A palavra "Natureza" é um termo muito amplo. Pode ser usado para se referir a coisas muito diferentes. Por exemplo, um predador caçando uma presa é uma manifestação da natureza, um vulcão em erupção (ou não) faz parte da natureza, o ciclo climático, o movimento das placas tectônicas, a biodiversidade do planeta, os recursos minerais, as formas de relevo, as constelações, as estrelas, etc. são o tipo de coisa que vem à mente quando se refere ao termo “natureza” .
Depois, há a natureza que não ocorre naturalmente.
O mundo artificial criado pelo homem também faz parte da natureza. O sistema de ar condicionado do meu quarto, a fonte de energia elétrica, o aparelho no qual estou escrevendo este post, e a internet onde espero compartilhar meus pensamentos com vocês, também fazem parte da natureza.
Para o naturalista por aí, as coisas feitas pelo homem podem não ser tão majestosas e santas quanto as feitas por Deus. Para o físico, por outro lado, as coisas feitas por Deus e as coisas feitas pelo homem são todas feitas da mesma matéria. O predador e o teclado são feitos de átomos, e o predador caçando a presa e o teclado digitando uma letra são manifestações das mesmas leis da natureza. Essas leis da natureza apresentam alguns mistérios à medida que nos aprofundamos nos blocos de construção da matéria e da energia. Esses blocos de construção podem ser convenientemente chamados de quanta. Discutiremos isso mais adiante.
Natureza no nível “quântico” mais básico
A natureza no nível de blocos de construção de matéria e energia é muito diferente de como a experimentamos em nossa vida cotidiana. Em nossa vida cotidiana, experimentamos que uma bola lançada em direção a uma parede vai bater na parede e quicar de volta. Com prática e mais experiência, podemos prever onde a bola vai bater na parede. Esse determinismo é a marca registrada do mundo ao nosso redor e desaparece quando abordamos a natureza em seu nível mais básico.
Uma bola quântica lançada contra uma parede pode ou não ricochetear. Pode ser apenas um túnel através da parede. Mesmo que ele se recupere, não há como saber onde ele atingirá a parede. Este é um mistério da natureza.
A natureza procura esconder a informação no nível mais fundamental.
Blocos de construção de matéria e energia
Vejamos os exemplos da bola quântica discutidos acima --- os blocos de construção de matéria e energia. Os blocos de construção da matéria são os átomos. Eles próprios são feitos de partículas subatômicas. O mais interessante é o elétron. Os elétrons em movimento constituem a corrente elétrica com a qual todos estamos familiarizados (Ela faz funcionar todos os nossos aparelhos elétricos e eletrônicos). Um único elétron disparado em direção a uma placa carregada negativamente é um exemplo de uma bola quântica atingindo a parede.
Os blocos de construção da energia (para nosso propósito hoje) são os fótons. Estes são um pouco difíceis de explicar, mas um entendimento prático é tudo o que precisamos para seguir o argumento.
Olhe para a fonte de luz em seu quarto. A luz que vem em sua direção consiste basicamente em um grande número de fótons. Quanto mais brilhante a luz, mais abundantes são os fótons. Se você reduzir a intensidade da luz, por exemplo, colocando uma tela à sua frente, reduz o número de fótons que chegam até você. As coisas que vemos são por causa dos fótons que atingem nossos olhos --- emitidos diretamente ou espalhados por essas coisas (há também uma parte da visão que realmente não vemos e apenas cozinhamos em nossos cérebros. Essa é a história de outro mistério).
Interações entre blocos de construção
As interações entre os blocos de construção da matéria e da energia são simples. Um átomo pode absorver um fóton e entrar no estado de energia excitado. Mais tarde, ele pode emitir essa energia e voltar ao seu estado fundamental preferido. Essa simples troca de energia está no centro de uma técnica que identifica exclusivamente todos os elementos do universo e tem sido usada com eficiência por cientistas nos últimos 200 anos.
O mistério
O mistério envolvido na simples troca de energia é que a natureza não permite saber quando um átomo vai absorver o fóton . Se houver um monte de átomos, não podemos saber qual deles irá absorvê-lo . Uma vez que um átomo entra no estado excitado, não sabemos quando ele emitirá luz para voltar ao estado fundamental . Não podemos saber em que direção o fóton emitido irá . Não podemos saber qual átomo ele excitará a seguir.
As perguntas aparentemente simples tendem a ser segredos profundamente guardados da natureza.
A resposta da natureza a todas as perguntas acima é a seguinte: “ Deus jogará um dado e uma saída aleatória será selecionada ”. Essa aleatoriedade é o mistério da natureza. A natureza no nível quântico representa uma dança entre os átomos e os fótons, e nunca nos é permitido saber o próximo passo. Este é um dos mistérios mais secretamente guardados da natureza e uma limitação fundamental ao nosso conhecimento.
Longe desse nível profundo, a natureza não tem problemas com a descoberta de seus segredos. Ele nos permitiu ouvir os sussurros do universo que foram proferidos há mais de um bilhão. Recentemente, permitiu-nos olhar para a luz inicial do universo. Mas há problemas se perguntarmos qual fóton veremos a seguir. Se você acha um pouco desconfortável, então você não está sozinho. Este estado de coisas perturbou algumas das nossas melhores mentes .
Permanecemos inconscientes do mistério porque raramente testemunhamos eventos quânticos individuais. Sempre experimentamos uma coleção tão grande desses eventos acontecendo tão rápido que a dança subjacente e o mistério são completamente mascarados. No entanto, existem maneiras de explorar e apreciar o mistério.
Um experimento de pensamento
Imagine-se em uma sala bem iluminada com mais algumas pessoas. Vocês podem concordar com tudo o que veem na sala, incluindo a cor da luz. Tomamos a cor da luz como branca para ser mais dramática. Agora vem a primeira surpresa.
Não há fótons brancos.
A cor branca que você vê é a maneira do seu cérebro lidar com um enorme número de fótons de cores diferentes. “Quão enorme é esse número?” pode ser facilmente pesquisado no Google ou lido em outro post .
Agora vamos desacelerar as coisas. Imagine que reduzimos a intensidade da luz. Isso diminuirá o número de fótons disponíveis, a sala ficará mais escura e será difícil distinguir as cores. Esta é uma limitação da nossa visão. Nossos olhos não foram projetados para ver as cores no escuro. Os receptores de visão noturna em nossos olhos são diferentes daqueles que usamos durante o dia. No entanto, podemos superar essa limitação fingindo que temos pessoas com uma visão excepcionalmente boa (afinal, isso é um experimento mental).
Se continuarmos reduzindo a intensidade da luz, chegaremos a um ponto em que apenas alguns fótons serão emitidos pela fonte por vez (fontes de fóton único estão disponíveis comercialmente). Nesse ponto, estará escuro como breu e o mistério se revelará.
A fonte continuará emitindo fótons --- um de cada vez, mas nem todos esses fótons chegarão aos olhos das pessoas na sala. Na maioria das vezes, eles não relatam nenhuma luz. De vez em quando, alguém na sala relata uma pequena faísca de luz. Toda vez que isso acontecer, ele estará sozinho para denunciar. Ninguém mais na sala vai ver. Duas pessoas nunca irão relatar a mesma faísca. Quando você vir a faísca, ninguém mais na sala poderá vê-la e, quando outra pessoa a vir, você não poderá vê-la. Um único fóton pode ir para qualquer lugar da sala, mas só pode ser visto por um único indivíduo (um receptor em apenas um olho).
Além disso, a cor da centelha nunca será branca simplesmente porque não há fótons brancos. Cada vez que a luz é emitida, ela terá uma cor diferente, podendo ser vermelha, verde ou azul. Cada vez que uma pessoa relata a faísca de luz, ela relata uma cor diferente. Cada evento agora será uma experiência subjetiva diferente.
Se você visualizar o cenário discutido acima, poderá apreciar a dança quântica que a natureza está tocando. Agora, aqui está algo para confundir seu senso de realidade.
A dança quântica está acontecendo agora na frente de todos nós.
O cenário discutido no experimento mental acima é a realidade que está acontecendo agora na frente de todos nós. A parte da luz que você está vendo agora não pode ser vista por nenhuma outra pessoa. A outra pessoa vê a outra parte da luz. A única coisa é que temos tanta luz disponível que todas as experiências subjetivas se fundem em uma realidade objetiva. Em nosso experimento, se restaurarmos a luz à sua intensidade normal, a dança quântica desaparecerá e todos começarão a relatar novamente a luz “branca”.
O mistério nu da natureza
O mistério tem seus usos. A aleatoriedade e o indeterminismo que se seguem podem nos ajudar a encontrar uma explicação satisfatória para o livre-arbítrio. Podemos ser capazes de resolver o antigo debate sobre o surgimento da vida no planeta e nossa existência. Podemos criar novas filosofias à luz de como a natureza se comporta no nível mais fundamental .
A dança quântica aleatória acontecendo na natureza no nível mais básico é um mistério nu. É um mistério porque a natureza nunca nos permite adivinhar o próximo passo, e é nu porque a dança está acontecendo na frente de todos nós o tempo todo.
Obrigado por ler o post. Espero que você tenha gostado. Você pode ler mais sobre a teoria quântica (em uma descrição não técnica) aqui .
