Você pode não entender nada em física, mas deveria ter ouvido falar do experimento mental de Schrödinger, em que o gato é colocado em uma caixa com um elemento radioativo e pode estar vivo e morto. Este é um fenômeno estranho criado pela mecânica quântica.
Recentemente, físicos da Universidade de Exeter (Inglaterra) descobriram que uma semelhança semelhante pode ser vista nas temperaturas: os objetos podem ter duas temperaturas no nível quântico. Esse estranho paradoxo quântico é a primeira relação completamente nova de incerteza quântica que será formulada ao longo de décadas.
Outro Princípio de Heisenberg
Em 1927, o físico alemão Werner Heisenberg fez um postulado: quanto mais precisamente você medir a posição de uma partícula quântica, menos precisamente você entenderá seu momento e vice-versa. Esta regra é agora chamada de Princípio da Incerteza de Heisenberg.
A nova incerteza quântica, em que quanto mais precisamente você conhece a temperatura, menos pode dizer sobre energia e vice-versa, tem implicações muito maiores para a nanociência ao estudar objetos incrivelmente minúsculos (menores que nanômetros). Este princípio vai mudar a maneira como os cientistas medem a temperatura de coisas extremamente pequenas, como pontos quânticos. Na década de 1930 Heisenberg e Niels Bor estabeleceram uma relação entre a incerteza entre energia e temperatura em uma escala não quantificada. A idéia era que, se você quisesse saber a temperatura exata do objeto, seria melhor mergulhá-lo em um “tanque” (um banho com água ou uma câmara com ar) com uma temperatura conhecida, permitindo que o corpo se saturasse lentamente com essa temperatura. Isso é chamado de equilíbrio térmico.
Este equilíbrio térmico é mantido pelo objeto enquanto o reservatório está constantemente trocando energia. Como resultado, a energia no objeto sobe e desce em quantidades infinitamente pequenas, o que impossibilita uma determinação exata. Se você quiser saber a energia exata no objeto, você terá que isolá-lo para que não possa entrar em contato com nada. No entanto, o isolamento não permite calcular com precisão a temperatura usando o tanque. Essas restrições tornam a temperatura incerta e, quando se deslocam para uma escala quântica, as cores aumentam ainda mais.
Nova Razão de Incerteza
Mesmo que um termômetro típico tenha energia que sobe e desce ligeiramente, ele ainda é detectável em uma faixa pequena. Mas isso não funciona no nível quântico, onde tudo retorna ao famoso gato Schrödinger. Este experimento mental sugeriu fechar o gato em uma caixa de veneno, ativada pelo decaimento de uma partícula radioativa. De acordo com as leis da mecânica quântica, uma partícula pode se decompor ou não entrar em colapso ao mesmo tempo. Isto é, até que você abra a caixa, o gato estará vivo e morto ao mesmo tempo. Este é um fenômeno de superposição. Os pesquisadores usaram matemática e teoria para prever com precisão como a superposição afeta o cálculo da temperatura de objetos quânticos. Acontece que um termômetro quântico estará na superposição de estados de energia ao mesmo tempo, o que leva a uma incerteza de temperatura.
Em nosso mundo, um termômetro pode informar que um objeto está entre 31 e 32 graus Fahrenheit. No caso quântico, o termômetro dirá que o objeto é simultaneamente dotado de ambas as temperaturas. Contatos entre objetos em escala quântica são capazes de criar superposições e energia. A antiga relação de incerteza ignorou esses efeitos porque eles não eram importantes para objetos não-quânticos. Agora é importante se você precisar determinar o índice de temperatura de um ponto quântico.
