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. Neste colóquio, serão apresentados alguns princípios e leis fundamentais encontrados através da Física Quântica, tais 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.

É uma parte da Física que se diz ser não intuitiva. Isso significa que muitas partes dela parecem não ser verdade. 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 esferóide.

Por ser 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 particulas do átomo, como os neutrons (Que contém uma carga neutra e é formado por três quarks) e prótons (Carga positiva, também formada por três quarks), juntos eles formam o núcleo átomico.

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".

Experiencia da "Fenda Dupla" Nesta experiencia, feita em Laboratorio, pode ser mostrado o comportamento estranho no mundo sabatomico onde particulas ora se apresentam como ondas, ora como particulas e podem mudar de comportamente simplesmente por estarem sendo observadas.

Se um hipotético canhão atirassem particulas de materia muito pequena (como grãos de areia por exemplo)por uma finíssima fenda. Estas particulas ao passarem por esta fenda se projetariam em uma superficie no fundo formando um modelo semelhante a fenda por onde passaram. Se fizermos a mesma coisa com duas fendas paralelas, observaremos que o modelo segue o mesmo padrão anterior, formando a imagem, agora, de duas fendas na superficie onde são projetadas.

Porem quando se substitui as partículas de matéria por ondas, no primeiro caso, as ondas passam pela fenda simples e marcam na superfície um modelo igual o da fenda. Portanto a reação foi igual a das partículas de matéria. Todavia quando são enviadas através das fendas duplas, obtêm-se um modelo de interferência na superfície, com varias imagens como se houvessem varias fendas e não apenas duas. Isto é bastante compreensível e ocorre devido ao fato de que as ondas ao passarem pelas duas fendas se dividem e depois colidem umas com as outras produzindo este efeito. Até aqui tudo acontece dentro da normalidade, e não ha nada de estranho nisto.

Porem quando realizamos esta mesma experiencia com um feixe de elétron, que são uma parte muito reduzida da matéria, algo estranho e bizarro acontece. No primeiro caso, quando passamos o feixe de elétron por uma fenda simples ao se chocar na superfície ao fundo, ela igualmente forma um modelo semelhante a esta fenda. Comportando-se, portanto, como as partículas de matéria. Mas ao serem projetadas através de uma fenda dupla estas partículas de elétron comportam se como uma onda formando na superfície um modelo de interferência como se tivessem passado por varias fendas.

A principio pensou-se que estas partículas estivessem ricocheteando umas nas outra e formando um modelo de interferência. Então os físicos resolveram lançar um elétron de cada vez. Desta forma, se esperava que este efeito não ocorresse. Todavia mesmo emitindo um elétron de cada vez, ao passarem pela fenda dupla, depois de um certo tempo, originavam o mesmo modelo de interferência.

A conclusão a que se chegou foi de que os elétrons passam pela fenda como partícula de matéria, transformam-se em ondas, interferem consigo mesma e produzem o modelo de interferência.

Porem o mais bizarro é que os cientistas, intrigados com isto, resolveram atravez de equipamentos muito sofisticados observar e medir estas partículas. Eles queriam saber por quais das aberturas o elétron passava, e de que forma ele se dividia. Porem ao ser observado os elétron passaram a se comportar como partículas, criando a imagem de apenas duas fendas. Ou seja quando não estão sendo observados os elétrons comportam-se como ondas e como matéria quando observados. O simples fato de serem observados produz resultados diferentes.

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