Experimentos sugerem que os seres humanos podem observar diretamente o quantum

Poderiam os sentidos intermodais ser uma chave para desvendar a verdadeira natureza da física?

Os humanos verão as leis da física com seus próprios olhos?

Fonte: Imagem do Shutterstock.

Por William C. Bushell Ph.D. e Maureen Seaberg

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Este post é parte 4 de uma série.

Nos primeiros três capítulos desta série, chamamos a atenção para o fato de que recentemente um surpreendente e até mesmo revolucionário novo corpo de pesquisa nos campos da física, biofísica, psicofísica e neurociência estava demonstrando descobertas inéditas na sensibilidade dos seres humanos. sentidos: visão no nível de fótons únicos; audição sobre o nível de vibrações com amplitudes em escala atômica e discriminação de intervalos auditivos no intervalo de milionésimos de segundo; discriminação tátil na escala de moléculas individuais; e mecanismos quânticos de sensibilidade olfativa baseados mecanicamente, capazes de discriminar mais de um trilhão de diferentes odores.

Observamos que esse conjunto de pesquisas emergiu de maneira um tanto disparatada em sua maior parte, sem unificação conceitual, coordenação de pesquisa sensorial nem uma estrutura ideológica abrangente (embora haja algumas exceções notáveis ​​a essa generalização, e há uma nova abordagem científica intensiva). interesse nas áreas de integração multissensorial, funcionamento sensorial intermodal e sinestesia).

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Em particular, chamamos a atenção especial para um dos aspectos mais surpreendentes e revolucionários dentro deste novo quadro científico altamente disperso e ad hoc, a capacidade dos seres humanos de perceber diretamente fótons únicos de luz – recentemente demonstrados conclusivamente – e a surpreendente proposta de liderar. os físicos a empregar e empregar essa capacidade humana a fim de investigar o profundo e intrigante, mas real e fundamental, fenômeno do entrelaçamento quântico. Emaranhamento quântico é o fenômeno de conexões profundas e duradouras entre quaisquer duas ou mais partículas que já foram conectadas, não importa quão distantes elas se tornem no espaço ou no tempo, mesmo na escala galáctica ou cósmica. Além disso, vários desses principais físicos estão propondo que uma metodologia e tecnologia fornecidas pela percepção direta humana do emaranhamento quântico podem realmente ser uma das melhores maneiras de investigar mais esse fenômeno, e também podem ser a melhor maneira de resolver uma série de problemas. questões importantes e persistentes em toda a física quântica, incluindo a natureza do emaranhamento, o chamado problema de medição e a função de onda – em outras palavras, a natureza última da realidade do próprio universo.

Também observamos que os resultados deste recente corpo de pesquisa sobre a visão humana de fótons únicos, um predecessor natural da capacidade de ver a unidade básica de emaranhamento – dois fótons emaranhados – estabeleceram uma demonstração conclusiva do que a ciência chama de prova de conceito, neste caso, que pelo menos um sujeito humano foi claramente capaz de perceber um único fóton de luz em uma série de ensaios seguindo rigorosos e rigorosos desenhos de estudo e regras estatísticas. No entanto, entrevistas com os cientistas e materiais suplementares para os estudos revelaram que a percepção de fótons individuais era muito vaga e impressionista – e, no entanto, muito acima do acaso que era realmente precisa – e também que nem todo sujeito era, de fato, capaz para perceber com sucesso o único fóton. E que havia uma gama de desempenho e habilidades demonstradas nos sujeitos humanos. Experiência e treinamento apareceram para auxiliar no desempenho.

Neste ponto, notamos ainda que, a propósito dessas descobertas, existem tradições em que os praticantes de formas especiais de meditação observacional treinam intensamente para poder perceber diretamente quantidades minúsculas, a menor quantidade possível de luz possível. Essas tradições, e tais praticantes, existem há séculos nas culturas asiáticas (e provavelmente outras) e existem hoje em todo o mundo, incluindo o Ocidente, devido à disseminação do ensino das técnicas. E, de fato, um corpo significativo e crescente de pesquisas sobre as capacidades sensório-perceptivas e atencionais foi conduzido, e foi demonstrado que entre os praticantes testados, altos níveis de desempenho foram alcançados (ver revisão em Bushell 2009 e Bushell no prelo). ). Diversos estudos investigaram especificamente as habilidades desses profissionais para perceber a quantidade minúscula de luz, e estes também mostraram altos níveis de desempenho. Referimo-nos ao desempenho mais elevado desses praticantes como “perceptores adeptos” e, embora nenhum tenha sido testado especificamente sobre a capacidade de perceber fótons únicos, defendemos fortemente sua incorporação em estudos posteriores de detecção de fótons únicos e, para estudos da capacidade humana de perceber o emaranhamento quântico e outros aspectos da natureza quântica do universo – polarização de fótons, superposição, a aparência potencial da luz como quantizada – tais estudos adicionais foram avidamente propostos por vários desses físicos para sujeitos humanos em geral.

Em termos dessa breve revisão, devemos finalmente acrescentar que também mencionamos a descoberta em nossa pesquisa anterior (ver Seaberg 2011, prefácio de Bushell) de que algumas tradições adeptas deram ênfase especial à importância do que seria descrito em termos neurocientíficos contemporâneos. como formas de percepção multisensoriais, intermodais ou mesmo sinestésicas. Como já sugerimos, acreditamos que essa orientação multissensorial pode integrar as modalidades dos sentidos individuais e, por meio dessa integração, aprimorar ainda mais o desempenho de cada sentido individual e também o conjunto de sentidos simultaneamente. E neste contexto, a extraordinária amplitude, magnitude, precisão, exatidão e hipersensibilidade de todos os sentidos recentemente descobertos na ciência ocidental contemporânea podem revelar a importância específica e holística deste novo corpo de descobertas para uma orientação multisensorial / crossmodal a percepção direta e até o conhecimento direto da natureza do mundo fenomenal, do universo

Partindo especificamente destes pontos gerais para a consideração do programa proposto de exploração e investigação perceptiva humana direta do reino quântico, voltamos agora para o foco do início desta série, a recente proposição feita pelos principais físicos de que o emaranhamento quântico e o problema da medição deve ser dois dos principais temas para estudos baseados no recém descoberto nível de percepção humana.

Como já mencionado, duas principais capacidades humanas relevantes para futuras investigações quânticas que parecem ter sido cientificamente estabelecidas são, então: (a) detecção de fótons únicos (SPD; Tinsley et al 2016) e (b) polarização de fótons (Ropars et al 2011; Temple et al 2015).

É importante ressaltar que pesquisas de ponta utilizando novas inovações tecnológicas e avanços teóricos têm empregado fótons únicos e sua polarização para a investigação de dimensões fundamentais da física quântica. Uma gama de tais dimensões fundamentais está sendo investigada, e deve-se notar aqui que os fundamentos básicos da física quântica ainda estão sendo vigorosamente questionados e explorados, apesar do fato de que muitos no público em geral, assim como na própria física, têm a sensação de que existe uma ortodoxia relativamente estável. Esta é uma questão muito maior fora do âmbito desta série, mas este fato deve ser notado pelo leitor.

Aqui, nós nos concentramos brevemente em vários desses assuntos fundamentais investigados, incluindo o Princípio de Incerteza de Heisenberg (HUP), que inclui a questão da medição, e o chamado “problema de medição” em si, que associado à compreensão da natureza da medição. função de onda.

Recentemente, vários estudos empregando fótons únicos e sua polarização foram conduzidos para testar o famoso e fundamental Princípio de Incerteza de Heisenberg. Em suma, esse princípio foi proposto por Werner Heisenberg na década de 1920, durante os primeiros dias formativos do estabelecimento da mecânica quântica. Derivando da tentativa de Heisenberg de dar sentido a descobertas “anômalas” no reino quântico que pareciam desafiar princípios empíricos e lógicos clássicos, Heisenberg descobriu que, para “encaixar” os dados reais, ele foi forçado a propor partículas subatômicas como elétrons. não pôde ser medido com perfeição em termos da posição ou da localização das partículas e seu momento. Um ou outro destes poderia ser medido com precisão a qualquer momento, o que parecia ser uma descoberta completamente contraditória no contexto da física clássica, baseada como era (e ainda é) no pleno conhecimento de ambos os locais e momentos. de todos os objetos em todos os momentos.

A história da física e a prevalência da revolução quântica naturalmente fornecem a base da realidade física em que vivemos, e as equações da mecânica quântica são as mais precisas e precisas de qualquer descoberta ou desenvolvimento na história. No entanto, o HUP continua a ser desafiado dentro do campo da própria física quântica, e recentemente vários experimentos utilizando fótons e polarização foram usados ​​para fazer isso. De fato, esses estudos encontraram uma inconsistência na formulação original de Heisenberg, na qual se dizia que era um problema de medição que tornava impossível determinar a localização e o momento. De acordo com essa interpretação original, qualquer tentativa de medição nessa escala de matéria e energia invariavelmente perturbaria a posição (localização no espaço) ou o momento (movimento no espaço) da partícula, porque a energia necessária para a medição seria alterada ou “ desestabilizar ”o sistema. Daí, um dos princípios fundamentais da física quântica, a impossibilidade final do conhecimento completo sobre a escala subatômica, o nível mais fundamental do universo.

A pesquisa recente mencionada acima demonstrou, na verdade, que essa interpretação do HUP não é precisa, e essa interpretação também foi baseada em uma confusão na formulação original de Heisenberg (para esclarecer a discussão deste assunto, veja o link para referências). Em termos simplificados, a pesquisa recente emprega o que é chamado de “medição fraca” utilizando fótons únicos, cuja energia não é grande o suficiente para perturbar o sistema, alcançando o que é chamado de resultados experimentais “não-demolidos”. Este procedimento técnico evita o problema de medição que foi inextricavelmente (mas imprecisamente) “entrelaçado” no formalismo do HUP, mas a verdadeira “incerteza” fundamental de tais sistemas de partículas (partículas de onda) é baseada em sua natureza fundamental como ondas, e em relação a todas as ondas, há limites para o que pode ser conhecido sobre quaisquer duas propriedades ou variáveis ​​conjugadas não-comutáveis ​​(complementares) em um determinado momento, como localização e momento; não é um problema de medição, mas sim uma questão baseada no conjunto irredutível de propriedades da estrutura das ondas.

Embora existam limites para o que pode ser conhecido sobre fenômenos de onda em um dado ponto no tempo, existem faixas para tais limites. O HUP está relacionado a outras formas de “princípios de incerteza”, muitas vezes considerados juntos como uma classe de fenômenos referidos como princípios de incerteza de Fourier, nomeados após uma figura importante na história da ciência e matemática, Joseph Fourier (séculos XVIII-XIX). A pesquisa de Fourier e muitas pesquisas científicas e matemáticas subsequentes demonstraram que, quando duas propriedades não-comutadas conjugadas, como a duração e a frequência de um sinal, são consideradas simultaneamente, o produto não é menor do que um certo limite matemático.

No entanto, pesquisas recentes, que mais uma vez visam explorar os limites do funcionamento sensório-perceptivo humano, demonstraram que os seres humanos são capazes de realmente ultrapassar as limitações anteriormente consideradas na audição humana impostas por, neste caso, o princípio da incerteza de Fourier. ao tempo e frequência do som. Pesquisadores do Laboratório de Física Matemática da Universidade Rockefeller demonstraram que os seres humanos poderiam superar – bater – as limitações do princípio da incerteza de Fourier em mais de dez vezes, revelando uma notável acuidade de temporização (Oppenheim & Magnasco 2013, publicada em uma revista líder de física e biofísica, Physical Review Letters).

E aqui, novamente, neste estudo, vemos que há uma ampla gama de desempenho no grupo de sujeitos humanos e que há um aparente fator chave de treinamento envolvido, em que os melhores desempenhos foram encontrados em músicos, compositores, regentes e engenheiros de som. Esses profissionais seriam considerados na categoria de “perito e desempenho excepcional” discutidos em parcelas anteriores, o ramo da neurociência cognitiva desenvolvido pelo ganhador do Prêmio Nobel Herbert A Simon e colegas, um ramo da ciência que foi adaptado para o estudo do sensorial. adeptos perceptivos também (Bushell 2009). Nesta adaptação da estrutura científica, foi demonstrado que os regimes de treinamento de meditação observacional adeptos parecem superar todos os outros com relação à intensidade, extensividade e níveis de desempenho, conforme discutido nesta referência.

Além disso, como mencionado acima e anteriormente, essas tradições adeptas buscam deliberadamente esquemas que são baseados em integração multisensorial, e evidências preliminares sugerem fortemente que esta forma de treinamento pode resultar em aprendizagem perceptual de modalidade cruzada, e mesmo supramodal, e mudanças neuroplásticas vantajosas. Assim, a hiperacuidade temporal e espacial resultante pode transferir-se entre as modalidades de múltiplas maneiras, e a hiperacuidade auditiva pode, desse modo, tornar-se relevante para a percepção multimodal no nível quântico de várias maneiras. Nos próximos capítulos, direcionaremos uma explicação mais completa desse modelo do potencial sensório-perceptivo humano para considerar a pesquisa recente empregando fótons únicos e polarização em investigações de entrelaçamento quântico, a natureza da função de onda em termos do problema de medição e também a Um estudo extraordinário muito recente do “experimento de pensamento amigo de Wigner”, que produziu resultados sugerindo “que dois observadores podem experimentar realidades fundamentalmente diferentes” em termos físicos reais.