FÍSICA QUÂNTICA

 

 

Física Quântica é o ramo da ciência que descreve o funcionamento do mundo em escala microscópica. Átomos, elétrons e moléculas são exemplos de estruturas que habitam o mundo subatômico. Trata-se do estudo da natureza, dos materiais, tudo o que compõe nosso universo na menor escala que conseguimos identificar, que é a atômica molecular. Na escala quântica, acontecem fenômenos diferentes quando comparados com o funcionamento do nosso mundo.

Na física convencional as partículas – que podem ser de luz, por exemplo, são estudadas como algo sólido, que tem um estado, uma energia e um movimento determinado.

Já na física quântica, o comportamento e as grandezas dessas partículas mudam a depender da interação dela com outras partículas, gerando o que se chama de “princípio da incerteza de Heisenberg”.

No mundo quântico acontece esse fenômeno que se você conhece muito bem a posição de um de um objeto, por exemplo, você não conhece nada sobre a sua velocidade e vice-versa. Ou seja, não é possível conhecer simultaneamente certos pares de propriedades quânticas com precisão absoluta.

Em outras palavras, na física quântica quanto mais precisamente conhecemos uma propriedade do objeto de estudo, menos precisamente podemos conhecer outra. Este princípio foi formulado pelo físico teórico alemão Werner Heisenberg em 1927.

Outro fenômeno que define os estudos quânticos é a dualidade onda-partícula, esse conceito descreve a natureza dual de alguns elementos que podem se comportar tanto quanto uma onda (uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio) ou como partícula.

A luz, por exemplo, é um deles, em alguns fenômenos, a luz é estudada como onda – como refração, difração e cores, em que cada comprimento de onda da luz é enxergado com uma cor diferente. Mas quando falamos da luz na forma de fótons (pequenos “pacotes” que a compõem), ela é estudada em partículas únicas.

Átomos, elétrons e nêutrons (as menores partes de uma molécula) também podem apresentar comportamentos tanto de partículas quanto de ondas. Entretanto, para definir se uma entidade quântica (átomos, elétrons, etc…) é uma onda ou uma partícula é preciso observá-la, antes da observação a entidade não tem um estado definido, possuindo ambas as propriedades ao mesmo tempo.

Apenas ao medir ou observar uma entidade quântica é possível obter informações exatas sobre seu estado, o que também depende da escolha do experimento ou do aparelho de medição utilizado. Essa característica também faz parte do fenômeno de dualidade onda-partícula, um dos mais curiosos e interessantes fenômenos da física quântica e que não tem paralelo no mundo macroscópico.

A Física Quântica estuda o comportamento de corpos com dimensões iguais ou inferiores às dos átomos (partículas subatômicas) e a energia transmitida por eles ou para eles. Outro ponto importante é a transmissão de energia térmica por corpos com temperatura elevada.

Por causa desses estudos foi possível comprovar que a luz transporta energia, que é transmitida por intermédio dos fótons, e que é possível atribuir um comprimento de onda (característica das ondas) à matéria.

A Física Quântica, por ser uma área de estudo composta por várias vertentes de pesquisa, não possui leis específicas, porém tais vertentes possuem seus próprios princípios. Os principais princípios que a norteiam são:

Postulado de Planck: a energia térmica é absorvida ou emitida na forma de pacotes de energia denominados quanta.

Dualidade do comportamento da luz de Einstein: a luz se comporta tanto como onda quanto como partícula. Ela se propaga como uma onda eletromagnética, ou seja, não precisa de um meio (sólido, líquido ou gasoso) para se propagar, porém, por ser uma onda, também transporta energia. Esta, por sua vez, é transmitida pelos fótons, que são os quanta propagados pela luz.

Postulado de Broglie: os elétrons podem apresentar um comprimento de onda quando se movem em determinada velocidade, logo apresentam um comportamento dual como o da luz. Esse postulado foi provado por meio do experimento de dupla fenda realizado por Lester Germer e Clinton Davisson anos depois.

Incerteza de Heisenberg: não é possível determinar simultaneamente a energia de uma partícula quântica (de dimensões iguais ou inferiores às dos átomos) e o tempo no qual ela possui essa determinada energia. Outra perspectiva é que não se pode determinar a posição e a quantidade de movimento (produto entre massa e a velocidade) das partículas quânticas.

O gato de Schrödinger: nessa proposta teórica, coloca-se um gato vivo dentro de uma caixa junto de um recipiente contendo gás venenoso que pode ou não ser liberado e lacra-se a caixa com o gato e o veneno dentro. Logo, o gato está vivo e morto simultaneamente dentro da caixa, sendo o resultado algo imprevisível, confirmado apenas se a caixa for aberta. Tal teoria permitiu constatar que os fenômenos associados às partículas quânticas podem ser influenciados pela mera presença do observador. Caso este não exista, o fenômeno ocorreria de forma distinta.

A Física Quântica foi composta por várias mentes brilhantes. Dentre elas, vale destacar:

Max Planck — o pai da Física Quântica, com o modelo do quantum de energia;

Albert Einstein — efeito fotoelétrico;

Louis de Broglie — dualidade do comportamento da matéria;

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger — reescrita das equações de energia e relação entre um evento quântico e um observador;

Werner Karl Heisenberg — incerteza de Heisenberg e remodelagem do átomo.

A Física Quântica tem aplicação em toda forma de tecnologia que envolva chips ou algum tipo de circuito muito pequeno. Em razão dos avanços da Física Quântica foi possível a criação dos computadores, smartphones, lasers, LEDs, aparelhos de ressonância magnética, aparelhos de raios X, telescópios e microscópios avançados, painéis solares, leitores ópticos; em suma, quase toda forma de tecnologia envolvendo algum tipo de circuito. Cada um desses itens mencionados só existe graças ao estudo do transporte de energia por partículas subatômicas.