Amigo de Wigner: o experimento de pensamento quântico que continua a confundir – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-caption="Mistério quântico Em 1961, Eugene Wigner imaginou um amigo fazendo um experimento em um laboratório enquanto esperava do lado de fora. O paradoxo é que Wigner e o amigo preveem resultados diferentes, mas ambos estão certos. (iStock/Floriana)”>

O mundo quântico fornece material fértil para experimentos mentais que parecem tão estranhos, mas verdadeiros, que desafiam a lógica. Um dos mais notórios é o “amigo de Wigner”, que desafia físicos e filósofos desde que foi primeiro concebido pelo físico húngaro-americano Eugene Wigner. Ele publicou o experimento mental em um livro de 1961 editado pelo matemático Irving bom intitulado O cientista especula: uma antologia de ideias parcialmente elaboradas.

O experimento mental de Wigner é uma versão mais humana do experimento mental menos complexo, mas mais famoso, de Schrödinger, um quarto de século antes, que envolveu um gato dentro de uma caixa cujo destino depende de um evento quântico. Dentro da caixa, o gato de Schrödinger está vivo ou morto, enquanto para alguém de fora, o gato permanece vivo e morto; está em uma “superposição”. A situação bizarra só desaparece quando a tampa da caixa se abre.

A configuração do experimento mental de Wigner é surpreendentemente simples. Wigner e seu amigo estão interessados ​​no resultado de um experimento específico, digamos, preparar um bit quântico (qubit) cujo resultado de medição será 0 ou 1. O amigo entra em um laboratório e configura o equipamento, enquanto Wigner permanece do lado de fora. Cada um é totalmente versado no formalismo quântico.

Contra-intuitivamente, suas previsões diferem. O amigo de Wigner – o experimentalista – prepara o qubit com uma superposição de estados e prevê que o estado final será 0 com 50% de probabilidade, ou 1 com 50% de probabilidade. Wigner, por outro lado, está isolado do amigo. Usando um único estado quântico em superposição para descrever seu amigo mais o conteúdo do laboratório, Wigner prevê que o sistema permanecerá em superposição com 100% de probabilidade.

Wigner mantém essa previsão mesmo acreditando que seu amigo terminou o experimento. De acordo com a mecânica quântica, Wigner não consegue separar o amigo do resto do conteúdo do laboratório. Wigner deve, portanto, perguntar ao seu amigo para obter informações sobre o estado quântico do amigo. Então, quem tem a resposta certa: Wigner ou seu amigo?

Ambos estão certos

A resposta é que ambas as probabilidades estão corretas – do ponto de vista de cada indivíduo. Seus dois usos corretos da matemática fornecem previsões diferentes: Wigner prevê que o estado está 100% em superposição, enquanto o amigo prevê que o resultado da medição do qubit é 1 ou 0. Essencialmente, o experimento mental de Wigner diz que o que é verdadeiro depende de onde você está.

Mas se assumirmos que as probabilidades descrevem o mesmo “conjunto de factos” – e que há algo que é verdadeiro do ponto de vista de todos – então estas previsões estão em conflito. O próprio Wigner, e muitos que o seguiram, consideraram paradoxal que o formalismo quântico fornecesse duas previsões diferentes para o mesmo estado de coisas. Eles acreditavam que a objetividade exige que os observadores caracterizem os fatos da mesma maneira, independentemente de sua posição.

O que faz este cenário parecer paradoxal, contudo, é a sua confiança em pressupostos clássicos ocultos. Uma suposição é que Wigner está certo e seu amigo errado (ou vice-versa) porque ambos estão, em última análise, modelando o resultado da medição do qubit do amigo. Mas suponhamos que as suas previsões diferentes signifiquem que os dois estão a modelar sistemas diferentes. Wigner está modelando o ambiente amigo-qubit-lab, enquanto seu amigo modela apenas o qubit.

Numa situação clássica, Wigner e seu amigo poderiam ter as mesmas probabilidades de prever o resultado de um lançamento de moeda. Mesmo que Wigner estivesse, digamos, atrás de uma cortina, ele não teria que tratar o amigo que jogava a moeda como estando em superposição. Na situação quântica, entretanto, Wigner não pode destacar e isolar as probabilidades apenas para a moeda. Pode muito bem não haver “moeda” para Wigner – não há uma coisa entre outras numa sala cheia de objetos.

Mas voltando ao experimento mental de Wigner. O que acontece quando a porta do laboratório se abre e Wigner e seu amigo podem falar sobre suas previsões? Os dois discordaram, mas agora parece que concordam sobre o estado final do qubit. Parece que as suas descrições anteriormente inconsistentes de um único estado de coisas convergiram para um só.

Mas não é isso que acontece. Pelo contrário, as novas informações de Wigner não repudiam a sua previsão inicial. O formalismo quântico indica que Wigner e seus amigos tinham descrições consistentes para dois estados de coisas diferentes. Isso só parece paradoxal se cedermos à nossa intuição e assumirmos que sempre foi o mesmo sistema para Wigner e seu amigo.

O momento ansiosamente aguardado em que Wigner e o seu amigo partilham as suas descobertas, então, não é a resolução do paradoxo, mas o que acontece depois de a situação paradoxal já ter terminado. Wigner tinha o seu formalismo correto e o amigo o deles.

Wigner, e muitos dos que o seguiram, ficaram incomodados com o fato de que poderia haver duas pessoas usando os mesmos métodos no mesmo experimento, chegando a duas descrições corretas, dependendo se uma delas estava dentro ou fora do laboratório. Nossa intuição clássica é que o sistema é o mesmo para todos. A mecânica quântica nos leva a pensar que podemos ter sistemas diferentes sem que haja inconsistência ou ser objetivos sem precisar tornar todas as nossas descrições idênticas.

O ponto crítico

Os teóricos da informação quântica transformaram o amigo de Wigner em um poderoso conjunto de experimentos mentais para testar a plausibilidade das suposições físicas que fazemos quando compartilhamos informações. Esses elaborados experimentos mentais envolvem vários participantes em vários laboratórios, estados quânticos emaranhados entre amigos e experimentos de fótons emaranhados na vida real para esclarecer quais são as nossas suposições clássicas.

Existe uma bifurcação no caminho, clássica ou quântica? Manter a interpretação clássica que diz que o amigo de Wigner envolve duas descrições inconsistentes de um estado de coisas produz paradoxos. A perspectiva quântica implica que há descrições de dois estados de coisas diferentes. A primeira é intuitiva mas acaba em contradição, a outra é menos intuitiva, mas consistente. Amizade quântica significa nunca ter que pedir desculpas pelo uso do formalismo.

Robert P Crease é professor (clique no link abaixo para ver a biografia completa), Jennifer Carter é palestrante e Gino Elias é estudante de doutorado, todos no Departamento de Filosofia da Stony Brook University, EUA.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/