CONSIDERAÇÕES SOBRE O PARADOXO DO AMIGO DE WIGNER

Celso Luis Levada

Professor aposentado da Academia da Força Aérea

RESUMO

Segundo a interpretação de Copenhague, o colapso de uma função de onda ocorre quando o sistema é observado. Para testar esta propriedade Wigner propôs um experimento mental que, em resumo, discute o que aconteceria ao aplicar a mecânica quântica a um observador que está sendo observado num laboratório. Premeditadamente, Wigner (W) está ausente da sala onde o experimento é realizado, pedindo ao amigo (A) para fazer a observação. Depois de algum tempo, Wigner entra no laboratório e pergunta o que aconteceu. Seu amigo diz que ele realizou um experimento, mas não revela o resultado do experimento. De acordo com o amigo de Wigner, ele colapsou a função de onda do objeto que mediu. No entanto, segundo Wigner, o objeto ainda está em um estado de superposição. Isso é conhecido como paradoxo do amigo Wigner.

Palavras chaves: Wigner, paradoxo, mecânica quântica, observador

ABSTRACT

According to the Copenhagen interpretation, the collapse of a wave function occurs when the system is observed. To test this property Wigner proposed a mental experiment that, in short, discusses what would happen when applying quantum mechanics to an observer being observed in a laboratory. Premeditatedly, Wigner (W) is absent from the room where the experiment is performed, asking friend (A) to make the observation. After a while, Wigner enters the laboratory and asks what happened. Your friend says that he performed an experiment, but does not reveal the result of the experiment. Wigner knows that his friend performed the experiment, but he does not know the results. According to Wigner’s friend, he collapsed the wave function of the object he measured. However, according to Wigner, the object is still in a state of superposition. This is known as the friend Wigner paradox.

Keywords : Wigner, paradox, quantum mechanics, observer

INTRODUÇÃO

Um dos problemas filosóficos mais difíceis que surgem da ciência contemporânea é o problema de realidade quântica. Esse problema pergunta: o que está acontecendo na realidade física subjacente à previsões da mecânica quântica? É amplamente aceito que os sistemas mecânicos quânticos são descritível por uma função de onda. A função de onda não precisa especificar propriedades definidas para um sistema: em vez disso, pode especificar que o sistema está em uma superposição de muitos valores diferentes para posição, momento e outras propriedades. Quando se mede essas propriedades, no entanto, um sempre obtém um resultado definido. Em uma imagem comum, a função de onda é guiada por dois princípios separados. Primeiro, há um processo de evolução de acordo com a equação de Schrödinger, que é linear, determinístico e constantemente em andamento. Segundo, há um processo de colapso na um estado definido, que não é linear, não determinístico e acontece apenas em certas ocasiões de medição. Em outras palavras diríamos que na mecânica quântica padrão, postula-se que, quando a função de onda de um sistema quântico é medida, ele não segue mais a equação de Schrödinger, mas aleatoriamente entra em colapso em uma das funções de onda que correspondem a resultados de medição definidos. Ou seja, podemos dizer que o colapso da função de onda também conhecido como redução do pacote de ondas, descreve a mudança de um sistema, inicialmente com todos estados quânticos possíveis para apenas um desses estados. Em geral o colapso é causado por uma medição e, portanto, dependente do papel do observador na preparação do experimento. Entretanto, podem ocorrer colapsos sempre que sistemas quânticos interagem, por exemplo, como colisões entre partículas, ou mesmo espontaneamente como no decaimento radioativo. A alegação de que um observador é necessário para colapsar a função de onda introduziu um elemento analista da teoria quântica. Isto é, nada acontece no universo, exceto quando os físicos estão fazendo medições. A questão do observador na mecânica quântica refere-se ao sistema ou mecanismo físico externo, que, quando interagido com o sistema quântico isolado. Através desta interação reduz-se as funções de onda de seus observáveis para valores quantitativos definidos. Eles podem ser extraídos através do mesmo sistema havendo uma máquina, ou um ser consciente para percebê-los. Segundo PESSOA JR, os pesquisadores concluíram que a função de onda colapsa, quando um observador consciente vai olhar o estado do instrumento de medição. Isto sugere que a consciência humana pode ser responsável pela quebra do padrão de interferência: seria a consciência do observador que causaria o colapso da onda, forçando a partícula a assumir um estado e uma trajetória definida.

PAPEL DA CONSCIÊNCIA NO COLAPSO DA FUNÇÃO DE ONDA

A ideia de que a consciência humana causaria o colapso de uma partícula surgiu na década de 1930, quando alguns consideravam eminente o surgimento de uma revolução científica na biologia e na psicologia, assim como aconteceu na física. Segundo Max Jammer⁽⁴⁾ , foi o matemático húngaro John von Neumann, em 1932, que apresentou a ideia de que a consciência humana causaria o colapso da função de onda de uma partícula. De acordo com a interpretação de Neumann um resultado definitivo de medição da função de onda é realizado ao ser percebido experimentalmente pela consciência não física. O argumento de Von Neumann é apresentado no capítulo 6 de seu livro de 1932, Mathematics Foundations of Quantum Mechanics. Von Neumann entendeu que, assumindo que as leis da mecânica quântica são aplicáveis a toda a matéria, elas se aplicam a dispositivos de medição de materiais, bem como a sistemas quânticos. Como resultado, uma superposição de estados de um sistema quântico não pode ser reduzida a apenas um resultado de medição pela interação com um dispositivo de medição. Em vez disso, o dispositivo de medição, como resultado da interação com o sistema quântico, também evolui para uma superposição de estados. Portanto, a interação com um dispositivo de medição de material não pode reduzir a função de onda. Nem a interação com o olho físico de uma pessoa olhando para o dispositivo de medição. De acordo com essa interpretação a consciência é a responsável pelo colapso da função de onda. Existem vários problemas com essa interpretação, por exemplo, como a consciência determina quando e onde esses eventos de colapso ocorrem. Do mesmo modo existem problemas com outras interpretações, e é por isso que o problema de medição da mecânica quântica permanece uma questão em aberto.London e Bauer ⁽³⁾ lançaram um livro em 1939 intitulado The Theory of Observation in Quantum Mechanics, onde apresentam uma interpretação da teoria quântica segundo a qual a consciência humana seria responsável pelo colapso da onda quântica. Posteriormente, essa ideia ganhou o apoio de vários físicos renomados⁽⁴⁾, como Eugene Wigner, Fritz London , Freeman Dyson, e Roger Penrose.

O AMIGO DE WIGNER

Eugene Wigner, que em 1961 publicou vários artigos não especializados nos quais argumentava que a consciência humana teria um papel essencial na física quântica e que a mente ainda seria uma realidade não alcançada pela física de seu tempo. Como é habitual na ciência, alguns pesquisadores viram nisso um novo campo de pesquisa com perspectivas promissoras; outros acham que não vale a pena investir nesse caminho. O amigo de Wigner⁽⁵⁾ é o nome de um paradoxo, teoricamente proposto pelo físico e matemático húngaro Eugene Wigner, ganhador do Nobel em 1963. O amigo de Wigner é um experimento mental em física quântica teórica, concebido pela primeira vez pelo físico Eugene Wigner em 1961 e desenvolvido em um experimento mental por David Deutsch em 1985. Em resumo o experimento mental discute o que aconteceria ao aplicar a mecânica quântica a um observador que está sendo observado. O cenário envolve uma observação indireta de uma medição quântica: um observador W contempla outro observador A que realiza uma medição quântica em um sistema físico. Os dois observadores formulam uma declaração sobre o estado do sistema físico após a medição, de acordo com as leis da teoria quântica. No entanto, na maioria das interpretações da teoria quântica, as declarações resultantes dos dois observadores se contradizem. A questão central é o instante do colapso da função de onda. Segundo a interpretação de Copenhague, o colapso da função de onda ocorre quando o sistema é observado. Então, premeditadamente, Wigner (W) está ausente da sala onde o experimento é realizado, pedindo ao amigo (A) para fazer a observação. Então, quando Wigner retornar à sala, ele poderá saber o resultado do experimento. É como se o mecanismo material fosse substituído pela consciência do amigo, o que implica que o estado do sistema é uma soma linear dos estados possíveis. Wigner⁽⁵⁾ pede que seu amigo comunique os resultados do experimento posteriormente. Seu amigo faz parte do equipamento de medição?. A onda do experimento quântico sofrerá um colapso quando o amigo o observar? Ou o amigo de Wigner será suspenso de funções vitais até que Wigner pergunte o resultado? Em outras palavras, quem escolhe, Wigner ou seu amigo. O resultado da medição foi determinado muito antes de Wigner tinha perguntado sobre isso, e o estado do sistema físico já entrou em colapso . Quando agora exatamente o colapso ocorrer? Foi quando o amigo tinha acabado a sua medição, ou quando as informações do seu resultado entrou de Wigner consciência? Parece que Wigner herdou uma visão mais subjetivista desde a década de 1930, que o colapso ocorre sempre que uma consciência interage com um sistema quântico, em concordância com London & Bauer. O físico Carlo Rovelli levou adiante uma interpretação subjetivista ou relacional, que aceita que o amigo e o cientista Wigner vivam em realidades diferentes. Isto é, para resolver o paradoxo Wigner diz que a consciência humana seria responsável pelo colapso da onda quântica. Podemos interpretar o resultado como se os dois observadores estivessem conectados, de modo que, manipulando-se o primeiro, sugestiona-se o segundo a tomar a mesma decisão. De certa forma, podemos concluir que o experimento mostra que Wigner acreditava em uma consciência cósmica única, necessária ao processo de medição, onde todos nós estamos interconectados. A partir disso, criou-se uma especulação radical segundo a qual é a mente do físico que cria toda a realidade. Usando essas controvérsias permitidas pelas variadas interpretações da mecânica quântica, Capra, Goswami e Maharishi, entre outros, propõem a existência de um Campo Universal Inteligente, uma Mente Universal, com todas as possibilidades que determinam nossa realidade.

MECÂNICA QUÂNTICA RELACIONAL

Este título corresponde a uma interpretação da mecânica quântica na qual um sistema quântico é visto como dependente do observador. Em termos específicos da palavra relacional observada no livro mecânica quântica relacional, do autor CARLO ROVELLI significa que há uma relação entre um observador e um sistema quântico. Para ele, a mecânica quântica é uma teoria sobre a descrição física de sistemas físicos em relação a outros sistemas, sendo esta é uma descrição completa do universo. A importância das relações é mais ampla do que se pode pensar inicialmente. De acordo com isso, o homem é nada mais do que uma rede de relações. Nesse caso, o relacionismo de Rovelli passa da escala quântica para a escala clássica, sendo que não há nada mais clássico que o homem. Rovelli acredita que a descrição final de um sistema, consiste num modo de aproveitar todas as interações com ele passadas e usá-las para prever o efeito de futuras interações. Para ele o universo da mecânica quântica não é de objetos e sim de eventos. DAVID MERMIN é ainda mais explícito quando afirma que as correlações são as únicas propriedades fundamentais e objetivas do mundo. Na linguagem atualizada do relacionismo de Rovelli, pode-se dizer que Heisenberg argumentou que é somente quando o elétron está interagindo com outro sistema que sua posição pode ser detectada. Quando não está interagindo, o elétron é “espalhado” por muitas posições diferentes. Ou seja, o elétron está em uma superposição quântica de várias posições diferentes. Além disso, este é um relacionismo que não inclui apenas interações com outros sistemas: ele também inclui interações com observadores humanos. MICHIO KAKU escreve que algumas pessoas, que não gostam de introduzir a consciência na física, afirmam que uma filmadora pode fazer uma observação de um elétron; portanto, as funções das ondas podem entrar em colapso sem recorrer a seres conscientes. Mas então quem deve dizer se a filmadora existe? Outra filmadora é necessária para observar a primeira filmadora e reduzir sua função de onda. Em seguida, é necessária uma terceira a para observar a segunda e uma quarta filmadora para observar a terceira, ad infinitum. Este é um exemplo concreto do problema do amigo de Wigne. Ou seja, se eu reduzir a função de onda de um elétron, o amigo terá que me observar colapsando a função de onda do elétron. Ele também precisa colapsar a função de onda do elétron, que estou colapsando. Então, um amigo do meu amigo precisará observar meu amigo para reduzir a função de onda que é meu amigo; que, por sua vez, estará colapsando a função de onda que estou colapsando. E assim por diante. KOCHEN and SPECKER mencionam que a mudança básica na estrutura clássica que defendemos consiste em abandonar a suposição de que as propriedades físicas dos sistemas em interação são absolutas. Assim, as propriedades da mecânica quântica adquirem um caráter interativo ou relacional. Ou seja, as propriedades físicas só se tornam absolutas quando eles interagem. Ou, em vez disso, podemos abandonar completamente a noção de absoluto e dizer, numa perspectiva antirrealista, que só podemos conhecer as coisas físicas quando elas interagem. E por interagir, neste caso, quer dizer que os observadores humanos, ou sistemas de observação, também estão interagindo. Portanto, se estamos lidando com o que ROVELLI chama de ocorrências, então, como consequência, também estamos lidando com relações. Ou seja,nada sabemos sobre as coisas, só nos inteiramos sobre as relações entre um sistema e outro, mas não sabemos sobre a natureza do ser. De fato, Rovelli acredita que as coisas são construídas pelo acontecimento de eventos elementares. O objeto, então, nada mais é do que os processos, ou eventos, que o constituem. Em termos de experimentos, previsões e tecnologia, isso significa que essas interpretações, em última análise, não fazem muita diferença para essas coisas. Isso também significa que pode não ser possível estabelecer conclusivamente qual interpretação da mecânica quântica é verdadeira. De fato, talvez muitas interpretações rivais sejam verdadeiras ao mesmo tempo. Ou talvez nenhuma interpretação seja verdadeira.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Uma interpretação do experimento de Wigner é que pode haver duas realidades diferentes no mesmo universo, cada realidade sendo dependente do observador ou da medição. Poderíamos colocar um terceiro elemento neste caso, o leitor. Se o leitor tentar interpretar os resultados, pode contribuir para o processo epistêmico geral. Wigner então aprende que os pensamentos de seu amigo sobre o resultado da medição já estavam na mente dele muito antes da sua pergunta. O impacto do experimento de pensamento de amigo de Wigner na discussão sobre os fundamentos da teoria quântica é destacado pelo fato de que nenhuma das diferentes interpretações da mecânica quântica ser capaz de fornecer uma explicação universalmente aceita para isto. O experimento mostra como a natureza estranha do universo permite que dois observadores, digamos, Wigner e amigo de Wigner, experimentem realidades diferentes. Desde então, os físicos usaram o experimento mental do Amigo de Wigner para explorar a natureza da medição e discutir se fatos objetivos podem existir. Isso é importante porque os cientistas realizam experimentos para estabelecer fatos objetivos. Mas se eles experimentam realidades diferentes, como eles podem concordar com o que esses fatos podem ser? O paradoxo é um argumento que Wigner usou para ilustrar o papel causal da consciência no problema de medição. A consciência era um fenômeno quântico? Por mais forçada que essa especulação possa parecer, ela foi seriamente considerada por vários pesquisadores nos últimos cinco anos. A motivação para essa abordagem é que, como a consciência é algo misterioso da mesma maneira que os fenômenos quânticos, esses dois mistérios podem ser conectados. No entanto, este estudo ainda está em um estágio embrionário da neurociência que faz uso de considerações da física quântica. É importante enfatizar que a consciência está associada a um fenômeno quântico é basicamente uma questão empírica, ainda em aberto, e que uma formulação precisa desse fato requer esclarecimentos filosóficos sobre as definições de consciência e fenômeno quântico. Alguns pesquisadores sentiram-se forçados a concluir que a objetividade era uma ilusão e que a consciência deve ter um papel ativo na teoria quântica. No contexto científico, a consciência quântica refere-se à hipótese de que processos mecânicos quânticos no cérebro geram experiência consciente. Na maioria dessas teorias, estados quânticos macroscópicos no cérebro são postulados para corresponder a estados de consciência. Em algumas dessas teorias, os momentos conscientes são postulados para corresponder mais especificamente ao “colapso da função de onda” em percepções classicamente definidas, a cada ocorrência de algum processo quântico de “medição” ou “observação”. Isso deu origem ao misticismo quântico, que é um conjunto de crenças metafísicas e práticas associadas que procuram relacionar consciência, inteligência, espiritualidade ou visões de mundo místicas às ideias da mecânica quântica e suas interpretações. O misticismo quântico é considerado pela maioria dos cientistas e filósofos como pseudociência. O misticismo quântico, no sentido de consciência que desempenha um papel na teoria quântica, apareceu pela primeira vez na Alemanha na década de 1920, quando alguns dos principais físicos quânticos, como Erwin Schrödinger e Werner Heisenberg, se inclinaram para essas interpretações de suas teorias. Outros, como Albert Einstein e Max Planck, se opuseram a essas interpretações. Na verdade este assunto é bem controvertido e divide os cientistas quânticos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

PESSOA Jr., O. Problema da medição em mecânica quântica: Um Exame Atualizado.Cadernos de História e Filosofia da Ciência, série 3, n. 2 : jul-dez 1992.
JAMMER, M. – The Philosophy of Quantum Mechanics the Interpretations of Quantum Mechanics in Historical Perspective, 1974, disponível em https://philpapers.org/rec/JAMTPO-34
WIGNER’S friend; From Wikipedia, the free encyclopedia, disponível em https://en.wikipedia.org/wiki/Wignersfriend, acesso em 13/06/2020
WIGNER, E. – Remarks on the mind-body question, disponível em informationphilosopher.com/solutions/scientists/wigner/Wigner_Remarks.pdf, acesso em 15/06/2020
YANG, J.M. Consistent Descriptions of Quantum Measurement. Foundations of Physics v.49, p.1306–1324, 2019, texto disponível em https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-019-00305-8, acesso em 15/07/2020
LONDON, F., & BAUER, E. (1939). The Theory of Observation in Quantum Mechanics. In Wheeler and Zurek, pp. 217-259,1939; Princeton, NJ: Princeton University Press. disponível em https://www3.nd.edu/~dhoward1/TheTheoryofObservationinQuantumMechanics.pdf
MCFARLANE, T. Why does consciousness collapse the wave function?, texto disponível em https://www.quora.com/Why-does-consciousness-collapse-the-wave-function, acesso em 10/07/2020
ROVELLI, C. – The Relational Quantum Mechanics, 2008 , texto disponível em https://arxiv.org/abs/quant-ph/9609002
MERMIN, N. D. – What is Quantum Mechanics trying to tell us? American Journal of Physics n. 66, p. 753-767, 1998, texto disponível em http://cds.cern.ch/record/344063/files/9801057.pdf
KAKU, M.- The Future of the Mind, 2014, Resenha feita por A. DESOUSA, disponível em https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5179617/
KOCHEN, S. AND SPECKER, E.P. (1967) The Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics. Journal of Mathematics and Mechanics, 17, 59-87. http://dx.doi.org/10.1512/iumj.1968.17.17004, texto disponível em https://www.jstor.org/stable/24902153?seq=1