A mecânica quântica é um ramo da física que explica como a matéria e a energia se comportam na escala atômica e subatômica. Desenvolvida no início de 1900 por pioneiros como Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger, tornou-se uma das teorias científicas de maior sucesso já desenvolvidas.
A teoria descreve com precisão uma ampla gama de fenômenos microscópicos. Estes incluem o famoso experimento de fenda dupla, onde as partículas também exibem comportamento semelhante a uma onda, e o tunelamento quântico, onde as partículas têm o potencial de cruzar uma barreira mesmo quando não têm energia suficiente para atravessá-la no sentido clássico. Outros efeitos quânticos importantes, como o emaranhamento e a coerência, constituem agora a base das tecnologias emergentes, incluindo a computação quântica e a comunicação quântica.
Os números complexos são realmente essenciais?
Durante décadas, a mecânica quântica baseou-se em números complexos, que combinam um elemento real com um elemento imaginário. Na descrição matemática de um estado quântico, a parte real representa a amplitude, enquanto a parte imaginária representa a fase. Esta estrutura há muito é considerada essencial para descrever muitos processos quânticos.
No entanto, os físicos continuam a debater se os números complexos são realmente uma parte fundamental da natureza ou apenas uma ferramenta matemática conveniente. Esta questão leva naturalmente a outra: a mecânica quântica pode ser formulada usando apenas números reais?
Revisitando uma hipótese quântica chave
Um estudo de 2021 concluiu que os números complexos são essenciais de acordo com os Postulados Padrão da Mecânica Quântica (Renu et al., Nature 600, 625 (2021)) resultados experimentais também apoiaram essa conclusão.
Pesquisadores da Universidade Heinrich Heine Düsseldorf (HHU) e do Centro Aeroespacial Alemão (DLR), liderados pela professora Dagmar Brus e pelo pesquisador doutorando Pedro Barrios Hita, decidiram dar uma nova olhada nas suposições por trás desse trabalho anterior.
Um novo estudo publicado em Carta de revisão físicaEles descobriram que um postulado utilizado na análise de 2021 era mais restritivo do que o necessário. Ao substituí-la por uma abordagem diferente, fisicamente inspirada, para descrever como os sistemas quânticos se unem, eles identificaram uma família de teorias que podem ser totalmente expressas com números reais, mas são experimentalmente indistinguíveis da mecânica quântica convencional.
O professor Bruce disse: “Isso significa que ambas as estruturas fornecem previsões idênticas para qualquer experimento concebível. Nesta estrutura, os números imaginários não são fundamentalmente necessários na mecânica quântica e podem ser substituídos por fórmulas alternativas usando números reais.”
