O que é mecânica quântica? Parte 2

por **Trinity** Sex maio 27, 2016 10:53 pm

O experimento das duas fendas: quando partícula e onda se encontram

Eu disse que a luz e as partículas subatômicas sempre se comportam ou como onda ou como corpúsculo, nunca como ambos ao mesmo tempo. Mas é difícil resistir a imaginar uma situação onde os dois comportamentos se encontram de alguma forma, para ver o que pode acontecer! Seria possível fazer com que os dois comportamentos apareçam na mesma partícula e no mesmo experimento, ainda que em momentos diferentes? O que acontece numa situação dessas?

Isso é possível. Vejamos uma situação assim: o experimento das duas fendas. Neste momento, é melhor falar mais por figuras do que por palavras.

No experimento, joga-se luz sobre um anteparo com duas fendas estreitas, como na figura abaixo. A luz que passa pelos dois orifícios incide sobre uma placa fotográfica. Aqui, uma vela produz a luz, que passa por um primeira fenda num primeiro anteparo para tornar-se mais uniforme (a luz provinda de uma fonte com forma de ponto é mais uniforme que a vinda de um objeto extenso e de formato complicado). Depois, esta luz mais uniforme passa sobre as tais duas fendas.

O quantum ao nosso redor

Tudo isso pode parecer muito “estratosférico”. Afinal, átomos e partículas subatômicas são muito pequenas e, no mundo real, e superposições quânticas são inobserváveis em objetos macroscópicos...

No entanto, muitos fenômenos físicos importantes para a tecnologia moderna envolvem o comportamento dos átomos e, assim, são afetados pelos fenômenos quânticos descobertos a partir de 1900. Correntes elétricas, por exemplo. Foi com a teoria quântica que John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley inventaram o transistor em 1947. Esse dispositivo causou uma revolução na eletrônica e permitiu o aparecimento dos microcomputadores modernos. Tudo que usa chip, de telefones celulares a registros eletrônicos em contra-capas de livros, baseiam-se na teoria quântica.

Os lasers também são explicados e projetados com base nessa teoria – logo, sempre que usamos um CD, um DVD ou um blu-ray, estamos usando tecnologia projetada com base quântica. O mesmo para as usinas nucleares (que usam a quântica junto com a relatividade), tecnologias que usam materiais que emitem calor e luz, como resistências elétricas e filamentos de lâmpadas incandescentes (usam a fórmula de Planck para radiação térmica), e também células fotoelétricas e lâmpadas fluorescentes. Além disso, a teoria quântica é usada para explicar o funcionamento do Sol, para determinar a composição química das estrelas distantes a partir de sua luz e muitas outras coisas. Enquanto isso, novas tecnologias estão sendo nascendo, como o computador quântico.

Com o advento da tecnologia moderna, a humanidade passou a viver num mundo cercado de manifestações dos quanta.

A física se move

Se todas as partículas exibem fenômeno quânticos, então toda a física teve que ser alterada. Assim, além de uma mecânica quântica, existe hoje um a teoria quântica da eletricidade, do magnetismo, das forças nucleares e assim por diante. Mas isto ainda não terminou. Não existe ainda uma teoria quântica da gravidade. Esta é uma das principais fronteiras da física teórica atualmente. Há apenas algumas teorias hipotéticas (como a das supercordas), esperando pelos testes experimentais em laboratório. Uma das coisas que o famoso acelerador de partículas em Genebra, o LHC, deverá fazer é ajudar a testar essas teorias. Dificilmente haverá um teste tira-teima, pois isto exigiria um aparelho muitíssimo maior. Mas, se tivermos sorte, poderemos avançar muito neste conhecimento.
Para saber mais - O livro de John Gribbin, "Fique por dentro da física moderna", contém informações muito acessíveis e didáticas sobre a mecânica quântica e o resto da física moderna (e um pouco de física clássica, também). Muito bom.

Resumo
A quantização da energia diz que a energia não é sempre contínua; há casos em que apenas alguns valores específicos são permitidos.

Para passar de um nível permitido para outro, a partícula não pode passar pelas energias intermediárias, "proibidas", então deve dar um "salto quântico".

Partículas (incluindo fótons de luz) têm comportamento dual: comportam-se como ondas enquanto estão transitando pelo espaço, mas podem comportar-se como corpúsculos quando interagem com a matéria.

A mecânica quântica é indeterminista: só prevê probabilidade e médias, não tendo instrumentos teóricos para fazer previsões precisas sobre eventos individuais.

Alguns cientistas, como Albert Einstein, acreditavam que o determinismo poderia ser recuperado se se completasse a mecânica quântica de alguma forma. O teorema de Bell, entretanto, sepultou essas esperanças.

Muitas tecnologias modernas estão baseadas na mecânica quântica, dos chips aos lasers.