Física quântica
O que é física quântica?
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.
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.
Física quântica para leigos
Quando 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.
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 Niels Bohr, Max Born, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg e outros.
A interpretação de Copenhague consolidou-se durante a conferência de Solvay
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.
Aplicações da Física quântica
Por meio da Física quântica, é possível compreender
-
as emissões de luz pelos átomos;
-
os fenômenos de decaimento radioativo;
-
o funcionamento do Laser, o efeito fotoelétrico;
-
a atração entre nêutrons e prótons no núcleo atômico;
-
o modelo padrão da Física de partículas;
-
a dualidade onda partícula;
-
todas as leis da Física clássica que conhecemos (uma vez que, por serem mais gerais, as leis da mecânica quântica são capazes de derivar das leis que regem o nosso mundo clássico).
Origem
O 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 Einstein fez 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.
Em 1924 foi a vez de Louis de Broglie contribuir
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.
Física quântica, espiritualidade e pseudociência
Hoje
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:
-
Os fenômenos quânticos só se tornam relevantes e observáveis em escalas atômicas. A partir de um certo tamanho, tudo passa a comportar-se de acordo com a Física clássica, a Física da escala macroscópica.
-
Os benefícios sentidos pelas pessoas que adquirem produtos ou passam a realizar algum tipo de atividade relacionada ao “quântico” podem ser vistos em alguns experimentos, nos quais se observa melhoras nos pacientes tratados com placebo. Esses efeitos acontecem porque os pacientes acreditam estar melhores, e condicionam-se a isso.
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.
Livros
Se
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:
-
O mistério quântico - Andrés Cassinello e José Luiz Sánchez Gomez
-
Entendendo a teoria quântica: um livro ilustrado - J.P. Mcevoy e Oscar Zarate
-
O Universo elegante - Brian Greene
-
O enigma quântico: o encontra da Física com a consciência - Charles Townes
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