Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.
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Introdução à QuânticaGermano Maioli Penello
Reinaldo de Melo e Souza
A INFLUÊNCIA DO APARATO EXPERIMENTAL NA MEDIDA
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Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma
coletividade.
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Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma
coletividade.
Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por
vez.
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Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma
coletividade.
Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por
vez.Dualidade Onda-Partícula.
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Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma
coletividade.
Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por
vez.Dualidade Onda-Partícula.
Mas o que determina o comportamento?
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Medidas em quânticaClássica: Onda = fenômeno emergente de uma
coletividade.
Quântica: Onda associada a uma única partícula.Ex: Experiência de Young jogando um elétron por
vez.Dualidade Onda-Partícula.
Mas o que determina o comportamento?O aparato experimental.
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O interferômetro de Mach-Zender
Um feixe é dividido em dois e depois recombinado.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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O interferômetro de Mach-Zender
Um feixe é dividido em dois e depois recombinado.
Diferença de fase entre os dois caminhos Interferência
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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O interferômetro de Mach-Zender
Um feixe é dividido em dois e depois recombinado.
Diferença de fase entre os dois caminhos InterferênciaE se jogarmos um fóton por vez?
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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O interferômetro de Mach-Zender
Obtemos interferência!
MZ1
MZ2
A.Aspect et al. Europhys.Lett , 1, 173, 1986.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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O interferômetro de Mach-Zender
Obtemos interferência!
Comportamento ondulatório do fóton!
MZ1
MZ2
A.Aspect et al. Europhys.Lett , 1, 173, 1986.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?
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SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!
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SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!O fóton interfiriu consigo mesmo.
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SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!O fóton interfiriu consigo mesmo.
O fóton está em uma superposição de estados!!
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SuperposiçãoMas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!O fóton interfiriu consigo mesmo.
O fóton está em uma superposição de estados!!Voltaremos a este ponto adiante.
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A influência do aparato experimental na medida
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes.
Os feixes não mais se recombinam.Podemos determinar a trajetória seguida pelo
fóton.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes.
Os feixes não mais se recombinam.Podemos determinar a trajetória seguida pelo
fóton.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
Não há mais franjas de interferência!!
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A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes.
Os feixes não mais se recombinam.Podemos determinar a trajetória seguida pelo
fóton.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
Não há mais franjas de interferência!!
Os dois arranjos descritos são complementares!
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O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector.
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O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:
Interferência!
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O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:
Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há
interferência.
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O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:
Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há
interferência.
Física clássica: Medida revela algo pré-existente.
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O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:
Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há
interferência.
Física clássica: Medida revela algo pré-existente.
Física Quântica: Papel criativo do ato de medir.
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O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:
Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há
interferência.
Física clássica: Medida revela algo pré-existente.
Física Quântica: Papel criativo do ato de medir.Probabilidade ≠ Ignorância.
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O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado:
Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há
interferência.
Física clássica: Medida revela algo pré-existente.
Física Quântica: Papel criativo do ato de medir.Probabilidade ≠ Ignorância.Medida enquanto projeção.
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A experiência da escolha retardada
Mas quando a luz decide se ela se comporta como onda ou como corpusculo?
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A experiência da escolha retardada
Mas quando a luz decide se ela se comporta como onda ou como corpúsculo?Tentemos enganar a luz!
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A experiência da escolha retardada
Tentemos enganar a luz.
Deixemos para a última hora a escolha de deixar ou não o segundo divisor de feixes.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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A experiência da escolha retardada
Vimos que neste caso a luz se comporta como onda.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.
Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.
Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.Não conseguimos enganá-la Ela se comporta como
onda…
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
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A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.
Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.Não conseguimos enganá-la Ela se comporta como
onda…
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
Violação da causalidade?
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A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo.
Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.Não conseguimos enganá-la Ela se comporta como
onda…
http://scienceblogs.com/principles/2009/07/15/pop-quiz-answer/
Violação da causalidade?
Não! Natureza ativa da medida!!
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O efeito Zenão quântico
http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html
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O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”.
http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html
http://blackdogsandbarbells.wordpress.com/2011/07/27/from-coal-to-diamond-i-wish/
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O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico.
http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html
![Page 40: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/40.jpg)
O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico.
O ato de observar pode retardar o processo.
http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html
![Page 41: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/41.jpg)
O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico.
O ato de observar pode retardar o processo.No limite de observação contínua pode pará-lo
completamente!
http://scmfastslow.blogspot.com.br/2010/10/philosophy.html
![Page 42: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/42.jpg)
O efeito Zenão quânticoA experiência:
Considere um átomo de dois níveis, e e g.
http://www.physics.umb.edu/Staff/olchanyi_research/main.html
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O efeito Zenão quânticoA experiência:
Considere um átomo de dois níveis, e e g.
Em t=0 ele está no estado excitado.
http://www.physics.umb.edu/Staff/olchanyi_research/main.html
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O efeito Zenão quânticoA experiência:
Considere um átomo de dois níveis, e e g.
Em t=0 ele está no estado excitado.Em algum momento ele emitirá um fóton e voltará ao
seu estado fundamental.
http://www.physics.umb.edu/Staff/olchanyi_research/main.html
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O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).
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O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.
![Page 47: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/47.jpg)
O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.
t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.
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O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.
t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.
Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado
excitado.
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O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.
t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.
Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado
excitado.
Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no
estado excitado?
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O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.
t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.
Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado
excitado.
Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no
estado excitado?É diferente de zero!!
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O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.
t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.
Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado
excitado.
Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no
estado excitado?É diferente de zero!!A primeira medida zerou o cronômetro!
![Page 52: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/52.jpg)
O efeito Zenão quânticoTemos a seguinte situação:
t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.
t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.
Façamos uma medida em t=T/2.Suponha que encontremos o átomo ainda no estado
excitado.
Façamos, então, uma medida em t=T.Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no
estado excitado?É diferente de zero!!A primeira medida zerou o cronômetro!
PAPEL ATIVO DA MEDIDA!
![Page 53: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/53.jpg)
O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de
encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.
Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.
![Page 54: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/54.jpg)
O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de
encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.
Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.
Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes.
![Page 55: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/55.jpg)
O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de
encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.
Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.
Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes.
A função de onda que continha uma superposição colapsa em uma de suas componentes.
![Page 56: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/56.jpg)
O efeito Zenão quânticoQuanto mais medidas, menor a probabilidade de
encontrarmos o sistema no fundamental em t=T.
O problema do colapso da função de onda é ainda discutido em fundamentos da física.
Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.
Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes.
A função de onda que continha uma superposição colapsa em uma de suas componentes.
![Page 57: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/57.jpg)
O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica.
![Page 58: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/58.jpg)
O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica.Mas o que é observar?
![Page 59: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/59.jpg)
O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica.Mas o que é observar?
“A que distância dos meus olhos eu devo colocar os óculos para que eles passem a fazer parte do aparato experimental e não do observador?”
John Bell
![Page 60: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/60.jpg)
O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica.Mas o que é observar?
“A que distância dos meus olhos eu devo colocar os óculos para que eles passem a fazer parte do aparato experimental e não do observador?”
John Bell
A observação não necessita ser feita por uma pessoa. É qualquer agente físico que interaja com o fenômeno.
![Page 61: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/61.jpg)
Comentários finaisVimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)
![Page 62: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/62.jpg)
Comentários finaisVimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)
A medida desempenha um papel fundamental no experimento.
![Page 63: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/63.jpg)
Comentários finaisVimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)
A medida desempenha um papel fundamental no experimento.Ignorância vs. criação de conhecimento.
![Page 64: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/64.jpg)
Comentários finaisVimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)
A medida desempenha um papel fundamental no experimento.Ignorância vs. criação de conhecimento.
Exemplos: Experimento da escolha retardada
Efeito Zenão Quântica.
![Page 65: Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc130497959413d8d4bb3/html5/thumbnails/65.jpg)
Comentários finaisVimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica.Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)
A medida desempenha um papel fundamental no experimento.Ignorância vs. criação de conhecimento.
Exemplos: Experimento da escolha retardada
Efeito Zenão Quântica.
E concluímos que
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Obrigado pela presença
Em quântica o Aquiles perde da tartaruga…