Ação à distância - Action at a distance
Na física , ação à distância é o conceito de que um objeto pode ser movido, alterado ou de outra forma afetado sem ser fisicamente tocado (como no contato mecânico) por outro objeto. Ou seja, é a interação não local de objetos separados no espaço.
Este termo foi usado com mais frequência no contexto das primeiras teorias da gravidade e eletromagnetismo para descrever como um objeto responde à influência de objetos distantes. Por exemplo, a lei de Coulomb e a lei da gravitação universal de Newton são teorias muito antigas.
De forma mais geral, "ação à distância" descreve o fracasso das primeiras teorias atomísticas e mecanicistas que buscavam reduzir toda interação física à colisão. A exploração e a resolução deste fenômeno problemático levaram a desenvolvimentos significativos na física, desde o conceito de um campo, às descrições do emaranhamento quântico e as partículas mediadoras do Modelo Padrão .
Eletricidade e magnetismo
O filósofo William de Ockham discutiu a ação à distância para explicar o magnetismo e a capacidade do Sol de aquecer a atmosfera da Terra sem afetar o espaço intermediário.
Os esforços para explicar a ação à distância na teoria do eletromagnetismo levaram ao desenvolvimento do conceito de um campo que media as interações entre correntes e cargas através do espaço vazio. De acordo com a teoria do campo, consideramos a interação Coulomb (eletrostática) entre as partículas carregadas pelo fato de as cargas produzirem em torno de si um campo elétrico , que pode ser sentido por outras cargas como uma força. Maxwell abordou diretamente o assunto da ação à distância no capítulo 23 de seu A Treatise on Electricity and Magnetism em 1873. Ele começou revisando a explicação da fórmula de Ampère dada por Gauss e Weber . Na página 437 ele indica o desgosto dos físicos com a ação à distância. Em 1845, Gauss escreveu a Weber desejando "ação, não instantânea, mas propagada no tempo de maneira semelhante à da luz". Essa aspiração foi desenvolvida por Maxwell com a teoria de um campo eletromagnético descrito pelas equações de Maxwell , que usavam o campo para explicar de maneira elegante todas as interações eletromagnéticas, agora incluindo também a luz (que, até então, só havia sido suspeitada como um fenômeno relacionado). Na teoria de Maxwell, o campo é sua própria entidade física, transportando momentos e energia através do espaço, e a ação à distância é apenas o efeito aparente das interações locais de cargas com seu campo circundante.
A eletrodinâmica foi posteriormente descrita sem campos (no espaço de Minkowski ) como a interação direta de partículas com vetores de separação semelhantes à luz . Isso resultou na integral de ação Fokker-Tetrode-Schwarzschild. Este tipo de teoria eletrodinâmica é freqüentemente chamado de "interação direta" para distingui-la das teorias de campo onde a ação à distância é mediada por um campo localizado (localizado no sentido de que sua dinâmica é determinada pelos parâmetros de campo próximos). Esta descrição da eletrodinâmica, em contraste com a teoria de Maxwell, explica a ação aparente à distância, não postulando uma entidade mediadora (um campo), mas apelando para a geometria natural da relatividade especial.
A eletrodinâmica de interação direta é explicitamente simétrica no tempo e evita a energia infinita prevista no campo imediatamente ao redor das partículas pontuais. Feynman e Wheeler mostraram que ele pode ser responsável pela radiação e amortecimento radiativo (que foram considerados fortes evidências para a existência independente do campo). No entanto, várias provas, começando com a de Dirac , mostraram que as teorias de interação direta (sob suposições razoáveis) não admitem formulações Lagrangianas ou Hamiltonianas (esses são os chamados Teoremas de Não Interação ). Também significativa é a medição e a descrição teórica do deslocamento de Lamb, que sugere fortemente que as partículas carregadas interagem com seu próprio campo. Os campos, por causa dessas e de outras dificuldades, foram elevados a operadores fundamentais na Teoria Quântica de Campos e a física moderna abandonou amplamente a teoria da interação direta.
Gravidade
Newton
A teoria clássica da gravidade de Newton não ofereceu nenhuma perspectiva de identificar qualquer mediador da interação gravitacional. Sua teoria presumia que a gravitação atua instantaneamente, independentemente da distância. As observações de Kepler deram forte evidência de que no movimento planetário o momento angular é conservado. (A prova matemática é válida apenas no caso de uma geometria euclidiana .) A gravidade também é conhecida como uma força de atração entre dois objetos por causa de sua massa.
De uma perspectiva newtoniana, a ação à distância pode ser considerada como "um fenômeno em que uma mudança nas propriedades intrínsecas de um sistema induz uma mudança nas propriedades intrínsecas de um sistema distante, independentemente da influência de quaisquer outros sistemas no sistema distante , e sem que haja um processo que carregue essa influência contiguamente no espaço e no tempo ”(Berkovitz 2008).
Uma questão relacionada, levantada por Ernst Mach , era como os corpos em rotação sabem quanto inchar no equador. Isso, ao que parece, requer uma ação à distância da matéria distante, informando o objeto em rotação sobre o estado do universo. Einstein cunhou o termo princípio de Mach para essa questão.
É inconcebível que a matéria inanimada, sem a mediação de outra coisa, que não é material, opere e afete outra matéria sem contato mútuo ... Essa gravidade deve ser inata, inerente e essencial à matéria, para que um corpo possa agir sobre outro à distância através de um vácuo, sem a mediação de qualquer outra coisa, por meio do qual sua ação e força podem ser transmitidas de uma para outra, é para mim um absurdo tão grande que não acredito que nenhum homem que tenha em questões filosóficas uma faculdade de pensamento competente pode sempre cair nisso. A gravidade deve ser causada por um Agente agindo constantemente de acordo com certas leis; mas seja este Agente material ou imaterial, deixei para a consideração de meus leitores.
- Isaac Newton, Cartas para Bentley, 1692/3
Diferentes autores tentaram esclarecer os aspectos da ação remota e do envolvimento de Deus com base em investigações textuais, principalmente a partir dos Princípios Matemáticos da Filosofia Natural , a correspondência de Newton com Richard Bentley (1692/93) e as Perguntas que Newton introduziu no fim do livro Opticks nas três primeiras edições (entre 1704 e 1721).
Andrew Janiak , em Newton como filósofo , considerou que Newton negou que a gravidade pudesse ser essencial para a matéria, rejeitou a ação direta à distância e também rejeitou a ideia de uma substância material. Mas Newton concordou, na visão de Janiak, com um éter imaterial , que ele considerou que Newton se identifica com o próprio Deus : "Newton obviamente pensa que Deus pode ser o próprio" meio imaterial "subjacente a todas as interações gravitacionais entre os corpos materiais."
Steffen Ducheyne, em Newton on Action at a Distance , considerou que Newton nunca aceitou a ação remota direta, apenas intervenção material ou substância imaterial.
Hylarie Kochiras, no problema da contagem de substâncias Gravity and Newton , argumentou que Newton estava inclinado a rejeitar a ação direta, dando prioridade à hipótese de um ambiente intangível. Mas, em seus momentos especulativos, Newton oscilou entre aceitar e rejeitar a ação remota direta. Newton, segundo Kochiras, afirma que Deus é um onipresente virtual, a força / agente deve subsistir em substância e Deus é onipresente substancialmente, resultando em uma premissa oculta, o princípio da ação local.
Eric Schliesser, no monismo de substância de Newton , na ação distante e na natureza do empirismo de Newton , argumentou que Newton não recusa categoricamente a ideia de que a matéria é ativa e, portanto, aceitou a possibilidade de uma ação direta à distância. Newton afirma a onipresença virtual de Deus, além de sua onipresença substancial.
John Henry, em Gravity and De gravitatione: The Development of Newton's Ideas on Action at the Distance , também argumentou que a ação remota direta não era inconcebível para Newton, rejeitando a ideia de que a gravidade pode ser explicada pela matéria sutil, aceitando a ideia de um onipotente Deus , e rejeitando a atração epicurista.
Para uma discussão mais aprofundada, ver Ducheyne, S. "Newton on Action at a Distance". Jornal da História da Filosofia vol. 52.4 (2014): 675–702.
Einstein
De acordo com a teoria da relatividade especial de Albert Einstein , a ação instantânea à distância viola o limite superior relativístico da velocidade de propagação da informação. Se um dos objetos em interação fosse repentinamente deslocado de sua posição, o outro objeto sentiria sua influência instantaneamente, o que significa que a informação foi transmitida mais rápido do que a velocidade da luz .
Uma das condições que uma teoria relativística da gravitação deve cumprir é que a gravidade seja mediada por uma velocidade que não excede c , a velocidade da luz no vácuo. A partir do sucesso anterior da eletrodinâmica, era previsível que a teoria relativística da gravitação tivesse que usar o conceito de campo , ou algo semelhante.
Isso foi alcançado pela teoria da relatividade geral de Einstein , na qual a interação gravitacional é mediada pela deformação da geometria do espaço-tempo. A matéria distorce a geometria do espaço-tempo e esses efeitos são - como os campos elétricos e magnéticos - propagados à velocidade da luz. Assim, na presença da matéria, o espaço-tempo torna-se não euclidiano , resolvendo o aparente conflito entre a prova de Newton da conservação do momento angular e a teoria da relatividade especial de Einstein .
A questão de Mach a respeito da protuberância de corpos em rotação foi resolvida porque a geometria local do espaço-tempo está informando um corpo em rotação sobre o resto do universo. Na teoria do movimento de Newton, o espaço atua sobre os objetos, mas não é atuado. Na teoria do movimento de Einstein, a matéria atua sobre a geometria do espaço-tempo, deformando-a; e a geometria espaço-temporal atua sobre a matéria, afetando o comportamento das geodésicas .
Como consequência, e ao contrário da teoria clássica, a relatividade geral prevê que as massas em aceleração emitem ondas gravitacionais , ou seja, distúrbios na curvatura do espaço-tempo que se propagam para fora na velocidade da luz. Sua existência (como muitos outros aspectos da relatividade ) foi confirmada experimentalmente por astrônomos - mais dramaticamente na detecção direta de ondas gravitacionais originadas de uma fusão de buraco negro quando passaram pelo LIGO em 2015.
Mecânica quântica
Desde o início do século XX, a mecânica quântica apresentou novos desafios para a visão de que os processos físicos devem obedecer à localidade . Se o emaranhamento quântico conta como ação à distância depende da natureza da função de onda e da decoerência , questões sobre as quais ainda há um debate considerável entre cientistas e filósofos.
Uma linha importante de debate originou-se com Einstein, que desafiou a ideia de que a mecânica quântica oferece uma descrição completa da realidade, juntamente com Boris Podolsky e Nathan Rosen . Eles propuseram um experimento mental envolvendo um par emaranhado de observáveis com operadores não comutantes (por exemplo, posição e momento).
Esse experimento mental, que veio a ser conhecido como paradoxo EPR , depende do princípio da localidade. Uma apresentação comum do paradoxo é a seguinte: duas partículas interagem e voam em direções opostas. Mesmo quando as partículas estão tão distantes umas das outras que qualquer interação clássica seria impossível (ver o princípio da localidade ), a medição de uma partícula determina o resultado correspondente de uma medição da outra.
Após o artigo do EPR, vários cientistas como de Broglie estudaram teorias de variáveis ocultas locais . Na década de 1960, John Bell derivou uma desigualdade que indicava uma diferença testável entre as previsões da mecânica quântica e as teorias de variáveis ocultas locais . Até o momento, todos os experimentos que testam desigualdades do tipo Bell em situações análogas ao experimento de pensamento EPR têm resultados consistentes com as previsões da mecânica quântica, sugerindo que as teorias de variáveis ocultas locais podem ser descartadas. Se isso é interpretado ou não como evidência de não localidade, depende da interpretação da mecânica quântica de alguém .
As interpretações da mecânica quântica variam em sua resposta aos experimentos do tipo EPR. A interpretação de Bohm fornece uma explicação baseada em variáveis ocultas não locais para as correlações vistas no emaranhamento. Muitos defensores da interpretação de muitos mundos argumentam que ela pode explicar essas correlações de uma forma que não exige uma violação da localidade, permitindo que as medições tenham resultados não únicos.
Se "ação" é definida como uma força, trabalho físico ou informação, então deve ser afirmado claramente que o emaranhamento não pode comunicar a ação entre duas partículas emaranhadas (a preocupação de Einstein sobre "ação fantasmagórica à distância" não viola realmente a relatividade especial ). O que acontece no emaranhamento é que uma medição em uma partícula emaranhada produz um resultado aleatório, então uma medição posterior em outra partícula no mesmo estado quântico emaranhado (compartilhado) deve sempre produzir um valor correlacionado com a primeira medição. Uma vez que nenhuma força, trabalho ou informação é comunicada (a primeira medição é aleatória), o limite de velocidade da luz não se aplica (veja Emaranhamento quântico e experimentos de teste de Bell ). Na interpretação padrão de Copenhagen , conforme discutido acima, o emaranhamento demonstra um efeito não local genuíno da mecânica quântica, mas não comunica informações, sejam quânticas ou clássicas.
Veja também
Referências
Este artigo incorpora texto de uma obra de conteúdo livre . Licenciado sob CC-BY-SA Texto retirado da ação de Newton à distância - Diferentes visões , Nicolae Sfetcu,