Experimento quântico comprova erro de Einstein e acerto de Niels Bohr

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/12/2025

Proposta do experimento modificado da dupla fenda para testar a complementaridade de Bohr.
[Imagem: Yu-Chen Zhang et al. - 10.1103/93zb-lws3]

Complementaridade

Apesar de ser o cientista mais famoso de todos os tempos, graças à sua muitíssimo bem-sucedida teoria da relatividade, Albert Einstein não se saiu nada bem quando o assunto era outra teoria igualmente bem-sucedida, a mecânica quântica.

Um dos debates entre Einstein e os teóricos da nascente vertente quântica envolveu o experimento da dupla fenda, idealizado em 1801 por Thomas Young, quando partículas individuais são atiradas contra uma parede com duas aberturas, atrás das quais um detector mede onde as partículas chegam.

O resultado é que cada partícula individual passa tanto pela abertura esquerda quanto pela direita, mostrando que as partículas não se movem ao longo de um caminho específico, como acontece com os objetos clássicos, mas ao longo de vários caminhos simultaneamente, mostrando que as partículas também podem se comportar como ondas.

Um dos embates mais conhecidos deu-se entre Einstein e Niels Bohr, que introduziu o conceito de complementaridade na mecânica quântica, pelo qual um par de propriedades complementares não pode ser observado ou medido simultaneamente.

A situação então era a seguinte: O experimento de Young dizia que a luz era uma onda, Einstein defendia que a luz era uma partícula e Bohr dizia que a luz era as duas coisas, já que a complementaridade torna impossível observar a natureza corpuscular (o fóton como partícula) do fóton quando ele está apresentando um comportamento ondulatório (o fóton como onda) e vice-versa.

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A fenda inicial móvel é substituída por um único átomo, o mais preciso dispositivo que a tecnologia atual permitiu construir.
[Imagem: Yu-Chen Zhang et al. - 10.1103/93zb-lws3]

Fenda móvel

Não se dando por vencido, Einstein propôs uma alteração no experimento da dupla fenda. Ele propôs usar o par de fendas tradicional, só que deixá-las orientadas horizontalmente, e então antepor uma fenda adicional móvel. A primeira fenda seria suspensa por molas ultrassensíveis, de modo que a fenda pudesse detectar o momento, recuando quando o fóton a atingisse.

O movimento das molas permitiria então determinar se o fóton iria passar pela fenda superior ou inferior. Ao imprimir um momento linear detectável na fenda única, os fótons revelariam sua natureza de partículas, mas também formariam as tradicionais franjas após a dupla fenda, revelando sua natureza de ondas. E isso desmentiria a complementaridade.

Era um experimento mental, claro, mas agora Yu-Chen Zhang e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China conseguiram finalmente montar o experimento idealizado por Einstein.

E, sem nenhuma surpresa para quem acompanha os feitos da mecânica quântica, o experimento deu razão a Bohr.

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Esquema do experimento que deu razão e Bohr e mostrou que Einstein estava errado.
[Imagem: Yu-Chen Zhang et al. - 10.1103/93zb-lws3]

Bohr tinha razão

A ideia de usar molas na primeira fenda é ilustrativa, já que não se concebe como construir uma mola sensível a um fóton. Por isso, Zhang e seus colegas usaram um único átomo do elemento rubídio para cumprir o mesmo papel, alcançando o que eles chamam de "limite quântico definitivo".

O átomo, resfriado até perto do zero absoluto, fica preso por pinças ópticas. Quando é atingido por um fóton, o átomo balança ligeiramente, algo que pode ser monitorado por um feixe de laser de prova. A ideia é que o sacolejar do átomo varie dependendo da trajetória do fóton, ou seja, se ele se encaminha para a fenda superior ou para a fenda inferior.

Mas o experimento possui ainda um outro mecanismo essencial: A pinça óptica pode ser "apertada" ou "afrouxada", o que significa que o átomo de rubídio pode ficar meio solto e, portanto, balançar mais quando atingido pelo fóton, ou bem preso, quando então o fóton praticamente não consegue mexer com ele.

E foi justamente isto que permitiu provar que Bohr estava certo e Einstein estava errado: Quando o átomo fica meio solto, ele se move, revelando a trajetória do fóton e, portanto, mostrando seu aspecto de partícula. E, sempre que isso acontece, a franja desaparece, ou seja, a personalidade de onda do fóton não se revela, exatamente como proposto pela complementaridade de Bohr.

Quando o átomo é preso firmemente, o fóton não consegue balançá-lo, ou seja, seu lado partícula não se manifesta, e a franja reaparece, revelando o lado onda do fóton. É um resultado quase bizarro, mas a equipe documentou o famoso experimento da dupla fenda tendo seus resultados modificados em tempo real simplesmente alterando a intensidade da pinça óptica que segura o átomo de rubídio.

Agora, tendo demonstrado que a complementaridade repousa sobre bases físicas sólidas, os pesquisadores planejam usar seu experimento para explorar outras questões contraintuitivas da mecânica quântica, como a superposição e o entrelaçamento, inclusive pesquisando se essas duas propriedades influenciam-se mutuamente.

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