Teoria da não-clonagem e fábrica de biscoitos

Todos os biscoitos são iguais?

Numa fábrica de biscoitos, embora a forma seja a mesma etodos os biscoitos pareçam exatamente iguais, não o são em nível microscópico. Se pegarmos uma lupa (muito potente, diga-se de passagem), veremos que um biscoito vai ter um átomo de alguma impureza, outro vai ter um pouco mais de poeira, moléculas de água a mais, imperfeições, e assim sucessivamente. Não há dois biscoitos (ou bolachas?) iguais.


Diria o filósofo grego Heráclito (540 – 480 a.C.) que “não podemos entrar duas vezes no mesmo rio, porque da segunda vez o rio não é o mesmo, e nós também não somos os mesmos”.

O mesmo não ocorre num nível microscópico.

A física moderna diz que as partículas elementares são indistinguíveis.Um elétron é igual a outro elétron. Um fóton é igual a outro fóton com a mesma energia. Dois átomos feitos exatamente com o mesmo número de cada partícula elementar serão indistinguíveis.

Fazendo um contraste com Heráclito, tais partículas elementares estão mais para o mundo das ideias de outro filósofo grego, Platão (428-348 a.C): embora cada biscoito seja diferente, todos são feitos a partir de uma ideia, um “molde” ideal, imutável, perfeito.

Teleporte e clonagem


Então, vamos fazer o seguinte experimento mental.


Um equipamento escaneia cada átomos do corpo de uma pessoa, a nível de partículas subatômicas. Ela envia esta informação para um outro dispositivo, que manipula átomos e monta o corpo novamente, exatamente na mesma ordem e posição do original.

Como não é possível distinguir duas partículas subatômicas, o novo corpo vai ser exatamente igual ao original!

Pior ainda, se copiarmos a informação num hard disk e utilizarmos a máquina de montar corpos novamente, podemos ter infinitas cópias exatamente iguais da mesma pessoa!

Será que a pessoa original a mesma que a pessoa remontada? Serão os clones a mesma pessoa original?

Como saímos dessa enrascada?

Colapso da função de onda

Em relação à leitura de informação, há um teorema que pode ajudar. Quando fazemos a medida de um estado quântico, a função de onda colapsa para um dos estados puros. Este é um colapso irreversível, no sentido de que a partir da informação obtida (zero ou um) não conseguimos deduzir o qubit ( | \psi \rangle = a | 0 \rangle + b |1 \rangle ).

Uma máquina que faria a leitura de cada partícula do corpo humano não pode ter precisão absoluta, ela teria necessariamente que perder informação.

Observação: não é possível medir e armazenar o qubit, mas é possível “teleportar” o mesmo, que é o tal teleporte quântico.

Não-clonagem


Bom, em relação aos clones, há outro teorema da física que pode ajudar: o teorema da não-clonagem!


Ela diz que não é possível copiar o estado | \psi \rangle = a | 0 \rangle + b |1 \rangle de um qubit para outro.


Isto violaria o princípio da incerteza de Heisenberg: não é possível determinar a posição e o momento de uma partícula quântica simultaneamente.

Se clones a nível quântico fossem possíveis, era só fazer dois clones, medir a posição com precisão em um clone, e o momento (massa x velocidade) em outro. Por evitar essas e outras contradições, o físico Richard Feynman disse que o princípio da incerteza protege a física quântica.


Ou seja, embora as partículas elementares sejam indistinguíveis, não é possível fazer um clone exatamente igual ao outro – Heráclito estava certo,afinal.

Matéria, onda, energia, bola de futebol e prof. Weis

​Em 1998, o professor doutor Carl Hermann Weis aplicou uma prova de química, no Instituto Tecnológico de Aeronáutica, onde havia a seguinte questão:

Qual o comprimento de onda de uma bola de futebol de massa m, numa velocidade v?

O prof Weis era considerado o maior eletroquímico do mundo na época, deu aulas no ITA por várias décadas, era uma espécie de lenda viva. Exemplo: por conta de uma prova antiga de Weis, os veteranos faziam a gente decorar era o nome completo do químico Paracelsus: Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim.

Voltando à questão do comprimento de onda da bola. É claro que a acertei, senão não estaria aqui falado sobre ela. Mas acertar a questão significava decorar a fórmula certa, interpretar as variáveis e aplicar a mesma, de forma mecânica. Não tínhamos tempo para compreender o que isto significava.

São conceitos bem esquisitos envolvidos.

  • Uma bola é algo físico. É matéria, tem peso, dá para tocar. É um tijolinho, um átomo no sentido de Demócrito.
  • Frequência e comprimento de onda são conceitos de ondas: energia elétrica, som, luz, ondas de rádio.

Matéria não tem comprimento de onda ou frequência. E uma onda não tem peso, não dá para tocar ou chutar.

https://i1.wp.com/images.tutorvista.com/cms/images/38/wave-particle-duality-of-light.PNG

Uma bola de futebol não é um sinal de TV… Era o que se pensava, até que, no começo do século passado, a teoria quântica sugeriu que a luz se comporta ora como partícula, ora como onda. Era a dualidade onda-partícula.

Portanto, a luz era uma onda eletromagnética, mas de vez em quando era partícula também. Ora era como luz ora como uma pedrinha minúscula.

Albert Einstein foi um dos primeiros a tentar explicar um comportamento estranho da luz utilizando o fato de que às vezes esta é uma onda, às vezes uma partícula. Einstein tem um prêmio Nobel de Física, mas o ganhou por conta do efeito fotoelétrico, não por causa da Teoria da Relatividade.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/77/Photoelectric_effect.png/222px-Photoelectric_effect.png

Ok, essas coisas esquisitas ocorrem a nível de partículas subatômicas, então isto não muda nada na nossa vida… será?

Até que, nos anos 1920, um candidato a doutor na Universidade de Sorbonne, França, chamado Louis de Broglie, apresentou uma tese muito mais maluca. Já que a luz é uma onda e pode ser partícula às vezes, o inverso pode ser verdadeiro também.

Uma partícula, como uma bola, também pode ser comportar como onda, como a luz. Ele estendeu o comportamento bizarro da luz para todas as partículas.

A tese foi rotulada como maluca, e não foi aceita. E também era muito simples, poucas páginas, e acadêmicos gostam mesmo de um bostejo infinito que não leva a nada.

Até que de Broglie enviou a mesma para Einstein, que achou a ideia genial. Com o suporte de Einstein, o pessoal da Sorbone aceitou a tese, e anos depois de Broglie ganhou um Nobel de Física.

Voltando à pergunta da prova, a resposta da mesma era aplicar a equação de de Broglie. E ela também mostra que a hipótese do de Broglie vale para todos os objetos, inclusive os macroscópicos!

Esta ideia de dualidade dá margem a várias especulações possíveis.

  • Se somos feitos de partículas sólidas, mas tais partículas podem ser ondas, então podemos ser ondas de vez em quando?
  • Seríamos feitos de energia, uma energia confinada? Mas, o que é energia exatamente? Uma onda congelada? Ou a onda é uma partícula livre?
  • O que é um pensamento? É um monte de sinais elétricos em nossa cabeça, indo e vindo por redes neurais? Mas, sendo ondas, seria possível que a nossa cabeça entre em ressonância com outras ideias e outras cabeças que estão no ar, assim como ondas de rádio? Seríamos feitos de pensamento?
  • Ou seria como disse Buda, “Nós somos o que pensamos”.
  • Será que existe a alma? Um corpo que acabou de morrer tem exatamente o mesmo número de átomos de um corpo vivo. Mas há algo diferente, porque o corpo não se mexe sozinho. Esta alma, seja o que for, não é material, não tem peso. Seria uma espécie de onda? Seria alguma outra coisa que não temos a menor ideia do que seja? Aliás, isto também tem um nome, dualidade corpo-alma.

Lembrando que tudo aqui é teoria. Pode ser que, no futuro, surjam outras.

Citando Shakespeare, “Há muito mais no Céu e na Terra do que sonha a nossa vã filosofia”.

 

O prof Weis faleceu em 2013, segundo o site do Wikita. Ele sempre dizia que deveria viver duas vezes, uma para estudar e outra para ganhar dinheiro. E esta vida ele tinha utilizado para estudar. Quem sabe, na próxima!


 

Nota: Não lembro se realmente tal questão caiu numa prova ou a fonte foi um bizu antigo. Mas coloquei que acertei a mesma, porque acertaria na época. Tem a resposta deste site.

https://socratic.org/questions/what-is-the-de-broglie-wavelength-of-a-ball-with-a-mass-of-0-20-kg-when-it-strik

 


Outros links:

https://en.wikipedia.org/wiki/Louis_de_Broglie

http://www.aeitaonline.com.br/wiki/index.php?title=Aulas_do_Prof_Weis

http://www.aeitaonline.com.br/wiki/index.php?title=Carl_Herrmann_Weis

 

Blogs técnicos

Prezados leitores,
Estou lançando hoje mais dois outros blogs, ambos com viés técnico. Um com ferramentas em Excel-VBA, e outro sobre Otimização Matemática.
O de Excel VBA (https://ferramentasexcelvba.wordpress.com/) deriva diretamente de anos de expertise no assunto. Conterá ferramentas plug & play em Excel, automatizando tarefas úteis. Ainda não tem muita coisa, mas a ideia é colocar toda semana algo novo.
SimuladorMinMax.png
O de otimização combinatória (https://analyticsgrainofsand.wordpress.com/) explica métodos matemáticos e disponibiliza uma série de aplicações sobre o assunto. É um dos assuntos mais difíceis da matemática e da computação. Pelo assunto ser muito específico e muito difícil, não há tantas pessoas no Brasil que se interessem tão a fundo. Por isso, a linguagem será o inglês.
simplex.png

O Forgotten Lore é um experimento. Sempre gostei de escrever, e, como em qualquer coisa na vida, tenho que treinar para melhorar. O meu estilo de escrita melhorou imensamente nos últimos meses, graças à prática.
Devido aos muitos feedbacks positivos, me sinto seguro a manter este trabalho e escrever sobre esses outros dois assuntos específicos e muito ricos.
Agradeço aos leitores pela companhia e feedbacks.
Arnaldo Gunzi