14/02/2022 Física

Como funciona a Mecânica Quântica?

Escrito por Hexag Educação @hexagmedicina
Como funciona a Mecânica Quântica?

Para entender como funciona a Mecânica Quântica é importante deixar de lado premissas básicas da nossa realidade, como uma coisa não pode ser outra e o que está aqui não pode estar lá.

Se essas colocações parecem impossíveis para você, saiba que elas são corriqueiras no universo das partículas atômicas e subatômicas. Vamos entender um pouco melhor?

O que é Mecânica Quântica?

A Mecânica Quântica permitiu explicar fenômenos não explicados pela física clássica, como as órbitas estáveis do elétron e a radiação de corpo negro. O foco desse ramo da física é o estudo dos sistemas de escala atômica e subatômica, como átomos, prótons, elétrons, moléculas, dentre outras partículas. 

Devemos fazer o adendo de que a Mecânica Quântica pode ser empregada para explicar fenômenos macroscópicos, cujo entendimento depende da consideração do comportamento microscópico da matéria que é quântico. A Mecânica Quântica pode ser chamada também de Física Quântica ou Teoria Quântica. Sua base teórica e experimental foi iniciada no século XX.

Por que quântica?

A palavra quântica é originária do latim quantum, que significa quantidade. Na Mecânica Quântica essa palavra diz respeito a uma unidade atribuída pela teoria a determinadas quantidades físicas como a energia presente em um elétron de um átomo em repouso. 

Em 1900, o físico alemão Max Planck desenvolveu o conceito de “quantum”. Ele percebeu que alguns fenômenos poderiam ser descritos por uma equação desde que a energia fosse tratada como um conjunto de pacotes com quantidades limitadas que fossem indivisíveis. Cada pacote desses é um quantum. 

Luz: onda e partícula

Em 1905, Albert Einstein decidiu aplicar a ideia de Planck à luz e descobriu que ela poderia ser onda e partícula. Estudos posteriores identificaram que o comportamento da luz não dizia respeito ao que ela era de fato e sim a forma como ela era tratada. Para entender essa colocação, precisamos relembrar o experimento clássico da dupla fenda de Thomas Young realizado pela primeira vez em 1803.

Imagine que você posicionou uma lanterna diante de um anteparo com duas fendas. O padrão criado na parede terá franjas escuras e iluminadas. Esse resultado se dá porque as fendas atuam como duas passagens de luz. As ondas luminosas de cada fenda interferem umas nas outras, algumas vezes as amplificam e outras vezes as cancelam. 

Porém, e se colocássemos em cada fenda um detector para saber de uma partícula de luz passou por ali? Fazendo isso acabamos levando a luz a agir como partícula e não como onda. Cada quantum de luz (chamado de fóton) age como partícula e não como onda, o resultado é que as franjas vistas anteriormente se tornam uma mancha consistente de luz.

Realidade determinada pelo observador

A partir do experimento mencionado, podemos concluir que a realidade, no mundo das partículas elementares, é determinada pelo observador. Para que fique mais clara essa constatação, imagine que o detector foi retirado das fendas e colocado na parede para identificar onde cada fóton chegou. A luz será enviada a “conta-gotas”.

As primeiras marcas aparecerão de forma aleatória, porém, conforme forem sendo realizadas as rodadas, poderemos ver o padrão de franjas surgir. Isso significa que cada quantum de luz passou pelas fendas como ondas simultaneamente e interferiu em si mesmo para que pudesse ser encontrado pelo detector. 

Tudo é probabilístico

O experimento da dupla fenda descrito acima não pode ser explicado pela Física Clássica. O que podemos apreender é que na Mecânica Quântica tudo é probabilístico, ou seja, é impossível saber como será o comportamento de qualquer partícula. O que se pode fazer é prever a probabilidade de um ou outro desfecho. 

Em linhas gerais, a conclusão é a de que a realidade é fluida, sendo formada por muitas alternativas que se sobrepõem até o momento em que um experimento a sorteia de forma aleatória. 

Universos paralelos

O austríaco Erwin Schrödinger foi um dos grandes nomes da Mecânica Quântica e em 1952 ele fez uma sugestão bastante curiosa. De acordo com o físico, uma das formas de interpretar esse caráter probabilístico é que existem inúmeras realidades paralelas.

Nesses universos paralelos, haveria a manifestação das histórias possíveis de cada partícula existente. As menores escalas do universo levaram à formulação da ideia de multiverso.

Pelo caráter absurdamente contraintuitivo de todas essas ideias seria fácil descartá-las. No entanto, essa descrição nada convencional da realidade é o que permite compreendê-la com a maior precisão. A Mecânica Quântica é constituída por incertezas que nos permitem ter acesso à descrição mais completa do mundo já realizada pelo ser humano. 

Conheça alguns teóricos da Mecânica Quântica

Max Planck

Max Planck é tido como o pai da Física Quântica, dedicou-se aos estudos a respeito de radiações eletromagnéticas. Foi o responsável pela criação da Constante de Planck, uma das mais relevantes da física.

Nessa constante, a energia contida em um fóton é determinada pela equação E=h .v. Essa equação é empregada para indicar a energia e a frequência de radiações eletromagnéticas. 

Albert Einstein

O físico alemão Albert Einstein é um dos principais teóricos da Física Quântica. O destaque fica para os seus estudos a respeito do tempo e espaço. Einstein foi o responsável por desenvolver a Teoria da Relatividade que identificou a relação de equivalência massa-energia que é expressa pela fórmula: E = mc2

Niels Bohr

Ao propor uma nova teoria atômica, o físico dinamarquês Niels Bohr preencheu uma importante lacuna deixada por Rutherford. Também realizou estudos sobre a radiação.

Partindo da descoberta de que a eletricidade passa por meio do átomo, Bohr propôs que o elétron pula para a órbita maior seguinte, retornando depois para a sua órbita convencional. Por isso, o modelo atômico é chamado de modelo Rutherford-Bohr.

Werner Heisenberg

O físico alemão Werner Heisenberg foi determinante para que os estudos da Mecânica Quântica evoluíssem. O modelo quântico do átomo foi desenvolvido por ele. Foi responsável ainda pelo desenvolvimento de teorias relacionadas aos átomos, raios cósmicos e partículas subatômicas.

A Mecânica Quântica ainda está sendo estudada e compreendida pelo homem!

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