Para começar, imagine uma parede com duas fendas. Imagine jogar bolas de tênis na parede. Alguns irão ricochetear na parede, mas alguns irão passar pelas fendas. Se houver outra parede atrás da primeira, as bolas de tênis que passaram pelas fendas irão acertá-la. Se você marcar todos os pontos onde a bola atingiu a segunda parede, o que espera ver? Isso mesmo. Duas tiras de marcas aproximadamente do mesmo formato das fendas.
Na imagem abaixo, a primeira parede é mostrada de cima e a segunda parede é mostrada de frente.
O padrão que você obtém das partículas.
Agora imagine brilhar uma luz (de uma única cor, isto é, de um único comprimento de onda) em uma parede com duas fendas (onde a distância entre as fendas é aproximadamente igual ao comprimento de onda da luz). Na imagem abaixo mostramos a onda de luz e a parede vista de cima. As linhas azuis representam os picos da onda. À medida que a onda passa por ambas as fendas, ela essencialmente se divide em duas novas ondas, cada uma se espalhando a partir de uma das fendas. Essas duas ondas interferem uma na outra. Em alguns pontos, onde um pico encontra um vale, eles se anularão. E em outros casos, onde o pico encontra o pico (é onde as curvas azuis se cruzam no diagrama), elas se reforçarão. Os locais onde as ondas se reforçam proporcionam a luz mais brilhante. Quando a luz encontra uma segunda parede colocada atrás da primeira, você verá um padrão listrado, chamado padrão de interferência . As listras brilhantes vêm das ondas que se reforçam.
Um padrão de interferência.
Aqui está uma imagem de um padrão de interferência real. Existem mais listras porque a imagem captura mais detalhes do que nosso diagrama. (Para sermos corretos, deveríamos dizer que a imagem também mostra um padrão de difração , que você obteria de uma única fenda, mas não entraremos nisso aqui e você não precisa pensar nisso.)
Imagem: Jordgette , CC BY-SA 3.0 .
Agora vamos entrar no reino quântico. Imagine disparar elétrons contra nossa parede com as duas fendas, mas bloqueie uma dessas fendas por enquanto. Você descobrirá que alguns dos elétrons passarão pela fenda aberta e atingirão a segunda parede, assim como fariam as bolas de tênis: os pontos onde eles chegam formam uma faixa aproximadamente do mesmo formato da fenda.
Agora abra a segunda fenda. Seria de esperar duas faixas retangulares na segunda parede, como acontece com as bolas de tênis, mas o que você realmente vê é muito diferente: os pontos onde os elétrons atingem aumentam para replicar o padrão de interferência de uma onda.
Aqui está uma imagem de um experimento real de dupla fenda com elétrons. As imagens individuais mostram o padrão que você obtém na segunda parede à medida que mais e mais elétrons são disparados. O resultado é um padrão de interferência listrado.
Imagem: Dr. Tonomura e Belsazar , CC BY-SA 3.0
Como isso pode ser?
Uma possibilidade pode ser que os elétrons interfiram de alguma forma uns com os outros, de modo que não cheguem aos mesmos lugares que chegariam se estivessem sozinhos. Contudo, o padrão de interferência permanece mesmo quando você dispara os elétrons um por um, de modo que eles não têm chance de interferir. Estranhamente, cada elétron individual contribui com um ponto para um padrão geral que se parece com o padrão de interferência de uma onda.
Será que cada elétron de alguma forma se divide, passa por ambas as fendas ao mesmo tempo, interfere consigo mesmo e depois se recombina para encontrar a segunda tela como uma partícula única e localizada?
Para descobrir, você pode colocar um detector perto das fendas, para ver por qual fenda um elétron passa. E essa é a parte realmente estranha. Se você fizer isso, o padrão na tela do detector se transformará no padrão de partículas de duas tiras, como pode ser visto na primeira imagem acima! O padrão de interferência desaparece. De alguma forma, o próprio ato de olhar garante que os elétrons viajem como bolinhas de tênis bem comportadas. É como se eles soubessem que estavam sendo espionados e decidissem não ser pegos no ato de realizar estranhas travessuras quânticas.
O que o experimento nos diz? Sugere que o que chamamos de “partículas”, como os elétrons, de alguma forma combinam características de partículas e características de ondas. Essa é a famosa dualidade onda-partícula da mecânica quântica. Também sugere que o ato de observar, de medir, um sistema quântico tem um efeito profundo no sistema. A questão de como exatamente isso acontece constitui o problema de medição da mecânica quântica.
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