A Física quântica, também conhecida como mecânica quântica, é uma grande área de estudo que se dedica em analisar e descrever o comportamento dos sistemas físicos de dimensões reduzidas, próximos dos tamanhos de moléculas, átomos e partículas subatômicas. Show Por meio da Física quântica, foi possível compreender os mecanismos dos decaimentos radioativos, das emissão e absorção de luz pelos átomos, da produção de raios x, do efeito fotoelétrico, das propriedades elétricas dos semicondutores etc. Veja também: Física moderna Tópicos deste artigo
Física quântica para leigosQuando entramos na escala dos átomos e moléculas, as leis da Física macroscópica, que são perfeitamente capazes de descrever os estados de movimento dos corpos que cotidianamente vemos ao nosso redor, tornam-se obsoletas e incapazes de determinar quaisquer grandezas físicas relacionadas a partículas tão diminutas. O que acontece no mundo quântico é que as leis da Física não são mais determinísticas, isto é, não são capazes de predizer exatamente onde algum objeto encontra-se, ou em qual velocidade: nada aqui é determinístico, as medidas obtidas de sistemas quânticos são expressas em probabilidades. Atualmente, temos sistemas de medida capazes de fornecer-nos a posição de um objeto com precisões extremamente acertadas. Entretanto, mesmo com a mais avançada das tecnologias, não seríamos capazes de determinar a posição exata de um átomo, por exemplo. Essa impossibilidade não está relacionada à resolução de um aparelho ou à habilidade de um instrumentador, mas sim à própria natureza da Física quântica. Veja também: Modelo-padrão da Física de partículas Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) Essa tal natureza da Física quântica vem mostrando-se ao longo do tempo como uma verdadeira incógnita, por muito tempo incompreendida, que acabou levando muitos físicos a questioná-la, dar-lhe diferentes interpretações ou até mesmo negá-la por completo. Não obstante, também contribuiu para que diversos mitos e crenças fossem criados em torno do conceito da Física quântica. Apesar de parecer “estranha”, a mecânica quântica é uma das teorias da Física de maior sucesso, a precisão dos resultados alcançados por essa teoria chega a ser assustadora. Atualmente a interpretação da mecânica quântica mais popular e aceita é chamada de interpretação de Copenhague, desenvolvida por alguns dos maiores nomes da ciência, como NielsBohr, Max Born, Wolfgang Pauli, WernerHeisenberg e outros.
De acordo com essa interpretação, todos os sistemas quânticos têm uma função de onda que os descreve completamente. Essa função de onda é uma expressão matemática complexa e virtual (sem realidade própria), da qual é possível extrair toda a informação desse sistema. Os resultados obtidos com base nas funções de onda, por sua vez, tratam-se de probabilidades de que algo seja observado ou de que encontremos um átomo em algum nível de energia específico. Ainda, podem ser probabilidades de que um átomo realize uma emissão radioativa, ou de que um nêutron sofra um decaimento, transformando-se em um nêutron e um elétron. As possibilidades são enormes. O desafio dos físicos é o de encontrar a função de onda para o sistema, e isso não é nada fácil — é necessário resolver uma ou mais equações de Schröedinger, essa equação relaciona as energias cinética e potencial dos sistemas quânticos. Veja também: Einstein e a bomba atômica Aplicações da Física quânticaPor meio da Física quântica, é possível compreender
OrigemO surgimento da Física quântica moderna deu-se em 1920, quando o físico alemão Max Planck logrou explicar o mecanismo da emissão de corpo negro e a sua relação com um bizarro erro nos cálculos da época, chamado catástrofe ultravioleta. Acontece que os corpos negros, objetos capazes de absorver toda a radiação que é direcionada a eles, reemitindo-a em forma de radiação térmica, não a emitiam da forma como era esperado pela teoria eletromagnética vigente. Para resolver a situação, Max Planck sugeriu que a energia do campo eletromagnético fosse quantizada, isto é, subdividida em pequenos pacotes de energia, que, pouco mais tarde, viriam a ser chamados de fótons — os quanta de energia. A interpretação dada por Planck à radiação de corpo negro não foi bem aceita (nem mesmo por ele), entretanto, alguns anos depois, Albert Einsteinfez uso do mesmo argumento e obteve sucesso ao explicar o efeito fotoelétrico. Em 1905, Einstein publicou uma série de artigos que marcou a data como o “ano miraculoso da Física”, mas a sua consagração veio pelo seu prêmio Nobel de Física, por explicar o mecanismo por trás da fotoeletricidade. Einstein havia concluído que a luz tanto se comporta como partícula, quanto como onda. Esse comportamento ficou conhecido como a natureza dual da luz. Veja também: Forças fundamentais da natureza Em 1924 foi a vez de Louisde Brogliecontribuir com a mecânica quântica. De Broglie publicou, em sua tese de doutorado, que as partículas quânticas também apresentam um comprimento de onda, assim como a luz e, portanto, deveriam apresentar comportamento ondulatório em determinadas condições. O físico francês previu que os elétrons deveriam apresentar um padrão de interferência ao serem submetidos ao experimento de dupla fenda, assim como as ondas apresentam. Em 1927, sua hipótese foi confirmada pelo experimento de Davisson-Germer: estava estabelecida a dualidade entre onda e matéria. O motivo por trás do comportamento dual da matéria permaneceu desconhecido até que, em 1927, Werner Heisenberg enunciou um princípio físico derivado das propriedades matemáticas da teoria quântica. De acordo com esse princípio, conhecido como o princípio da incerteza, há pares de variáveis que não podiam ser medidos simultaneamente com total precisão. A essas variáveis dá-se o nome de variáveis conjugadas. Posição e velocidade, por exemplo, são grandezas físicas que não podem ser determinadas com total precisão no mundo quântico: se soubermos com grande precisão a velocidade em que um átomo encontra-se, perdemos completamente a precisão em sua posição, de maneira similar, se conseguíssemos medir a velocidade de um átomo, não poderíamos dizer qual é a sua posição naquele mesmo instante. Para compreender o princípio da incerteza, basta pensar em como enxergamos as coisas: a luz que emana dos objetos deve chegar aos nossos olhos, para que essa informação seja traduzida por nosso cérebro. Em outras palavras, para vermos, precisamos trocar fótons com os arredores. No caso de átomos e partículas, isso é mais sério do que parece: imagine que você queira saber onde está um átomo, para fazê-lo você precisaria emitir um fóton em sua direção, mas, ao fazer isso, o átomo ganharia velocidade por causa da colisão, de modo que você não saberia dizer mais onde ele está. Logo, o princípio da incerteza permite entendermos um pouco melhor a dualidade onda matéria: no mundo quântico, as grandezas físicas comportam-se de forma não determinística, como se fossem ondas, cujas amplitudes são, na verdade, probabilidades. Veja também: Física nuclear Física quântica, espiritualidade e pseudociênciaHoje em dia, tornou-se comum lermos anúncios de cursos, curas milagrosas, produtos revolucionários, terapias infalíveis, orações para atrair dinheiro, e até métodos de cura em que se empregam termos relativos à Física quântica. No entanto, é necessário salientar que em nenhum desses casos há relação direta com os conhecimentos que resultaram da pesquisa em Física quântica. Tratam-se, na verdade, de uma apropriação indevida, que só se tornou possível graças à ignorância de uma grande parte da população, quando se trata da Física moderna e contemporânea. A compreensão da Física quântica envolve o domínio de um grande formalismo matemático e muito conhecimento de Física, Álgebra, Geometria, Eletrodinâmica e etc. Por isso, são necessários muitos anos de estudo para compreendê-la de maneira minimamente aceitável para os padrões acadêmicos. É verdade também que muitas pessoas acreditam que suas práticas são pautadas nos fenômenos quânticos, e não é incomum encontrarmos depoimentos de pessoas que se sentiram melhores ao recorrerem a essas ações. Entretanto, podemos citar razões que desmentem a eficácia das chamadas práticas quânticas:
Em razão da grande falta de conhecimento acerca do real significado atrelado à palavra quântico, é natural que essa se envolva de misticismo, fazendo com que a vejamos ser frequentemente usada nos contextos mais improváveis: palestras motivacionais, cursos de coaching quântico, orações quânticas, cosméticos quânticos, curas quânticas etc. Apesar de muito distintos, todos esses anúncios têm algo em comum: são pseudocientíficos e, em sua maioria, visam lucro. Portanto, em alguns casos, podem ser chamados de charlatanismo, cujo objetivo é o de agregar valor e confiabilidade a produtos, serviços ou costumes ordinários em sua essência. Quando você perceber o emprego de conceitos muito abstratos em contextos pouco prováveis, desconfie e procure buscar informações em fontes confiáveis, como em sites educacionais consagrados, páginas vinculadas a instituições de educação ou em artigos científicos. A informação é a única forma de prevenir-se de golpes, charlatanismo e outros tipos de crendices que usam, de maneira indevida, o nome de áreas do conhecimento que são consagradas, mas conhecidas por poucos. Veja também: Teoria das cordas LivrosSe você tem interesse em entender melhor como funciona a Física quântica, mas é leigo, ou gostaria de consultar fontes confiáveis sobre essa área da Física, confira alguns livros que podem ajudar-te a compreender melhor o estranho mundo quântico:
[1] Créditos da imagem: Benjamin Couprie, Institut International de Physique de Solvay / Wikimedia Commons. Por Me. Rafael Helerbrock O que é uma função de onda na mecânica quântica?Função de onda na mecânica quântica é uma função que descreve o estado quântico de um sistema de uma ou mais partículas, e contém todas as informações sobre o sistema considerado isolado.
Qual a importância da mecânica quântica?A Mecânica Quântica é um ramo fundamental da Física com vasta aplicação. A teoria quântica fornece descrições precisas para muitos fenômenos previamente inexplicados tais como a radiação de corpo negro e as órbitas estáveis do elétron.
Qual a importância da equação de onda de Schrödinger?A Equação de Schrödinger permite calcular a função de onda Ψ (r,t), associada a uma partícula que se move dentro de um campo de forças descrito por um potencial V (r,t) .
O que é equação quântica?Na mecânica quântica, a equação de Schrödinger é uma equação diferencial parcial linear que descreve como o estado quântico de um sistema físico muda com o tempo. Foi formulada no final de 1925, e publicada em 1926, pelo físico austríaco Erwin Schrödinger.
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