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Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) conseguiram provar que Albert Einstein estava errado. Pelo menos, no que diz respeito a um famoso experimento da física quântica que tenta explicar a verdadeira natureza da luz. Eles mostraram, com precisão atômica, que não é possível ver a luz ao mesmo tempo como partícula e como onda, contrariando o que o famoso físico acreditava.
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Esse teste é conhecido como experimento da dupla fenda. Nele, um feixe de luz passa por duas aberturas paralelas antes de atingir uma tela. Se a luz fosse apenas uma partícula, o resultado seriam dois pontos claros na tela. Mas o que aparece são listras claras e escuras, como as ondas de água se encontrando – indicando que a luz também se comporta como onda.
Em poucas palavras:
- Físicos do MIT provaram que luz não pode ser partícula e onda ao mesmo tempo;
- Eles usaram átomos ultrafrios como fendas no famoso experimento da dupla fenda;
- O resultado contradiz Albert Einstein e confirma a teoria de Niels Bohr sobre o comportamento da luz;
- Ajustes na posição dos átomos mostraram que observar muda o modo de ação da luz;
- A descoberta resolve uma disputa histórica exatamente no centenário da física quântica moderna.
Os resultados do estudo foram publicados na revista Physical Review Letters. A pesquisa foi liderada por Wolfgang Ketterle, ganhador do Prêmio Nobel de Física em 2001, e envolveu outros cinco cientistas do MIT: Vitaly Fedoseev, Hanzhen Lin, Yu-Kun Lu, Yoo Kyung Lee e Jiahao Lyu, que fazem parte do Departamento de Física do instituto e de centros de pesquisa em eletrônica e átomos ultrafrios.
Albert Einstein vs. Niels Bohr: debate tem vencedor um século depois
A dualidade onda-partícula da luz é um dos conceitos mais intrigantes da mecânica quântica. Quando os cientistas tentam medir por qual fenda a luz passou, ela deixa de se comportar como onda e vira partícula. Essa mudança instantânea é um dos maiores mistérios da física moderna e mostra que o simples ato de observar muda o comportamento da luz.
Em 1927, Einstein sugeriu que seria possível detectar a luz como partícula e ainda assim observar o padrão de interferência das ondas. Ele acreditava que um fóton passando por uma fenda causaria uma leve vibração, como uma mola se mexendo. Isso permitiria, segundo ele, descobrir por onde o fóton passou sem perder o padrão de onda.
Niels Bohr, outro gigante da física, discordava. Ele dizia que qualquer tentativa de descobrir o caminho do fóton acabaria com o padrão de interferência. Desde então, o debate se acirrou, com vários experimentos apoiando a teoria de Bohr e a incerteza como parte essencial da mecânica quântica.
Agora, quase 100 anos depois, a equipe liderada por Ketterle conseguiu realizar a versão mais pura desse experimento. Eles usaram mais de 10 mil átomos super-resfriados e separados de forma bem organizada. Cada átomo funcionou como uma fenda individual. Em vez de uma folha com duas fendas, os pesquisadores usaram átomos como barreiras.
Esses átomos foram resfriados até quase o zero absoluto e presos em seus lugares por feixes de laser. Quando um fóton passava entre dois desses átomos, o comportamento da luz podia ser observado com grande precisão. A luz às vezes se comportava como onda, às vezes como partícula, mas nunca como as duas coisas ao mesmo tempo.
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Chave está nas correlações quânticas entre os fótons e os átomos
O segredo do experimento foi ajustar o grau de “imprecisão” da posição dos átomos. Quanto mais frouxamente um átomo era mantido pelo laser, mais fácil era para ele registrar a passagem de um fóton, como se estivesse “escutando” a partícula se aproximar. Quanto mais ele escutava, mais a luz deixava de se comportar como onda.
Esse ajuste permitiu aos cientistas controlar a probabilidade de um fóton aparecer como partícula ou como onda. Eles concluíram que quanto mais se sabe sobre o caminho do fóton, menor é a chance de ver o padrão de interferência típico de uma onda. E quanto menos se sabe, maior a chance de ver esse padrão.
O mais interessante é que eles também testaram a ideia de Einstein das “molas”. Em vez de prender os átomos com laser, eles os deixaram flutuar por um milionésimo de segundo. Mesmo assim, o resultado foi o mesmo: a luz continuava se comportando como partícula ou como onda, mas nunca como as duas ao mesmo tempo.
Ou seja, as tais “molas” imaginadas por Einstein não fazem diferença. O que realmente importa é a incerteza na posição dos átomos, o que reforça a visão de Bohr. As observações do MIT mostraram que as correlações quânticas entre os fótons e os átomos são fundamentais para entender o fenômeno.
Segundo os pesquisadores, esta é uma nova versão, mais idealizada, do experimento da dupla fenda. A grande inovação foi conseguir realizá-lo com átomos e fótons individuais, algo impensável na época de Einstein e Bohr. O avanço foi possível graças às tecnologias modernas de resfriamento e controle de partículas.
Este estudo chega em um momento simbólico: 2025 foi declarado pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO) como o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica, em homenagem aos 100 anos da formulação da mecânica quântica. Resolver essa antiga disputa é uma forma marcante de celebrar a data.
Para o coautor Yoo Kyung Lee, o alinhamento dos fatos é perfeito. “É uma coincidência maravilhosa que possamos ajudar a esclarecer essa controvérsia histórica no mesmo ano em que celebramos a física quântica”, disse ele em um comunicado.
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