#203 – O que (não) é quântica?

Notas do episódio

Não é de hoje que a quântica carrega um ar de misticismo e a reputação de ser a solução para os mais diversos tipos de problemas, sejam eles relacionados ao corpo ou à alma. Essa fama faz com que o termo seja usado de maneira irresponsável por charlatões que procuram lucrar com a venda de produtos e serviços pseudocientíficos, baseados em mentiras. Mas fato é que a quântica tem, sim, muitas aplicações reais e é uma área muito importante da ciência – não à toa, foi o tema central do Prêmio Nobel de Física em 2025. Por isso, no quarto episódio da série Parcerias, produzido por Eduarda Moreira e Mayra Trinca junto com o Fronteiras da Ciência, da UFRGS, e em comemoração ao centenário da Física Quântica, trazemos dicas e informações que ajudam a diferenciar o que é do que não é quântica. ___________________________________________________________________ ROTEIRO Eduarda: Imagina a seguinte cena: um professor entra na sala de aula no primeiro dia do curso e diz: Pedro: Hoje é um dia muito emocionante pra mim porque vamos começar a estudar Mecânica Quântica, e faremos isso até o fim do período. Agora, eu tenho más notícias e boas notícias: a má notícia é que é um assunto um pouco difícil de acompanhar intuitivamente, e a boa notícia é que ninguém consegue acompanhar intuitivamente. O Richard Feynman, uma das grandes figuras da física, costumava dizer que ninguém entende mecânica quântica. Então, de certa forma, a pressão foi tirada de vocês, porque eu não entendo, vocês não entendem e Feynman não entendia. O ponto é que…o meu objetivo é o seguinte: nesse momento eu sou o único que não entende mecânica quântica nessa sala, mas daqui uns sete dias, todos vocês serão incapazes de entender mecânica quântica também, e aí vão poder espalhar a ignorância de vocês por vários lugares. Esse é o único legado que um professor pode desejar! Guili: Isso realmente aconteceu! O físico indiano Ramamurti Shankar, professor da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, ficou famoso por esse discurso de boas-vindas – um tanto quanto sincero – aos seus alunos. Eduarda: Se a quântica é esse negócio tão complicado de entender até pra especialistas da área, imagina pra gente que nem lembra mais as equações que decorou pro vestibular. Não é à toa que muita gente usa o termo “quântico” pra dar um ar científico a produtos que não têm nada de científico, muito menos de quântico. Guili: A lista é bastante longa: tem “terapia quântica”, “coach quântico”, “sal quântico”, “emagrecimento quântico”… eu tenho certeza que você já se deparou com algum desses por aí. Mas, afinal, como saber o que não é, e, principalmente, o que realmente é a ciência quântica? Eduarda: É isso que eu, Eduarda Moreira, e o Guili Arenzon vamos te contar no episódio de hoje, que é uma parceria entre o Oxigênio e o Fronteiras da Ciência, podcast de divulgação científica do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Eduarda: Esse episódio é mais um da série comemorativa dos 10 anos do Oxigênio! Marcelo Knobel: Então, recentemente eu recebi um, inclusive de um aluno, que era uma mesa quântica estelar para resolver processos judiciais, para dar um exemplo extremo do que pode acontecer, mas tem aí cursos de pedagogia quântica, brincadeira quântica para criança, tem pulseiras quânticas e assim vai, é infinita a imaginação humana. Guili: Esse é o Professor Marcelo Knobel Marcelo Knobel: …eu sou professor de Física da Unicamp, sou professor há mais de 35 anos, fui reitor da Unicamp, atualmente estou em Trieste, na Itália, como diretor executivo da Academia Mundial de Ciências para Países em Desenvolvimento. E tenho trabalhado com divulgação científica, com gestão universitária, gestão da ciência, e é um prazer estar aqui com vocês. Guili: O Marcelo tem um gosto pessoal por investigar pseudociências, especialmente as quânticas, o que faz sentido, já que ele também é físico. Eduarda: Então, a gente conversou com ele justamente pra tentar entender porque as pessoas gostam tanto de usar o termo “quântico” nos mais diferentes contextos. Marcelo Knobel: Eu acho que a quântica ganhou um imaginário popular como algo complexo, algo realmente que está ali no mundo subatômico, que todos sabem que tem a ver com física, é uma física complexa, difícil de entender, não é trivial, nem para quem faz física, mestrado em física, doutorado, quem trabalha na área, é algo realmente muito, muito complexo de entender, porque tem fenômenos muito esquisitos que acabam acontecendo. Guili: A percepção de que a física quântica é uma área do conhecimento muito específica e difícil, e o fato de que nem os maiores estudiosos da área entendem completamente – como o professor Shankar falou pros alunos no primeiro dia de aula – acabaram tornando esse termo um prato cheio pros charlatões. Marcelo Knobel: …primeiro que ela exige e tem um formalismo matemático bastante avançado e complexo. Então, você precisa conhecer um pouco mais de matemática avançada para poder, digamos assim, realizar as fórmulas e tal. Eduarda: Se fosse só a matemática, a coisa ainda seria um pouco mais simples. Ok, eu não sei matemática avançada e talvez você também não saiba, mas eu consigo ver os efeitos de contas complexas que garantem que um prédio, por exemplo, vai se sustentar. Afinal, eu tô vendo o prédio ali, em pé. Guili: O problema com a quântica é um pouco mais complicado do que isso porque Marcelo Knobel: …de fato, tem umas coisas que são inacreditáveis do ponto de vista da nossa realidade e da nossa vida. Você tem aí uma miríade de fenômenos que são completamente estranhos à nossa realidade do dia a dia. Então, acabou tendo essa aura de algo misterioso. Guili: O que o Marcelo tá dizendo é que é muito mais difícil a gente conseguir observar os fenômenos quânticos no nosso dia a dia, por mais que eles estejam ali. Nara Rubiano: Física quântica é uma área da física em que a gente estuda fenômenos das coisas muito pequenas, das coisas do mundo microscópico…Então, as coisas do mundo macroscópico a gente não precisa de física quântica para entender, a gente precisa de física clássica e já tá bom. Eduarda: Essa que você ouviu agora, é a professora Nara. Nara Rubiano: Meu nome é Nara Rubiano da Silva, eu sou professora na UFSC de Florianópolis. Hoje em dia eu trabalho com óptica quântica, com óptica clássica e já trabalhei bastante também com microscopia eletrônica de transmissão. Eduarda: A Nara acabou migrando pra quântica depois que começou a se aprofundar mais nessa área, pra tentar entender melhor como funcionam os equipamentos com os quais ela trabalhava. Nara Rubiano: Para entender o microscópio eletrônico de transmissão, a gente parte muito do do entendimento quântico dos elétrons, né? Os elétrons, assim como outras partículas quânticas, outros objetos quânticos, ele tem algumas propriedades interessantes que a gente explora para fazer microscopia. Guili: Microscópios de transmissão são equipamentos super potentes, capazes até de gerar imagens de moléculas que estão dentro de uma célula. Essas estruturas são tão, mas tão pequenas que as lentes de aumento que usam luz dos microscópios tradicionais não dão conta de distinguir. Guili: Mas, calma, antes da gente entrar nesse novo mundo pra tentar entender o que é física quântica, de fato, uma etapa muito importante desse aprendizado é saber identificar o que não é. Eduarda: No meio de tanto charlatanismo, às vezes fica difícil diferenciar o que é informação confiável e o que é propaganda enganosa de produtos que se dizem científicos e eficazes, mas são pura mentira. O Professor Marcelo têm algumas dicas interessantes nesse sentido… Marcelo Knobel: Tem o que se chama kit de detecção de bobagens, que você sempre pode usar. Em primeiro lugar, é o que a gente chamaria em português, o simancol. Sempre colocar dúvida, pensar que nem sempre o que tem o palavreado muito complexo e científico é ciência. Tudo aquilo que alguém fala com muita convicção, muita certeza, já acende uma luz amarela que realmente pode não ser científico. Os cientistas, em geral, não têm tanta certeza assim das coisas. Eduarda: Hoje em dia, com a Inteligência Artificial criando vídeos e áudios falsos, fica cada vez mais difícil saber diferenciar esses conteúdos do que é informação real e de boa qualidade. Então quando você vir uma coisa muito incrível, o melhor a fazer é se esforçar um pouquinho e pesquisar. Marcelo Knobel: Em geral, você consegue, com um pouco de paciência, procurar alguma informação, ver se aquilo é, de fato, consenso ou não é, se existe trabalho científico sobre o assunto. Então, às vezes, exige um pouquinho mais de atenção e cuidado, mas, de uma maneira geral, hoje a gente tem a sorte de ter internet que permite um pouco esse cuidado. O importante é não repassar essas informações sem ter certezas Guili: A verdade é que essa associação entre a quântica e o universo místico existe há bastante tempo. Rafael Chaves: Então, para dizer que, na verdade, essa ideia meio alternativa, meio mística em torno da quântica já vem desde muito tempo. E o que aconteceu, talvez, ao longo das últimas duas décadas, é que isso se popularizou. Anteriormente, essas ideias estavam restritas a livros, talvez algum documentário. E hoje em dia, com as redes sociais, com uma forma muito mais eficiente de se transmitir informação, seja ela verdadeira ou falsa, fez com que a coisa tomasse uma proporção muito maior. Guili: Esse que você acabou de ouvir é o Rafael Chaves, ele é professor, pesquisador e divulgador científico na área de quântica, além de ser vice-diretor do Instituto Internacional de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, em Natal. Rafael Chaves: A física quântica é meio contraintuitiva, meio esquisita. Aparentemente, ninguém entende muito bem. Então, tem essa outra coisa aqui, que também parece muito esquisita, que ninguém entende muito bem. Guili: Tipo telepatia, memória da água, astrologia… Rafael Chaves: Então, tem duas coisas que ninguém entende muito bem, então elas devem estar relacionadas. Eduarda: O que o Rafael tá dizendo é que a quântica aparece como uma forma de tentar explicar coisas que ninguém consegue explicar de outras maneiras. Muitas vezes porque essas coisas não são científicas mesmo, só que pra dar esse ar de comprovação e aumentar o hype, a galera finge que esse fenômeno é explicado pela ciência quântica. Guili: E isso meio que funciona na cabeça de muitas pessoas, porque como a gente não entende muito bem o que é quântica, fica fácil de acreditar que ela pode explicar coisas incompreensíveis, que na verdade ela não explica. Eduarda: Agora, tendo em mente que a quântica é realmente complexa, mas não tá associada a fenômenos mágicos ou alinhamentos energéticos, vamos tentar explicar o que ela realmente é e onde a gente tem contato com ela de verdade no nosso dia a dia. Rafael Chaves: Então, a gente usa a teoria quântica para explicar as propriedades das partículas elementares, as propriedades de materiais, semicondutores, isolantes, condutores, para explicar, por exemplo, a supercondutividade. Em astrofísica, a gente precisa de quântica para entender a evolução das estrelas. Em cosmologia, a gente precisa de quântica para entender a evolução do universo, inflação e assim vai. Então, quer dizer, é uma teoria que permeia todos os fenômenos físicos. Eduarda: Isso tudo pode parecer super tecnológico e recente, mas a história da quântica começou já tem bastante tempo. Esse foi, inclusive, um dos motivos que fez a gente querer falar sobre isso por aqui. Guili: O ano de 2025 foi declarado pela Unesco como o Ano Internacional da Ciência e Tecnologias Quânticas, celebrando os 100 anos do desenvolvimento das equações fundamentais que estruturaram, matematicamente, a Mecânica Quântica. Eduarda: Eu conversei com o Rafael e com a Nara em um evento de comemoração dos 100 anos da quântica que o Instituto de Física da UFRGS organizou lá em Porto Alegre. O pessoal do Fronteiras me convidou pra participar do evento e mediar uma mesa-redonda sobre divulgação científica. Foi incrível! Mas agora, voltamos com o Rafael. Rafael Chaves: Então, a física quântica surgiu ali na virada do século XIX para o século XX, quando cientistas começaram a explorar os recônditos mais microscópicos da matéria. Então, a gente está falando aí de interação entre luz e matéria, moléculas, átomos. Mas o que se percebeu é que, na verdade, essa teoria, esse conjunto de regras que nasceram para descrever esses fenômenos microscópicos, na verdade tem aplicação em uma gama muito maior de fenômenos. Eduarda: Os cientistas que propuseram essa teoria foram os físicos Werner Heisenberg, um alemão, e Erwin Schroedinger, um austríaco, que se basearam na tese de doutorado do francês Louis de Broglie, publicada em 1925, que apresentava a ideia revolucionária de que a matéria possui uma natureza ondulatória. Nara Rubiano: Na física clássica, que é a do nosso dia a dia, a gente tem dois tipos de objetos físicos muito distintos e que apresentam propriedades muito diferentes que são partículas, grandes classes, né? Partículas e ondas. Guili: Só que depois dessa primeira revolução quântica, a gente passou a entender que um mesmo objeto quântico pode se comportar tanto como onda, quanto como partícula, ou seja, que suas propriedades apresentam uma dualidade. Todos os fenômenos não intuitivos dos sistemas quânticos vêm justamente dessa propriedade. Eduarda: Aqui, a Nara Rubiano vai ajudar a gente a entender o que é essa dualidade onda-partícula. Nara Rubiano: As partículas são objetos localizados, centralizados em uma regiãozinha do espaço. Eduarda: Ou seja, são pontos que a gente consegue estabelecer onde estão num determinado momento. Nara Rubiano: Já os objetos físicos chamados ondas, eles não estão bem localizados, eles não são bolinhas, eles são como uma onda no mar. Ela está espalhada ao longo de uma de toda a crista da onda, por exemplo, e ela caminha, mas ela caminha como um todo, ela não caminha como um pequeno ponto que está se movendo. Eduarda: Pensa na diferença entre tentar acompanhar o movimento de uma onda e o movimento de um surfista em cima dessa onda, que aqui nesse exemplo representa o comportamento de uma partícula. Nara Rubiano: Então, essa diferença básica entre essas duas categorias leva a várias implicações. Se você deixar uma partícula interagir com alguma coisa, uma onda interagir com alguma coisa, a onda vai ter a propriedade, a capacidade de contornar a pedra, enquanto que uma pessoa ela não vai contornar, ela vai colidir. Guili: Tá. Até aqui deu pra entender, mais ou menos, o que diferencia uma onda de uma partícula na física clássica. Agora vamos entender como elas funcionam na física quântica … Nara Rubiano: Um objeto quântico, ele contém já essa dualidade de onda e partícula. Então ele é as duas coisas ao mesmo tempo. Mas, dependendo de como a gente observa esse objeto quântico, ele vai ter uma característica mais relevante do que a outra. Então, dependendo do tipo de observação que a gente faz ou do tipo de interação desse objeto quântico com alguma outra coisa do universo, ele vai reagir como uma onda, ou ele vai reagir como uma partícula. Guili: O que pode variar também, é o que o observador, ou seja, o cientista que está ali fazendo um experimento com objetos quânticos, quer avaliar. Se o objetivo é estudar as propriedades da partícula, o experimento é feito de uma forma, mas se o que o pesquisador quer, é entender as propriedades ondulatórias de determinada matéria, o experimento é desenhado de maneira diferente. Eduarda: Eu sei, pra mim isso tudo também parece ficção científica. Mas eu juro que a quântica já estáno nosso dia a dia há bastante tempo, e eu sou capaz de apostar que você usou alguma coisa que depende dela hoje mesmo. O Rafael tinha uma gama gigante de exemplos na manga: Rafael Chaves: Por exemplo, provavelmente o que eu estou falando aqui está chegando até vocês via fibras óticas. Nessas fibras óticas, a gente usa laser, luz laser. Luz laser para explicar as propriedades dela, para fazer engenharia de uma fibra ótica, entender as propriedades, como a gente usa ela para enviar informação, tem que ter física quântica. Eduarda: Isso também vale pra vários exames de imagem que, vez ou outra, a gente tem que fazer, tipo tomografias ou ressonâncias magnéticas. Guili: Mas esses exemplos foram só o começo, ainda tem muito mais quântica no nosso dia a dia. As placas solares também só puderam existir a partir da compreensão do funcionamento dos fótons, as partículas da luz. Rafael Chaves: Então, a luz bate, ela excita um elétron, gera um elétron com uma energia que, nas condições apropriadas, vai gerar uma corrente elétrica que a gente usa para gerar energia elétrica. Então, para entender esse fenômeno, a gente precisa, de novo, de física quântica. Eduarda: E não é de se surpreender que é na área de tecnologia que a quântica brilha mesmo. São tantas possibilidades, que normalmente suas aplicações são divididas em quatro categorias. Rafael Chaves: Uma é a computação quântica, que é a ideia de ter um computador que use esses novos ingredientes, esses novos recursos, para algoritmos mais eficientes, mais rápidos, mais acurados. Guili: A segunda é a comunicação e criptografia, que usa os efeitos quânticos pra tornar a troca de informações online mais segura. Você já deve ter visto o recado num aplicativo de mensagem verdinho dizendo que sua conversa está protegida por criptografia quântica, né? Eduarda: O Prêmio Nobel de Física de 2025, anunciado há pouquinho tempo, está diretamente relacionado com essas duas categorias. O britânico John Clarke, o francês Michel Devoret e o americano John Martinis dividiram o prêmio pela descoberta de que fenômenos quânticos podem acontecer mesmo em sistemas macroscópicos, como um circuito elétrico – e esse conceito, da transposição da física clássica para a física quântica é, justamente, a base para o desenvolvimento de tecnologias como a computação e a criptografia quânticas. Rafael Chaves: A terceira grande área, que é o sensoriamento quântico ou a metrologia quântica, que é a ideia de que sistemas quânticos são extremamente sensíveis, o que significa que a gente pode desenvolver sensores muito mais acurados. Então, por exemplo, para medir um campo magnético, para medir um campo gravitacional, enfim… Guili: E a quarta é a simulação quântica, que serve justamente pra ajudar a descrever, olha só, outros fenômenos quânticos. Isso porque, pra descrição de alguns cenários, é necessária uma quantidade absurda de combinações possíveis. Rafael Chaves: Então, assim, só para ter uma ideia, por exemplo, se eu quiser fazer quatro átomos de chumbo, eu precisaria, para fazer uma descrição fina de todos os graus de liberdade que eu tenho ali, de 2 elevado a 300 bits. 2 elevado a 300 bits é o número de átomos estimados em todo o universo. Então, o que eu estou dizendo é que para descrever um sistema de quatro átomos de chumbo, eu precisaria, para descrever as propriedades quânticas desse cara, eu precisaria de todo o universo só para guardar essa informação. Guili: Esses são cálculos impossíveis pra um computador padrão, desses que a gente tem em casa. Pra isso, são necessários os tais computadores quânticos. Mas segundo o Rafael, talvez, logo logo a gente tenha acesso a um pouquinho dessa tecnologia. Rafael Chaves: Pode ser que daqui a pouco tempo, a inteligência artificial que você usa aí no seu dispositivo acesse um computador quântico central para fazer parte dos cálculos, enfim. Eduarda: Essas aplicações da quântica em tecnologias do cotidiano, principalmente em princípios de comunicação, deram corpo pra segunda revolução quântica. A primeira foi a elaboração da teoria quântica em si, lá em 1925… Rafael Chaves: O que vai ser a terceira eu não faço ideia. Guili: O Rafael, a gente já te falou, também é divulgador científico. Ele escreveu até um livro sobre o tema, o “Incerteza quântica”, em que ele aborda os principais aspectos da segunda revolução quântica, em linguagem acessível para não especialistas. Eduarda: Como nossa ideia com esse episódio era tentar explicar – o melhor que a gente pudesse – como funciona a quântica, a gente pediu algumas dicas pro autor, e perguntou qual era a maior dificuldade pra falar sobre esse assunto pro público geral. Rafael Chaves: E a dificuldade, eu diria, é justamente encontrar quem tenha dez horas à disposição. Guili: É, acho que um podcast de 10 horas talvez não funcionasse muito bem. Mas eu entendo o ponto dele. É que falar de temas complexos e pouco presentes no dia a dia leva tempo, é preciso calma pra explicar as coisas do melhor jeito possível. Eduarda: E nesse mundo louco de redes sociais e pouca paciência pra ler ou estudar, tirar um tempão pra entender quântica pode não ser tão fácil mesmo. Guili: Nos resta acreditar que com o tempo, e com o acesso das pessoas a cada vez mais tecnologias, aos pouquinhos a ideia da quântica vai enraizando na gente. Nara Rubiano: A gente não tá acostumado a pensar dessa forma. É, e isso acontece naturalmente com várias teorias, é, científicas ao longo da história, né? Eduarda: Pelo menos com a Nara foi um pouco assim também. Nara Rubiano: É, acho que vai demorar muito para aprender bastante, mas eu vejo que aos poucos eu vou cada vez que eu revisito esses conceitos mais fundamentais, vou entendendo um pouquinho melhor e vou, né, aceitando também que algumas coisas a gente tem que aceitar. Porque funcionam. Que é o que a gente faz em ciência, né? A gente precisa achar teorias que funcionam. Nara Rubiano: Por mais que elas pareçam estranhas ou, né, contra intuitivas no começo, elas funcionam. Eduarda: E no fim, talvez isso seja o mais importante… Guili: Esse episódio foi uma produção do Oxigênio em parceria com o Fronteiras da Ciência. O roteiro foi escrito pela Eduarda Moreira e pela Mayra Trinca, com revisão da Lívia Mendes, da Carolina Brito e do Jeferson Arenzon. Eduarda: A locução que você ouviu no início do episódio, reproduzindo a fala do professor Shankar, foi feita pelo Pedro Belo. Os trabalhos técnicos são da Carolaine Cabral, a trilha sonora é do Blue Dot Sessions, e a vinheta do Oxigênio foi produzida pelo Elias Mendez. Guili: O Oxigênio conta com apoio da Secretaria Executiva de Comunicação da Unicamp. Eduarda: Esperamos que você tenha gostado e entendido, um pouco que seja, o que é a quântica! Você pode deixar um comentário, na sua plataforma favorita, contando o que achou, que nós vamos adorar saber. Nos encontramos no próximo episódio. Até lá!