Disponível em: <link>. Acesso em: 25 dez 2023.
Cite-nos
SANTOS, Fábio. Físicos quânticos agora tem mais certeza sobre a incerteza quântica. Ciência Mundo, dez 2023. Disponível em: . Acesso em: 05 maio 2024.
Graduado em Sistemas de Informação pela FEUC-RJ e mestre em Representação de Conhecimento e Raciocínio pela UNIRIO. Fábio é editor e fundador do portal Ciência Mundo. É dedicado à produção de conteúdos relacionados a astronomia, física, arqueologia e inteligência artificial.
