Todas as partículas do Universo são inextricavelmente entrelaçadas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2025

A não-localidade parece estar enraizada em uma propriedade tão fundamental do nosso Universo quanto a indistinguibilidade das partículas quânticas.
[Imagem: IFJ PAN/AI]

Não-localidade - mas pode chamar de mágica

Talvez você já tenha se espantado com o conceito do entrelaçamento quântico: Uma vez entrelaçadas, duas partículas irão se influenciar mutuamente mesmo que cada uma viaje para uma extremidade oposta da galáxia. E a interação parece ser instantânea, não obedecendo nem mesmo ao limite universal da velocidade da luz.

Isso significa que, em seus fundamentos físicos mais profundos, o mundo parece ser não-local: Partículas separadas no espaço se comportam não como sistemas quânticos independentes, mas como partes de um único sistema. Por decorrência, elas não precisam estar em contato umas com as outras (localidade) para influenciarem-se mutuamente.

Bom, prepare-se para bem mais do que isso: Todas as partículas do mesmo tipo, por exemplo, fótons ou elétrons, estão entrelaçadas umas com as outras, incluindo as partículas aqui da Terra e as das galáxias mais distantes. Essa afirmação surpreendente decorre de um postulado fundamental da mecânica quântica: Partículas do mesmo tipo são, em sua própria natureza, idênticas. E olhe que nem mesmo isso pode ser a palavra final, já que recentemente se demonstrou o entrelaçamento quântico entre partículas diferentes.

A partir daqui, contudo, temos mais perguntas do que respostas: Isso significa que pode existir uma fonte universal de entrelaçamento, subjacente às peculiaridades não-locais do mundo quântico? E será que podemos, de algum modo, superar a teoria quântica, que protege tão cuidadosamente o acesso a esse recurso extraordinário?

Dois físicos poloneses, Pawel Blasiak e Marcin Markiewicz, demonstraram agora que essa não-localidade, decorrente do simples fato de que todas as partículas do mesmo tipo são indistinguíveis, pode ser observada experimentalmente para praticamente todos os estados de partículas idênticas. Ou seja, a própria identidade das partículas dá origem à não-localidade quântica observável.

Experimento óptico linear passivo pode ser usado para demonstrar a proposta dos físicos.
[Imagem: Pawel Blasiak et al. - 10.1038/s41534-025-01086-x]

Fenômenos não-locais

O entrelaçamento quântico é um conceito firmemente enraizado na estrutura abstrata da teoria quântica, mas a localidade é muito mais intuitiva e universal. Ela reflete a ideia de senso comum de que os eventos seguem uma cadeia de causas e efeitos que se propagam pelo espaço a uma velocidade finita, nunca superior à da luz.

Quando não existe tal explicação, entramos no domínio dos fenômenos não-locais. Essa foi a essência da descoberta revolucionária feita pelo físico norte-irlandês John Stewart Bell (1928-1990), que idealizou um experimento que não pode ser explicado dentro de uma estrutura local. O elemento-chave desse experimento é o entrelaçamento quântico entre sistemas separados, nos quais dois pesquisadores, tradicionalmente chamados de Alice e Bob, podem realizar medições arbitrárias e independentes.

"À primeira vista, o problema parece simples: Sistemas entrelaçados violam as desigualdades de Bell, então tudo o que você precisa fazer é realizar um experimento bem projetado. De fato, mas isso se aplica apenas a sistemas distinguíveis que podem ser rotulados e enviados para dois laboratórios distantes. Com partículas idênticas, essa estrutura falha," explica Blasiak. "A mecânica quântica é clara: Partículas idênticas são indistinguíveis por sua própria natureza. Na prática, não medimos 'esta partícula em particular', mas 'alguma' partícula em um determinado local. A física quântica resiste consistentemente a qualquer tentativa de atribuir rótulos individuais a elas - e é precisamente por isso que o cenário clássico de Bell não pode ser aplicado aqui."

"Essa diferença aparentemente sutil introduz novas regras básicas para descrever o mundo: Ela exige a simetrização ou antissimetrização da função de onda em sistemas com múltiplas partículas. É precisamente o princípio da identidade das partículas que leva à divisão em férmions e bósons - dois mundos que sustentam a estrutura dos átomos e seus núcleos, e determinam a natureza das interações. A indistinguibilidade também obscurece o próprio conceito de entrelaçamento: No caso de partículas idênticas, ele não se comporta mais como estamos acostumados - e perde parte de seu significado prático. É aqui que reside o verdadeiro desafio ao lidarmos com a questão da não-localidade decorrente da indistinguibilidade fundamental das partículas," acrescentou Markiewicz.

Outra hipótese curiosa propõe que o espaço-tempo é gerado pelo entrelaçamento quântico.
[Imagem: Hirosi Ooguri]

Nível mais fundamental da realidade

Experimentos sobre entrelaçamento geralmente envolvem sua criação artificial por meio de interações entre partículas dentro de um sistema quântico em condições controladas. No entanto, a mecânica quântica também aponta para outro mecanismo mais fundamental: O entrelaçamento, e talvez também a própria não-localidade, pode surgir diretamente da natureza idêntica de partículas do mesmo tipo. Dessa perspectiva, a não-localidade poderia se manifestar até mesmo entre partículas que nunca interagiram entre si antes.

E é aqui que os dois físicos fazem sua contribuição fundamental: Eles demonstraram que a não-localidade pode ser demonstrada em experimentos compostos unicamente por elementos ópticos lineares simples e passivos: Espelhos, divisores de feixe e detectores de partículas. Esses sistemas podem ser organizados de modo que as partículas em propagação nunca se encontrem em nenhum ponto, e então se avalia a eventual influenciação entre elas. Se as desigualdades de Bell ainda puderem ser violadas sob essas condições, isso implica que a não-localidade observada não é um subproduto das interações experimentais, mas uma manifestação de algo verdadeiramente fundamental.

Em seu artigo, a dupla apresenta um critério que permite a identificação clara da não-localidade para qualquer estado contendo um número fixo de partículas idênticas. As conclusões são surpreendentes: Todos os estados fermiônicos e quase todos os estados bosônicos revelam-se recursos não-locais (neste último caso, a exceção é uma classe restrita de estados ditos redutíveis a um único modo). Notavelmente, a demonstração é inteiramente construtiva: Ela demonstra, passo a passo, como projetar experimentos ópticos que revelem a não-localidade do estado que estiver sendo estudado.

"Nossa pesquisa revela que a própria indistinguibilidade das partículas esconde uma fonte de entrelaçamento à qual podemos ter acesso. Seria possível, então, que a não-localidade estivesse intrinsecamente ligada à própria estrutura do Universo? Tudo parece indicar que sim, e a origem dessa propriedade extraordinária reside no postulado aparentemente simples da natureza idêntica de partículas do mesmo tipo," concluiu Blasiak.

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