Dupla Fenda

A experiência conhecida por Dupla Fenda é um dos mais intrigantes da física. Ela exemplifica o quanto a senso comum - e a física clássica – se distanciam do domínio da mecânica quântica (MQ). Se você não conhece os efeitos de experiências no domínio da física quântica, irá se surpreender com o resultado desta. No domínio cotidiano, não há um objeto que apresente o comportamento dual de partícula e onda. Imagine este estranho objeto que pode se chocar com um poste como uma esfera de aço ou contornar o mesmo como uma onda de rádio. Impossível? Bom, no mundo macro é improvável você testemunhar isso, mas no domínio micro, na MQ, isso é comum.

Dupla fenda: figura do Wikipédia (1).

Veja, na figura anterior, primeira e segunda parte, o que acontece quando um feixe de luz polarizado passa por um orifício e incide sobre um anteparo. Vamos supor que ambas as fendas existam e que tapamos uma de cada vez nos exemplos apontados. O estranho ocorre na última parte da figura: o resultado da luz no anteparo para os dois orifícios aberto não é a mera soma dos resultados anteriores. Ao invés de dois focos, temos o chamado padrão de franjas característico de interferência de onda. A próxima figura, parte superior, vemos a luz vermelha como de uma lanterna na parede escura. É assim que é observada no anteparo quando uma das fendas é obstruída.

Para um ou duas fendas (2).

Se o resultado com o anteparo aberto fosse a soma de duas exposições, equivaleria a observação de dois focos vermelhos no anteparo escuro. No entanto, observado certa distância entre as fendas e outros detalhes técnicos, o padrão apresentado na parte inferior da figura acima.

As figuras abaixo ilustram o que ocorre na experiência da dupla fenda mesmo quando se é possível disparar fóton a fóton (um por um) se mantendo as fendas abertas.

Construção, ponto a ponto, do padrão de interferência: impactos pontuais de fótons num anteparo sensível a luz. (3)

Paulatinamente, ocorre a construção do padrão de interferência.

Uma densidade maior de impactos. A conclusão é obvia aqui: o fóton (único disparado) interfere consigo mesmo, passando por ambas as fendas simultaneamente.

O interessante é que quando se tenta observar por onde o fóton passa, por quais das fendas, através de sensíveis detectores instalados junto aos orifícios, o padrão de interferência é destruído. Um dos detectores alardeia a passagem do fóton: com isso, não há interferência. É interessante notar que o fato de observarmos o fóton, ou qualquer partícula do domínio da MQ, a sobreposição, a característica de estar em vários lugares simultaneamente (sua onda espalhada pelo espaço) some. 

Neste caso, quando o cientista opta por observar o fóton, é como se este percebesse que se espera um comportamento de partícula (passando por uma fenda ou outra). Ao se desligar os detectores, é como se o fóton recebesse o aviso de que o comportamento esperado é de onda (interferência).

Esta experiência demonstra, sem qualquer dúvida, o comportamento duplo - partícula e onda - presente na luz. Mais ainda, revela que a medição interfere diretamente na experiência: o cientista "forma um conjunto" com sua experiência, influindo no resultado final de forma cabal.

Como se não bastasse tudo isso, outra informação poderá surpreender ainda mais o leitor. Falamos que se instalarmos sensores que possam nos indicar por qual das fendas o elétron (ou fóton) passou, o padrão de interferência é destruído, ou seja, o comportamento como partícula é evidenciado.

Vamos elaborar um pouco mais nosso experimento. Suponha que há um sensor para cada fenda. Quando o elétron (ou fóton) passa por uma delas, o sensor dispara uma pequena luz num dado painel e assim informa que foi acionado. Agora imagine que está luz no painel é comum a ambos os sensores (um processo determinado, embaralha o sinal de ambos os sensores de forma que não podemos os distinguir mais). Isso significa que embora os sensores captem o elétron (ou fóton) na fenda, o cientista não poderá saber por qual fenda ocorreu a passagem, pois a luz acende para ambos os casos. O surpreendente: o fato da informação ser oculta, de não se poder diferenciar qual sensor emitiu o sinal de passagem do fóton,  é suficiente para gerar o padrão de interferência.

Considero a leitura do texto de Osvaldo Pessoa Jr, disponível aqui, de muita importância para melhor compreensão do experimento aqui descrito.

(1) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/YoungsDoubleSlit.png

(2) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Single_slit_and_double_slit2.jpg

(3) http://www.hitachi.com/rd/research/em/doubleslit.html