Estudantes que aprendem mecânica quântica aprendem a equação de Schrodinger e como resolvê-la para obter uma função de onda. Mas um passo crucial é pulado porque tem intrigado cientistas desde os primeiros dias — como o mundo real e clássico emerge, frequentemente, de um grande número de soluções para as funções de onda?

Cada uma dessas funções de onda tem sua forma individual e nível de energia associado , mas como a função de onda "colapsa" no que vemos como o mundo clássico — átomos, gatos e macarrão de piscina flutuando na piscina morna de um hotel decadente em Las Vegas que sedia uma convenção de empresários de ressaca tentando vender ao mundo uma ratoeira melhor?

Em um nível mais alto, isso é controlado pela "regra de Born" — o postulado de que a densidade de probabilidade de encontrar um objeto em um local específico é proporcional ao quadrado da função de onda naquela posição.

Erwin Schrödinger inventou seu famoso felino como uma forma de amplificar as consequências da função de onda em colapso — um evento simples, como um evento quântico de decaimento radioativo de um núcleo atômico, de alguma forma se traduz no gato macroscópico na caixa estando, vivo ou morto. (Essa transição misteriosa, talvez apenas teórica, é chamada de Corte de Heisenberg.)

A mecânica quântica tradicional diz que a qualquer momento o gato se torna vivo ou morto quando a caixa é aberta e o estado do gato é "medido". Antes disso, o gato está, em certo sentido, vivo e morto — ele existe em uma superposição quântica de cada estado. É somente quando a caixa é aberta e seu interior é visto que a função de onda do gato entra em colapso em um estado definido de estar vivo ou morto.

Nos últimos anos, os físicos têm olhado para esse processo mais profundamente para entender o que está acontecendo. Modificar a equação de Schrödinger teve apenas sucesso limitado.

Outras ideias além da interpretação de Copenhague descrita acima, como a teoria da onda piloto de De Broglie-Bohm e a interpretação de muitos mundos da mecânica quântica, estão recebendo mais atenção.

Agora, uma equipe de teóricos quânticos da Espanha usou simulações numéricas para mostrar que, em grandes escalas, características do mundo clássico podem emergir de uma ampla classe de sistemas quânticos. O trabalho deles foi publicado no periódico Physical Review X .

"A física quântica está em desacordo com nossa experiência clássica no que diz respeito ao comportamento de elétrons, átomos ou fótons individuais", disse o autor principal Philipp Strasberg, da Universidade Autônoma de Barcelona.

"No entanto, se ampliarmos o zoom e considerarmos quantidades grosseiras que nós, humanos, podemos perceber (por exemplo, a temperatura do nosso café da manhã ou a posição de uma pedra), nossos resultados indicam que os efeitos de interferência quântica, que são responsáveis pelo comportamento quântico estranho, desaparecem."

A descoberta deles sugere que o mundo clássico que vemos pode emergir da imagem de muitos mundos da mecânica quântica , onde muitos universos existem no mesmo ponto no espaço-tempo e onde um número potencialmente enorme de mundos se ramifica do nosso toda vez que uma medição é feita.

Como uma analogia grosseira, imagine uma bolsa de banho cheia de água. Faça furos na bolsa e a água — que dentro da bolsa é uma grande coleção de moléculas frequentemente colidindo e se movendo em direções aleatórias — fluirá para fora em fluxos quase sempre suaves. Isso é semelhante a como a confusão complicada de um sistema quântico, no entanto, aparece no mundo clássico como algo que reconhecemos e com o qual nos sentimos familiarizados.

Mas um problema técnico permaneceu com o retrato de muitos mundos: como reconciliamos os muitos universos com a experiência clássica que temos dentro do nosso universo único? Afinal, nunca vemos gatos em uma superposição de vivos e mortos. A priori, como podemos falar de outros universos ou mundos ou ramificações em qualquer sentido significativo?

Em seu artigo, Strasberg e coautores escrevem: "Falar de mundos ou histórias diferentes se torna significativo se pudermos raciocinar sobre seu passado, presente e futuro em termos clássicos".

Os coautores tentaram resolver esse problema de uma nova maneira. Enquanto trabalhos anteriores trouxeram a ideia de decoerência quântica — onde os objetos que vemos surgem das muitas superposições de um sistema quântico quando ele interage com seu ambiente. Mas essa abordagem tem um problema de ajuste fino — ela só funciona para tipos específicos de interações e tipos de funções de onda iniciais.

Em contraste, o grupo mostrou que um conjunto estável e autoconsistente de características emerge do intervalo de muitas evoluções possíveis de uma função de onda (com muitos níveis de energia) em escalas observáveis e não microscópicas. Esta solução não tem um problema de ajuste fino, funciona para uma ampla escolha de condições iniciais e os detalhes das interações entre os níveis de energia.

"Em particular", disse Strasberg ao Phys.org, "nós fornecemos evidências claras de que esse desaparecimento [dos efeitos de interferência quântica] acontece extremamente rápido — para ser preciso: exponencialmente rápido — com o aumento do tamanho do sistema. Ou seja, até mesmo alguns átomos ou fótons podem se comportar classicamente. Além disso, é um fenômeno genérico e onipresente que não requer nenhum ajuste fino: o surgimento de um mundo clássico é inevitável."

O grupo simulou numericamente a evolução quântica para até cinco passos de tempo e até 50.000 níveis de energia para sistemas quânticos não triviais. Embora essa evolução ainda seja pequena em comparação com o que será necessário para simular fenômenos clássicos cotidianos, ela é muito maior do que qualquer trabalho anterior.

Eles consideraram uma ampla gama de escolhas da função de onda inicial e de forças de acoplamento e descobriram que existe aproximadamente a mesma estrutura em larga escala de ramos estáveis — o surgimento de uma estrutura macroscópica estável e de evolução lenta.

"Notavelmente, também demonstramos explicitamente que mundos clássicos interessantes podem emergir de um sistema quântico que está, no geral, em equilíbrio termodinâmico. Embora seja muito improvável que esse seja o caso em nosso universo, ele demonstra, no entanto, que ordem, estrutura e uma flecha do tempo podem emergir em ramos únicos de um Multiverso quântico, que, no geral, parece caótico, desestruturado e com simetria temporal."

Relacionando seu trabalho à mecânica estatística, onde características macroscópicas como temperatura e pressão emergem de uma mistura de partículas em movimento aleatório, o grupo descobriu que alguns ramos levam a mundos onde a entropia aumenta e outros a mundos onde a entropia diminui. Tais mundos teriam setas entrópicas opostas de tempo.