sexta-feira, 20 de dezembro de 2013

O SURGIMENTO DA FÍSICA QUÂNTICA - Silvio Seno Chibeni

Introdução a Física Quântica - 83min.

O SURGIMENTO DA FÍSICA QUÂNTICA
(NOTAS DE AULA)
SILVIO SENO CHIBENI

Departamento de Filosofia - IFCH - UNICAMP

A história das grandes transformações sofridas pela física e que culminaram na formulação da mecânica quântica na segunda metade da década de 1920 começou no primeiro ano do século, quando Max Planck logrou explicar, através de uma hipótese que a ele próprio repugnava, o espectro de radiação do corpo negro.

Um pequeno orifício aberto em um corpo oco representa aproximadamente um “corpo negro” (não confundir com “buraco negro”, que é algo muito diferente!). Tal orifício aparecerá negro para corpos em temperaturas usuais, daí advindo o seu nome. No entanto, à medida que a temperatura se eleva, o orifício se torna vermelho, depois amarelo e, finalmente, branco (neste ponto, ou mesmo antes, o material se funde; fenômeno do mesmo tipo pode ser observado aquecendo-se um pedaço de metal.) A cada temperatura corresponde uma coloração da luz emitida, que resulta da mistura de radiações luminosas de diferentes frequências; cada frequência contribui na mistura em uma determinada proporção, fornecendo uma determinada parcela de energia à energia total irradiada pelo orifício. Essas proporções podem ser medidas experimentalmente. A figura abaixo mostra o gráfico de uma grandeza proporcional à energia irradiada em função do comprimento de onda.
Figura 1: Espectro de radiação do corpo negro, para T=1600oK.
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Cálculos dessa grandeza a partir das teorias clássicas  eletromagnetismo, mecânicas clássica e estatística  fornecem resultados em completo desacordo com os dados empíricos, como se vê no gráfico (curva de Rayleigh-Jeans), exceto na região de altos comprimentos de onda (ou baixas frequências). Essa discrepância constituiu um problema grave para a física do final do século passado. Depois de várias tentativas fracassadas de obter os resultados experimentais corretos através de manipulações nas teorias clássicas, Planck percebeu que com a simples introdução da hipótese de que os osciladores eletrônicos, responsáveis pela emissão da radiação eletromagnética (luz), só podem vibrar com determinados valores de energia podia obter previsões teóricas em perfeito acordo com a experiência. Ora, tal hipótese, além de ad hoc, não parecia ser fisicamente admissível, dada a sua incompatibilidade com um ponto básico das teorias da época. A quantização da energia de oscilação dos elétrons conflita com o caráter contínuo da energia, conforme sempre se aceitou, e com boas razões, inclusive de ordem experimental.

Malgrado a repugnância que lhes causava, e a desestruturação das bases da física que acarretava, essa hipótese acabou sendo provisoriamente tolerada pelos físicos, pois era a única de que se dispunha para dar conta dos fatos. Prosseguiu-se, porém, imaginando que a quantização ocorreria apenas nos osciladores eletrônicos atômicos, mas não na energia irradiada, que, segundo o eletromagnetismo, se propaga na forma de ondas eletromagnéticas.

Em 1905, porém, Einstein propôs, no segundo dos três artigos que publicou naquele mesmo ano (do primeiro já falamos; o terceiro artigo deu a público a teoria da relatividade especial), que a quantização deveria ser estendida à energia eletromagnética livre. Essa ideia de Einstein, talvez ainda mais inaceitável que a de Planck, surgiu no contexto de suas investigações de um fenômeno descoberto por Hertz em 1887, o chamado efeito fotoelétrico. Tal efeito consiste no favorecimento da emissão de raios catódicos (elétrons) propiciado pela incidência de luz sobre o cátodo. Um esquema simplificado do aparelho para a observação do efeito é o seguinte:
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Figura 2: O efeito fotoelétrico.
Até o trabalho de Einstein, esse fenômeno não despertou muito a atenção dos físicos. Supunha-se que a energia transferida pelas ondas eletromagnéticas de luz aos elétrons do cátodo provocava o seu desprendimento, para que se movessem na direção do ânodo, formando-se assim uma corrente elétrica através do circuito. Ao propor que a energia eletromagnética da luz era quantizada, ou seja, que se propagava em “pedaços”, ou “quanta” (posteriormente batizados com o nome de fótons), Einstein previu que se fossem realizados experimentos para a medição de certos parâmetros do efeito fotoelétrico, os resultados mostrariam que sua hipótese, e somente ela, forneceria as previsões corretas. Essas inusitadas previsões eram: 1) que a energia cinética dos elétrons independeria da intensidade da luz; 2) que existiria uma freqüência de corte da luz incidente, abaixo da qual o efeito cessa, não importando quão intensa seja a luz; e 3) que os elétrons seriam ejetados imediatamente, não importando quão baixa seja a intensidade da luz.
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Ora, essas três previsões contrariam de modo frontal as previsões clássicas, que partem do pressuposto de que a luz é uma onda eletromagnética, e que portanto a energia que transporta se distribui continuamente pelo espaço.

Para perplexidade geral, medições cuidadosas realizadas em 1914 pelo grande experimentalista americano Robert Millikan confirmaram as previsões de Einstein. Foi por este trabalho e pela determinação da razão carga/massa do elétron que Millikan ganhou o Prêmio Nobel, em 1923; e foi por haver explica

do (antecipadamente!) as observações de Millikan que Einstein ganhou o seu, em 1921.
Uma importante confirmação independente da hipótese do quantum de luz surgiu em 1923, com a detecção, pelo físico americano Arthur Compton, de um fenômeno que ficou conhecido como efeito Compton. Em seu experimento Compton bombardeou um alvo de grafite com raios-X de uma dada frequência. Medindo a frequência da radiação espalhada pelo alvo, verificou que surgia, ao lado da esperada radiação com a frequência da radiação incidente, outra com frequência menor. Em termos da teoria ondulatória da radiação eletromagnética  e tinha-se como certo que os raios-X eram uma radiação desse tipo, já que se haviam observado difração e interferência de raios-X , a existência da radiação “anômala” detectada era completamente inexplicável. Se se assume, porém, que os raios-X também são quantizados, ou seja, consistem de “partículas”, o efeito pode ser explicado em termos simples. Ao colidir com os elétrons do grafite, tais partículas transferem-lhes parte de sua energia, sendo pois refletidas com menos energia do que tinham antes. Essa perda de energia pode ser calculada pelas leis da mecânica relativista de Einstein. Usando então a relação entre energia e frequência proposta por Planck e Einstein, ou seja, E = hf (onde h é a chamada constante de Planck), pode-se calcular o quanto essa perda de energia significa em termos de diminuição de frequência. O valor obtido concorda perfeitamente com os dados experimentais. Por esse trabalho, que forneceu esmagadora evidência à natureza corpuscular da radiação eletromagnética, Compton recebeu o Prêmio Nobel em 1927. A Figura 3 esquematiza o efeito Compton e sua explicação em termos do quantum de radiação.

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Figura 3: O efeito Compton e sua explicação em termos de fótons.
As investigações de Planck, Einstein, Millikan e Compton ressuscitaram as discussões sobre a natureza da luz, que se julgava extintas pelo final do século passado.
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Agora, porém, estava-se diante de uma dificuldade com que a física nunca topara antes. É que não se podia simplesmente abandonar a concepção ondulatória da luz para retomar a concepção corpuscular. Se se fizesse isso, se solucionariam os novos problemas (explicar o espectro do corpo negro e os efeitos fotoelétrico e Compton), mas à custa da exumação de vários outros que pareciam definitivamente resolvidos pela teoria ondulatória eletromagnética de Maxwell (difração e interferência da luz, correlações entre os parâmetros ópticos e eletromagnéticos). Os físicos viam-se por assim dizer entre a cruz e a espada: conserta-se de um lado para estragar do outro, e vice-versa. Ambas as concepções de luz, ondulatória e corpuscular, são requeridas para a explicação da totalidade dos fenômenos. O nó da questão é que tais concepções são claramente inconciliáveis. Veremos agora que embaraço análogo envolve as concepções de átomo, elétron, próton, etc.

Narramos acima, em termos brevíssimos, a história da teoria atômica, e vimos como a hipótese de que a matéria dita “ponderável” é composta de corpúsculos de algum tipo se tornou aceita pela comunidade científica no início de nosso século. Sua incorporação à teoria química de Dalton e à mecânica estatística, seu uso por Einstein na explicação do movimento browniano, e a confirmação empírica das equações que obteve, as investigações experimentais de J. J. Thomson, Rutherford e colaboradores, e finalmente o sucesso do modelo atômico de Bohr na previsão de fenômenos importantes, praticamente eliminavam as dúvidas de que a matéria ponderável seria descontínua, constituída de pequenos “pedaços”.

No entanto, como também já mencionamos, a teoria quântica velha de Bohr, que representava o refinamento máximo alcançado pela teoria atômica, era insatisfatória do ponto de vista de sua consistência e de seus fundamentos, além de sofrer sérias limitações em sua capacidade de previsão quantitativa. Do ponto de vista mecânico, o que havia de mais estranho era a quantização das energias, e portanto das órbitas, dos elétrons. Por que motivo os elétrons não podiam orbitar senão a determinadas distâncias do núcleo?

Intrigado com essa questão, o jovem nobre francês Louis de Broglie imaginou o seguinte: Na física, os únicos fenômenos que exibem uma quantização desse tipo são determinados fenômenos ondulatórios. (O ar nos tubos de um órgão e as cordas de um piano, por exemplo, só vibram em determinadas freqüências.) Também, se os trabalhos de Planck, Einstein e Compton haviam mostrado que a radiação eletromagnética, tida como um tipo de onda, às vezes se comporta como se fosse composta de partículas, por uma questão estética (simetria) talvez devamos esperar que os átomos, elétrons e outros entes tidos como partículas, às vezes se comportem como ondas...

Motivado por tais ideias, de Broglie resolveu arriscadamente desenvolvê-las em sua tese de doutorado. Sua proposta era a de que a cada partícula (elétron, átomo, etc.) estaria associada uma “onda de matéria” que ditaria parcialmente o seu comportamento. Essa onda teria uma freqüência determinada pela energia da partícula através da mesma equação que Einstein usara para determinar a energia do fóton a partir de sua frequência, ou seja, E = hf.

Naturalmente, a proposta causou espécie, e o orientador do aspirante a cientista, Paul Langevin, resolveu, por prudência, fazer o trabalho de seu pupilo passar pelo crivo de Einstein, antes da defesa de tese. Para a salvação de de Broglie, o cientista apoiou entusiasticamente sua ideia, que, enfatizamos, não estava apoiada em nenhuma evidência 7 empírica direta. Assim, de Broglie recebeu o seu título, em 1924 e, cinco anos depois, o Prêmio Nobel.

A confirmação experimental da ideia de de Broglie tem uma história interessante. Respondendo a um membro da banca examinadora, na Sorbonne, de Broglie disse que sua ideia poderia ser verificada projetando-se um feixe de elétrons sobre um cristal: efeitos de difração e interferência seriam observados, como se se tratasse de uma onda. Ninguém acreditou; mas em todo o caso o trabalho contava com o apoio de Einstein...

Através do próprio Einstein, a estranha ideia chegou, via Max Born, a James Franck, chefe do departamento de física experimental de Götingen. Franck percebeu que a experiência sugerida por de Broglie de fato já havia sido realizada um ou dois anos antes por Clinton Davisson e Charles Kunsman, nos Estados Unidos. Mas os resultados foram interpretados de outro modo, visto que ninguém ousava sequer imaginar que pudesse ocorrer difração de elétrons. Após a incorporação da ideia de de Broglie na teoria quântica completa, desenvolvida em 1925 e 1926 por Heisenberg e Schrödinger, ela passou a ser levada a sério, e Davisson repetiu suas experiências, com um novo assistente, Lester Germer, desta vez com o objetivo específico de investigar a existência das tais “ondas de elétrons”. Paralelamente, experimentos semelhantes foram levados a cabo em Cambridge, Inglaterra, por George Thomson, filho do famoso J. J. Thomson, e por seu assistente Alexander Reid. Os resultados dessas experiências confirmaram de modo inequívoco o comportamento ondulatório dos elétrons, e Davisson e G. Thomson dividiram o Prêmio Nobel de 1937.

É cômico observar que J. J. Thomson recebeu o Prêmio em 1906 por haver mostrado que o elétron é uma partícula, e que seu filho mereceu a mesma condecoração trinta e um anos mais tarde por haver mostrado que o elétron é uma onda!

Conforme já dissemos, esses desenvolvimentos no estudo da estrutura da matéria geraram um impasse análogo ao que entravou as investigações sobre a natureza da luz. Aqui também a totalidade dos fenômenos só pode ser explicada pelo uso de ambas as concepções, a de partícula e a de onda, claramente incompatíveis. Os experimentos de Davisson e Thomson são fisicamente equivalentes à experiência de difração e interferência de ondas que atravessam dois orifícios próximos abertos em um anteparo (ver Fig. 4 das notas “Características conceituais básicas da física clássica”). Isso ocorre tanto com a luz como com elétrons, nêutrons, etc., indicando que tais entidades comportam-se, pelo menos nesta situação experimental, como ondas. Não é possível explicar efeitos desse tipo sem recorrer a ondas.

O que é misterioso é que em outras situações essas mesmas entidades comportam-se como partículas.

Se, por exemplo, colocarmos detetores de “coisas” quânticas em cada um dos orifícios do aparelho de interferência, verificaremos que a “coisa” sempre é registrada por um ou por outro, mas nunca por ambos, como seria o caso se ela fosse uma onda. Porém nesse experimento modificado evidentemente não é mais possível observar o fenômeno de interferência, já que as “coisas” são absorvidas pelos detetores.

Outra maneira de ver a dificuldade consiste em colocar detetores diminutos ao longo de toda a linha AB, da Figura 4 das notas “Características conceituais básicas da física clássica”. Mais uma vez, quer se trate de luz, quer de elétrons, etc., será sempre apenas um detetor que irá “clicar”, registrando a chegada da “coisa”, o que significa que ela é algo localizado no espaço, ou seja, um corpúsculo. Por outro lado, se acumularmos os 8 dados dos diferentes detetores durante um tempo suficiente, e com tais dados elaborarmos um gráfico número de clics de cada detetor, o resultado será o gráfico de intensidades visto à direita da Figura 4. E esse gráfico só pode ser explicado assumindo-se que as coisas quânticas são ondas, e que portanto passaram pelos dois orifícios ao mesmo tempo!

Para testar-se a explicação concebível, de que essas observações seriam devidas a algum tipo desconhecido de interação entre duas coisas quânticas, ao longo de seu trajeto, foram realizados experimentos com fontes de coisas quânticas que as emitem a largos intervalos, de modo que apenas uma delas por vez esteja entre a fonte e os detetores. Os resultados foram os mesmos do que no caso dos experimentos ordinários, com fontes de alta intensidade, nos quais em cada instante muitas partículas encontram-se em trânsito. Portanto, é uma mesma coisa quântica que, sozinha, desempenha os papéis de onda e de partícula.

Quando o homem logrou mais amplos progressos na investigação dos constituintes básicos do mundo, reconheceu que os conceitos de que tradicionalmente se serviu para representar a realidade mostraram-se inadequados. As coisas que formam o mundo não podem ser descritas nem como corpúsculos nem como ondas, embora sempre se comportem ora como estas, ora como aqueles, dependendo da situação. Não há uma ontologia visualizável que permita unificar essa descrição.

Pode-se agora perguntar como, diante de uma situação tão paradoxal, pôde a física assistir à criação da mecânica quântica, a mais abrangente, profunda e precisa teoria científica de todos os tempos. Essa teoria é responsável por praticamente todo o progresso tecnológico de nossa era, dos transistores aos chips, dos raios laser aos reatores nucleares, dos supercondutores à engenharia genética. Nossa admiração aumenta quando observamos que a mecânica quântica foi desenvolvida de modo independente e quase simultâneo por duas pessoas, o alemão Werner Heisenberg e o austríaco Erwin Schrödinger (e em um certo sentido também pelo inglês Paul Dirac). Embora diferindo muito em sua estrutura e em seus conceitos básicos, verificou-se depois que as teorias formuladas por esses físicos são na verdade equivalentes.

***
Para uma continuação natural deste texto, ver nosso artigo “Implicações filosóficas da microfísica”, Cadernos de História e Filosofia da Ciência - Série 3, 2 (2):141-64, 1992.
Dentre as muitas boas obras acerca da história e dos problemas conceituais da física quântica, merecem destaque os clássicos:
JAMMER, M. The Conceptual Development of Quantum Mechanics. New York, McGraw-Hill, 1966.
–––. The Philosophy of Quantum Mechanics. New York, Wiley, 1974.
PAIS, A. Subtle is the Lord. Oxford, Oxford University Press, 1982

Interpretações da Física Quântica

Uma interpretação da Mecânica Quântica é uma tentativa de responder a questão: Sobre o que trata exatamente a Mecânica Quântica?

A questão têm as suas raízes históricas na natureza mesma da Mecânica Quântica, que desde um princípio foi considerada como uma teoria radicalmente diferente das teorias Físicas precedentes. Porém, a Mecânica Quântica têm sido descrita como a teoria "mais comprovada e de maior sucesso na história da ciência" Mecânica Quântica, como uma teoria científica, tem sido muito bem sucedida em prever resultados experimentais. Isto significa, primeiro, que há uma correspondência bem definida entre os elementos do formalismo (matemático, abstrato) e os procedimentos experimentais e, em segundo lugar, que os resultado obtidos neste experimentos estão extremamente de acordo com o formalismo.

Além disso, que as questões básicas de que o que significa a Mecânica Quântica são ainda uma proposta em si mesmas e requerem algumas explicações. O entendimento da estrutura matemática da teoria trilhou vários estágios preliminares de desenvolvimento. Por exemplo, Schrödinger de início não entendeu a natureza probabilística da função de onda associada ao elétron; Foi Max Born que propôs uma interpretação de uma distribuição de probabilidade no espaço para a posição do elétron. Outros cientistas de destaque, tais como Albert Einstein, tiveram grande dificuldade em concordar com a teoria. Mesmo se estes pontos forem tratados como problemas menores, eles têm grande importância para atividades de interpretação.

Disto não se deve, porém, presumir que a maioria dos físicos considere que a Mecânica Quântica necessite de uma interpretação, além das mínimas fornecidas pela interpretação instrumentalista, as quais serão discutidas abaixo. A interpretação de Copenhague, no ano de 2005, ainda parecia ser a mais popular entre os cientistas (seguida pelas histórias consistentes e interpretação de muitos mundos). Mas também é verdade que a maioria dos físicos considera que questões não instrumentais (em particular questões ontológicas) sejam irrelevantes para a Física. Eles remetem ao ponto de vista de Paul Dirac, depois expresso em um famoso ditado: "Cale-se e calcule" frequentemente (talvez erroneamente) atribuído a Richard Feynman. (Fonte: Wikipédia) Publicado por: quantum Etiquetas- Quarta-feira, 6 de Fevereiro de 2013

Prémio Nobel da Física 2012

Criados em 1895 pelo sueco por Alfred Nobel, os prêmios nobéis, revelam o reconhecimento internacional do trabalho dos investigadores científicos ( e o papel de individualidades na paz mundial) em diversas áreas como a economia, a medicina e a química. No ano de 2012, o prêmio NOBEL da física foi atribuído ao norte-americano David Wineland e ao marroquino naturalizado francês Serge Haroche “por métodos experimentais inovadores que permitem medir e manipular sistemas quânticos individuais”. Ambos os investigadores "inventaram e desenvolveram métodos para medir e manipular partículas individuais, preservando a sua natureza quântica, de um modo que se julgava inalcançável". Na escala quântica, as partículas individuais de luz e matéria, comportam-se de maneira distinta daquela que era conhecida nas leis da física clássica.

O fato das partículas apresentarem dois estados diferentes, simultaneamente impossibilitava a sua observação direta, uma vez que essas partículas perdem essas características assim que interagiram com o mundo externo. Desse modo, esses fenômenos só podiam ser previstos a partir de conjecturas teóricas. Os dois cientistas, estudaram a interação entre luz e matéria, tendo conseguido, pela primeira vez, medir algumas dessas características. Wineland baseou-se na natureza dos íons, átomos eletricamente carregados. O físico usou campos elétricos para manter as partículas aprisionadas no vácuo, longe da radiação e de altas temperaturas. Com um laser, ele conseguiu controlar o estado energético dos íons, permitindo o estudo de fenómenos quânticos dentro do mecanismo. O laser pode, por exemplo, colocar a partícula no estado de superposição, em que ocupa dois níveis energéticos ao mesmo tempo. Publicado por: quantum Quarta-feira, 24 de Outubro de 2012

O que é a Mecânica Quântica

"Qualquer um que não se choque com a Mecânica Quântica é porque não a entendeu." (Niels Bohr) A Mecânica Quântica (Física Quântica) é a teoria Física que obtém sucesso no estudo dos sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, tais como moléculas, átomos, elétrons, prótons e de outras partículas subatômicas, muito embora também possa descrever fenômenos macroscópicos em diversos casos.

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. Apesar de na maioria dos casos a Mecânica Quântica ser relevante para descrever sistemas microscópicos, os seus efeitos específicos não são somente perceptíveis em tal escala.

Por exemplo, a explicação de fenômenos macroscópicos como a super fluidez e a supercondutividade só é possível se considerarmos que o comportamento microscópico da matéria é quântico.

A quantidade característica da teoria, que determina quando ela é necessária para a descrição de um fenômeno, é a chamada constante de Planck, que tem dimensão de momento angular ou, equivalentemente, de ação. A Mecânica Quântica recebe esse nome por prever um fenômeno bastante conhecido dos físicos: a quantização. No caso dos estados ligados (por exemplo, um elétron orbitando em torno de um núcleo positivo) a Mecânica Quântica prevê que a energia (do elétron) deve ser quantizada. Este fenômeno é completamente alheio ao que prevê a teoria clássica. (Fonte: Wikipédia)

Quinta-feira, 6 de Setembro de 2012

Transformação quântica do pensamento

Estamos presos a certos preceitos sem saber disso. É um paradoxo. O materialismo moderno tira das pessoas a necessidade de se sentirem responsáveis por suas vidas, assim como a religião! Mas eu estou persuadido a pensar que se levar a mecânica quântica a sério, verá que ela coloca a responsabilidade nas nossas mãos e não nos dá respostas reconfortantes..

. A física quântica calcula apenas possibilidades. Em vez de pensarmos nas coisas como possibilidades, temos o hábito de pensar que os objetos que nos cercam existem sem a nossa contribuição, sem a nossa escolha... Você precisa banir essa forma de pensar e reconhecer que no mundo material, as cadeiras, as mesas, as salas, os tapetes - não são nada além de possíveis movimentos da consciência. E eu escolho momentos nesses movimentos para manifestar a minha experiência atual. É algo radical que precisamos compreender, mas é muito difícil, pois achamos que o mundo já existe independente da nossa experiência. Mas não é assim e a física quântica é bem clara.

O próprio Heisenberg, depois da descoberta da física quântica, disse que os átomos não são objetos, são tendências. Em vez de pensar em objetos, você deve pensar em possibilidades. Tudo é possibilidade subconscientemente! Publicado por: quantum Quinta-feira, 24 de Fevereiro de 2011 Quantum

" Se queres ser feliz amanhã, tenta hoje mesmo "

Quarta-feira, 6 de Fevereiro de 2013 Interpretações da Física Quântica Uma interpretação da Mecânica Quântica é uma tentativa de responder a questão: Sobre o que trata exatamente a Mecânica Quântica? A questão têm as suas raízes históricas na natureza mesma da Mecânica Quântica, que desde um princípio foi considerada como uma teoria radicalmente diferente das teorias Físicas precedentes. Porém, a Mecânica Quântica têm sido descrita como a teoria "mais comprovada e de maior sucesso na história da ciência" Mecânica Quântica, como uma teoria científica, tem sido muito bem sucedida em prever resultados experimentais. Isto significa, primeiro, que há uma correspondência bem definida entre os elementos do formalismo (matemático, abstrato) e os procedimentos experimentais e, em segundo lugar, que os resultado obtidos neste experimentos estão extremamente de acordo com o formalismo. Além disso, que as questões básicas de que o que significa a Mecânica Quântica são ainda uma proposta em si mesmas e requerem algumas explicações. O entendimento da estrutura matemática da teoria trilhou vários estágios preliminares de desenvolvimento. Por exemplo, Schrödinger de início não entendeu a natureza probabilística da função de onda associada ao elétron; Foi Max Born que propôs uma interpretação de uma distribuição de probabilidade no espaço para a posição do elétron. Outros cientistas de destaque, tais como Albert Einstein, tiveram grande dificuldade em concordar com a teoria. Mesmo se estes pontos forem tratados como problemas menores, eles têm grande importância para atividades de interpretação. Disto não se deve, porém, presumir que a maioria dos físicos considere que a Mecânica Quântica necessite de uma interpretação, além das mínimas fornecidas pela interpretação instrumentalista, as quais serão discutidas abaixo. A interpretação de Copenhague, no ano de 2005, ainda parecia ser a mais popular entre os cientistas (seguida pelas histórias consistentes e interpretação de muitos mundos). Mas também é verdade que a maioria dos fisicos considera que questões não instrumentais (em particular questões ontológicas) sejam irrelevantes para a Física. Eles remetem ao ponto de vista de Paul Dirac, depois expresso em um famoso ditado: "Cale-se e calcule" frequentemente (talvez erroneamente) atribuído a Richard Feynman. (Fonte: Wikipédia) Publicado por: quantum Etiquetas: mecânica, mecânica quântica Quarta-feira, 24 de Outubro de 2012 Prémio Nobel da Física 2012 Criados em 1895 pelo sueco por Alfred Nobel, os prémios nobéis, revelam o reconhecimento internacional do trabalho dos investigadores científicos ( e o papel de individualidades na paz mundial) em diversas áreas como a economia, a medicina e a química. No ano de 2012, o prémio NOBEL da física foi atribuído ao norte-americano David Wineland e ao marroquino naturalizado francês Serge Haroche “por métodos experimentais inovadores que permitem medir e manipular sistemas quânticos individuais”. Ambos os investigadores "inventaram e desenvolveram métodos para medir e manipular partículas individuais, preservando a sua natureza quântica, de um modo que se julgava inalcançável". Na escala quântica, as partículas individuais de luz e matéria, comportam-se de maneira distinta daquela que era conhecida nas leis da física clássica. O facto das partículas apresentarem dois estados diferentes, simultaneamente impossibilitava a sua observação direta, uma vez que essas partículas perdem essas características assim que interagiiam com o mundo externo. Desse modo, esses fenómenos só podiam ser previstos a partir de conjecturas teóricas. Os dois cientistas, estudaram a interação entre luz e matéria, tendo conseguido, pela primeira vez, medir algumas dessas características. Wineland baseou-se na natureza dos íons, átomos eletricamente carregados. O físico usou campos elétricos para manter as partículas aprisionadas no vácuo, longe da radiação e de altas temperaturas. Com um laser, ele conseguiu controlar o estado energético dos íons, permitindo o estudo de fenómenos quânticos dentro do mecanismo. O laser pode, por exemplo, colocar a partícula no estado de superposição, em que ocupa dois níveis energéticos ao mesmo tempo. Publicado por: quantum Etiquetas: explicações de física. Pensamento quântico, fisica quantica, física, prémio nobel Quinta-feira, 6 de Setembro de 2012 O que é a Mecânica Quântica "Qualquer um que não se choque com a Mecânica Quântica é porque não a entendeu." (Niels Bohr) A Mecânica Quântica (Física Quântica) é a teoria Física que obtém sucesso no estudo dos sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, tais como moléculas, átomos, elétrons, prótons e de outras partículas subatômicas, muito embora também possa descrever fenômenos macroscópicos em diversos casos. 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. Apesar de na maioria dos casos a Mecânica Quântica ser relevante para descrever sistemas microscópicos, os seus efeitos específicos não são somente perceptíveis em tal escala. Por exemplo, a explicação de fenômenos macroscópicos como a super fluidez e a supercondutividade só é possível se considerarmos que o comportamento microscópico da matéria é quântico. A quantidade característica da teoria, que determina quando ela é necessária para a descrição de um fenômeno, é a chamada constante de Planck, que tem dimensão de momento angular ou, equivalentemente, de ação. A Mecânica Quântica recebe esse nome por prever um fenômeno bastante conhecido dos físicos: a quantização. No caso dos estados ligados (por exemplo, um elétron orbitando em torno de um núcleo positivo) a Mecânica Quântica prevê que a energia (do elétron) deve ser quantizada. Este fenômeno é completamente alheio ao que prevê a teoria clássica. (Fonte: Wikipédia) Publicado por: quantum Etiquetas: física, mecânica, mecânica quântica Sexta-feira, 21 de Outubro de 2011 Transformação quântica do pensamento Estamos presos a certos preceitos sem saber disso. É um paradoxo. O materialismo moderno tira das pessoas a necessidade de se sentirem responsáveis por suas vidas, assim como a religião! 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Espírito e Contemporaneidade - 52min.

A Mente de Deus - Hélio Couto - 90min.

Física quântica para crianças/O que é física

Física é a ciência do mundo natural, que trata dos componentes fundamentais do universo, as forças que eles exercem e os resultados destas forças. O termo vem do grego e significa natureza. A natureza por sua vez implica num sistema constituído de leis fundamentais e conhecidas que precisam ser entendidas para o pleno desenvolvimento da física.

A Física é baseada em medições de grandezas físicas. "Grandeza" é o nome que se dá a qualquer coisa que possa ser medida, por exemplo, a distância, o tempo, a temperatura e por ai vai. Entretanto, para este trabalho, cremos que um aprofundamento matemático de física clássica será desnecessário e, portanto, apenas passaremos breves informações sobre ela no próximo capítulo, só para situá-los sobre o assunto e então passaremos para a parte mais suculenta do trabalho: física quântica, também conhecida como mecânica quântica.

O que estuda a Física? Vamos apenas fazer um pequeno resumo de algumas áreas da Física para situar o leitor antes de entrar no tema em questão.

Mecânica Clássica

A Mecânica Clássica (aquela que se estuda na escola) é um dos ramos da física. Nele estudamos o movimento, a energia e as forças que atuam sobre um corpo.ela se divide em três partes básicas, nomeadas de acordo com o físico que a desenvolveu: a mecânica newtoniana, a mecânica lagrangiana e a mecânica hamiltoniana; às quais passamos rapidamente agora:

Mecânica newtoniana

A Mecânica Newtoniana é o principal fundamento da física clássica, e é assim chamada em homenagem a Sir Isaac Newton, que a desenvolveu no século XVII, complementando o trabalho de Galileu para dar início à física.

É nela que ensinamos as três leis de Newton: -O principio da inercia(1a lei de newton), que diz que um corpo isolado vai manter seu estado de movimento(reto sem aceleração ou repouso) se a resultante das forças nele forem zero. -O principio da dinâmica(2a lei de Newton), que diz que quando as forças aplicadas sobre um corpo não se equilibram, a resultante delas é igual ao produto da massa deste corpo e do módulo da aceleração adquirida por ele, também escrita assim: F = m x a(força=massa x aceleração) -A lei da ação e reação(3a lei de newton), que diz que quando um corpo aplica uma força em outro ele sente outra que é igual em intensidade e sentido, mas oposta em direção.

Ligações externas

Física quântica para crianças/O que é física quântica.

A Física Quântica surgiu como a tentativa de explicar a natureza naquilo que ela tem de menor: os constituintes básicos da matéria e tudo que possa ter um tamanho igual ou menor. Nesta nossa conversa, vamos apresentar alguns princípios e leis fundamentais encontrados através da Física Quântica, como a dualidade onda-partícula e o Princípio da Incerteza. Será, então, discutido o modo como essas leis que governam o universo subatômico podem se refletir no dia-a-dia das pessoas.
A física quântica é uma parte da Física que se diz ser "não intuitiva". Isso quer dizer que muitas partes dela parecem não ser verdade, mas são. Por exemplo, a dualidade onda-partícula diz que partículas se comportam ora como partículas ora como ondas. É uma afirmação no mínimo estranha, bizarra. Mas é o que acontece no mundo real. No nosso dia-a-dia achamos que vivemos num planeta plano, mas não é verdade: nosso mundo é arredondado, num formato chamado esferoide.

Como a física quântica é não intuitiva, ela foi considerada uma falsa teoria. O próprio Einstein (que foi um dos fundadores da física quântica) acreditava que a física quântica estava errada. Mas com o passar do tempo percebeu-se que ela explicava tão bem o resultado das experiências, que tinha de ser verdade.

Nosso dia ocorre numa escala dita macroscópica. São os objetos que podemos enxergar sem a ajuda de lentes ou microscópios atômicos. A física quântica lida com coisas muito, tremendamente pequenas. Muitíssimo menores que um milímetro.

Existem várias partículas do átomo, como os nêutrons (que contêm uma carga neutra e é formado por três quarks) e prótons (carga positiva, também formada por três quarks): juntos eles formam o núcleo atômico.

O mundo em que vivemos é feito de átomos. Os átomos são feitos de coisas ainda menores chamadas quarks e elétrons. Ainda não sabemos se os quarks são feitos de coisas ainda menores. Os átomos, elétrons, quarks e outra coisa tão pequena que ainda não sabemos muito sobre ela, chamada fóton, têm comportamentos bizarros de vez em quando: nunca podemos saber exatamente onde estão. Não é por falta de instrumentos potentes, é uma lei da física, chamada Princípio da Incerteza de Heinsenberg, que diz que nunca saberemos a exata posição das coisas. Nunca saberemos onde os elétrons de um átomo estão exatamente. Nunca. É algo estranhíssimo, mas é a verdade. Há elétrons que, inclusive, somem de um lugar e reaparecem em outro, algo como um teletransporte. Não dá para ver que caminho seguiram para ir de um lugar a outro, só sabemos que eles fazem isso.

Já citamos a dualidade onda-partícula. No mundo em que vivemos, ondas são muito diferentes de objetos. Porém, se tivéssemos o tamanho de átomos, tudo se comportaria como uma onda de vez em quando e como uma partícula outras vezes. Essa foi uma das consequências mais bizarras da física quântica.

Há átomos, como o de Urânio que, do nada, explodem. Nunca sabemos que átomos vão explodir, ou quando, só sabemos que alguns vão e outros não. Aparentemente, nada faz eles explodirem, mas eles explodem. Irritou tanto a Einstein que ele disse sua famosa frase "Deus não joga dados".

Física quântica para crianças/Como surgiu a física quântica

A Física é um ramo da ciência que se preza pela sua consistência de sua teoria. Uma Lei da física é algo que deve ser seguido independentemente da situação em que esteja sendo analisada. No início do século XIX a física parecia já ter mapeado grande parte dos fenômenos naturais com suas leis. Até o momento grandes nomes já haviam sido consagrados com suas teorias explicando fenômenos como o movimento de corpos (mecânica newtoniana e gravitação), movimento da luz (óptica), máquinas térmicas, eletromagnetismo... Foi exatamente então que começaram surgir furos na teoria clássica; furos esses que só seriam explicados com teorias completamente inovadoras e bem diferentes das tendências estudadas até então. Apresentaremos agora alguns fenômenos (esses furos) que foram analisados, e que consequentemente deram inicio à Mecânica Quântica.

A Catástrofe do Ultravioleta

A teoria clássica da física apresentava um dos seus primeiros furos ao se estudar a emissão de um corpo negro. Corpo negro é qualquer corpo que absorve totalmente a energia emitida sobre ele. Um corpo negro ao ser incidido com certa energia emitirá energia na forma de energia eletromagnética (produzindo luz e calor). Naturalmente, deveria existir uma lei matemática que nos dá a dependência da intensidade emitida com a temperatura e a frequência emitida. Os conhecimentos da Física Clássica nos davam a seguinte expressão (elaborada pelo trabalho de Rayleigh-Jeans e Boltzmann):

O gráfico da intensidade em função do comprimento de onda é decrescente com o aumento do comprimento de onda. Isso gera o absurdo em questão. Para freqüências no espectro do ultravioleta teríamos uma intensidade tendendo a infinito, o que viola a lei da conservação de energia. Os gráficos experimentais mostravam que a função deveria ter um máximo global, o que não acontecia até então com as teorias conhecidas.

O Efeito Fotoelétrico

O efeito fotoelétrico foi primeiramente estudado por Hertz, e posteriormente Einstein. O fenômeno consiste do seguinte: a partir de uma placa metálica, incide-se uma frequência crescente de energia. A partir de certo instante, elétrons são arrancados dessa placa. Isso pode ser evidenciado com o seguinte experimento de Einstein. Um circuito é montado com duas placas metálicas. Ao aumentarmos a frequência de luz incidida sobre a placa metálica, o amperímetro indica passagem de corrente. Tal fenômeno ajudará nas teses (que veremos mais a frente) da dualidade partícula-onda. Por enquanto, fique registrado o caráter não usual de que apenas a partir de certa frequência houve emissão de elétrons, não importando a intensidade de energia emitida.^[1]

A versão publicada foi verificada a 15 de setembro de 2013.

Referências- Ir para cima ↑ http://www.rumoaoita.com/site/attachments/017_fismoderna1.pdf

Fontes:
Departamento de Filosofia - IFCH - UNICAMP

www.unicamp.br/~chibeni/textosdidaticos/fisquantica.pdf
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http://quantumvida.blogspot.com.br/
http://pt.wikibooks.org/wiki/fisica_quantica_para_criancas/Como_surgiu_a_fisica_quantica

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