O princípio da incerteza na mecânica quântica 12.11.2014

A mecânica quântica é a base da física moderna do microcosmo e, por toda a sua natureza paradoxal, funciona perfeitamente em todas as suas seções conhecidas. Além disso, a física clássica também pode ser deduzida dela (como o limite da mecânica quântica, tendendo a zero a constante de Planck h, que determina os fenômenos quânticos). Assim, podemos falar sobre a universalidade das leis da mecânica quântica. Mas, apesar do enorme sucesso, tem uma desvantagem significativa. Uma das pedras angulares da mecânica quântica, o princípio da incerteza de Heisenberg (por exemplo, incerteza na determinação da posição e do momento), não tem justificativa. É claro que o sucesso prático é uma justificativa suficiente para aceitar essa regra misteriosa, mas isso não impede os físicos de procurar sua explicação.

Pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia, o renomado teórico das cordas Professor Yitzhak Bars e seu aluno russo Dmitry Rychkov (graduado pela Universidade Estadual de Moscou em 2005), tentaram explicar a origem do princípio da incerteza de Heisenberg derivando-o da teoria de campo de cordas. Este resultado está publicado em Physics Letters.

Como você sabe, a teoria das cordas foi proposta na década de 1970 para resolver os problemas da gravidade quântica e do Modelo Padrão. O sucesso da física quântica em descrever as três interações fundamentais não gravitacionais leva os físicos à ideia de que a interação gravitacional pode ser descrita da mesma maneira. Mas, apesar da pesquisa ativa ao longo de muitas décadas, a teoria quântica da gravidade ainda não foi criada.

A teoria das cordas assume que a unidade básica da matéria é uma corda microscópica (da ordem do comprimento de Planck de 10-35 m), e não um ponto, e que as possíveis interações da matéria são fusões ou divisões dessas cordas. Por quatro décadas, os físicos têm trabalhado nessa direção. A teoria passou por duas revoluções ascendentes e períodos de declínio. A dificuldade está no fato de que não existem dados experimentais sobre a teoria das cordas. Experimentos em escalas tão pequenas estão atualmente além das possibilidades técnicas da ciência. Por causa disso, vários físicos consideram a teoria das cordas apenas como "truques matemáticos". O trabalho dos cientistas é sustentado pela esperança de criar uma "teoria de tudo", além de responder a questões inacessíveis ao Modelo Padrão, por exemplo, por que quarks e léptons têm carga elétrica, cor e sabor que os distinguem uns dos outros, como determinar a constante de estrutura fina da teoria 1/137 e várias outras constantes, etc.

Mas até agora, os pesquisadores supunham que a teoria das cordas é criada de acordo com a mecânica quântica e só trabalhavam no sentido de usar a mecânica quântica para tentar testar a teoria de campos de cordas.

Os autores deste artigo decidiram fazer o oposto. Depois de assumir que a teoria do campo de cordas estava correta, eles a usaram para tentar confirmar a própria mecânica quântica.

Em um artigo que reformula a teoria de campos de cordas em uma linguagem mais clara, Itzhak Bars e Dmitry Rychkov mostraram que um conjunto de princípios fundamentais da mecânica quântica conhecidos como "regras de comutação" (princípios de incerteza) podem ser derivados da geometria da fusão e divisão das cordas. Assim, em vez de aceitar as regras de comutação quântica como um postulado, os autores as derivam do processo físico das interações das cordas.

Esse resultado pode servir como argumento a favor da "fisicalidade" da teoria das cordas. Afinal, se com sua ajuda for possível explicar a origem das leis da mecânica quântica, então, de acordo com Yitzhak Bars, isso não apenas "pode ​​desvendar o mistério de onde vem a mecânica quântica", mas também abrir a porta pois o reconhecimento da teoria do campo de cordas, ou ainda não desenvolvida mais amplamente, sua variante, chamada teoria M, é a base de toda a física.