Físicos do MIT desvendam mistérios quânticos com equações clássicas e abalam fronteiras da ciência

Em um laboratório do Massachusetts Institute of Technology (MIT), onde equações rabiscadas em quadros-negros desafiam séculos de ortodoxia, dois pesquisadores romperam a barreira que separava o mundo clássico do quântico. Jean-Jacques Slotine, professor de engenharia mecânica e ciências da informação, e Winfried Lohmiller, pesquisador associado, apresentaram uma estrutura matemática capaz de descrever fenômenos quânticos usando apenas princípios da física clássica, tradicionalmente considerados insuficientes para explicar o comportamento subatômico.

A descoberta, publicada na Proceedings of the Royal Society A, parte do princípio clássico da mínima ação, formulado na equação de Hamilton-Jacobi, que determina que partículas seguem trajetórias onde a energia é minimizada. Enquanto a física clássica sempre assumiu um único caminho para cada partícula, a mecânica quântica admite superposições de estados, permitindo que uma partícula explore múltiplas rotas simultaneamente, como no experimento da dupla fenda.

Slotine e Lohmiller introduziram uma inovação decisiva: ao incorporar uma ‘densidade de trajetórias’ análoga à densidade de fluidos, estenderam o princípio da mínima ação para abranger distribuições probabilísticas de caminhos. Essa abordagem não apenas reproduz com precisão os padrões de interferência quântica, mas também simplifica cálculos que antes exigiam somas infinitas de trajetórias, como na formulação de integrais de caminho de Richard Feynman.

A equipe aplicou o novo formalismo ao experimento da dupla fenda e demonstrou que apenas duas trajetórias clássicas — correspondentes à passagem por cada fenda — combinadas com a distribuição de densidade proposta, geram o mesmo padrão de interferência previsto pela equação de Schrödinger. Segundo o portal Bioengineer, a equivalência matemática alcançada sugere que a mecânica quântica pode emergir naturalmente de extensões da física clássica, dispensando conceitos considerados esotéricos até então.

Os resultados também se mostraram eficazes na descrição do tunelamento quântico, onde partículas atravessam barreiras de energia proibidas pela física clássica, e na modelagem de elétrons em átomos de hidrogênio. Até mesmo o entrelaçamento quântico, fenômeno que Einstein descreveu como ‘ação fantasmagórica à distância’, encontrou paralelos no novo arcabouço, indicando que efeitos antes tidos como puramente quânticos podem ter raízes em princípios clássicos ampliados.

A pesquisa reverbera em tecnologias emergentes, especialmente na computação quântica, cujos qubits operam em regimes de energia não-lineares difíceis de analisar com métodos tradicionais. A possibilidade de modelar sistemas quânticos usando ferramentas clássicas mais intuitivas pode acelerar o desenvolvimento de processadores quânticos, além de facilitar a integração entre mecânica quântica e relatividade geral, um dos maiores desafios da física teórica contemporânea.

Os autores enfatizam que o objetivo não é descartar a mecânica quântica, mas oferecer uma nova lente computacional que preserve sua precisão enquanto reduz sua complexidade conceitual. ‘Não estamos dizendo que a física quântica está errada, mas sim que ela pode ser compreendida através de um prisma clássico enriquecido’, declarou Slotine em entrevista ao MIT News. ‘Isso pode tornar a teoria mais acessível a engenheiros e cientistas aplicados, que muitas vezes se deparam com barreiras matemáticas ao trabalhar com sistemas quânticos.’

O trabalho também instiga questões filosóficas sobre a natureza da realidade. Se fenômenos quânticos podem ser descritos por extensões de leis clássicas, a fronteira entre o mundo macroscópico e o subatômico torna-se menos rígida, sugerindo que a aparente estranheza quântica pode ser uma consequência de nossa limitação em observar múltiplas trajetórias simultaneamente. Essa perspectiva dialoga com interpretações minoritárias da mecânica quântica, como a teoria de Bohm, que propõe a existência de variáveis ocultas guiando partículas.

A descoberta do MIT chega em um momento em que a computação quântica avança a passos largos, com potências como EUA e China investindo bilhões em pesquisas para dominar a tecnologia. A capacidade de descrever sistemas quânticos com ferramentas clássicas pode democratizar o acesso a inovações disruptivas, permitindo que países em desenvolvimento reduzam a dependência de modelos teóricos monopolizados por nações hegemônicas.

O artigo On computing quantum waves exactly from classical action, disponível no repositório da Royal Society, promete inspirar uma nova geração de pesquisadores a repensar os fundamentos da ciência. Enquanto a comunidade científica internacional analisa as implicações do estudo, o MIT consolida seu papel como epicentro de uma revolução que pode redefinir os limites do conhecimento humano.