A mecânica quântica

A mecânica quântica no cotidiano

A mecânica quântica é uma teoria física que estuda o comportamento de entidades físicas muito pequenas, como as moléculas, átomos, prótons, elétrons e partículas subatômicas, como os quarks. Hoje em dia, podemos encontrar produtos cotidianos que foram desenvolvidos a partir de conhecimentos quânticos, como o feixe de luz laser que lê os dados de um CD, os circuitos eletrônicos internos de diversos eletrodomésticos e microchips de computadores.

O nome “quântico” se refere a quantidades discretas. O valor da energia de uma partícula na física clássica não é discreto, pois existem partículas com quaisquer valores de energia. Já na mecânica quântica, conforme veremos com maior detalhe ao longo deste módulo, os valores possíveis para a energia não são contínuos: só são permitidos certos valores bem determinados.

A física quântica é uma teoria muito importante que infelizmente ainda é desconhecida pela maioria da população. Apesar disso, já está presente na cultura popular, por exemplo, neste trecho da música “Quanta", de Gilberto Gil.

Você pode assitir a um clipe dessa música aqui.

A ideia de que a matéria é composta de pequenas partículas, de “fragmentos infinitésimos” é bastante antiga, já tendo sido proposta pelos filósofos atomistas na Grécia Antiga, como Demócrito . Muito tempo depois, a partir do século XIX, começou a ser criada a teoria atômica moderna, retomando ideia de que a matéria é formada por quantidades discretas, as partículas.

Não se sabe ao certo quando exatamente surgiu a mecânica quântica. Seu processo de construção foi gradual, tendo a contribuição de muitos cientistas. Um dos pais da quântica foi Max Planck, ainda que ele mesmo não tenha aceitado a teoria quântica quando ela surgiu, no começo do século XX.

No estudo da radiação térmica emitida por corpos aquecidos em fornos durante o final do século XIX, aparecem as primeiras evidências da natureza quântica da energia. Este problema ficou conhecido como "o problema da radiação de corpo negro" e acabou sendo resolvido pelo cientista alemão Max Planck, que em 1900 criou uma teoria para explicar esse problema.

Planck obteve como resultado a célebre relação:

E = n h f

Hoje, interpretamos essa equação dizendo que a energia (E) é uma variável quantizada, ou seja, que só pode assumir certos valores: 0, 1.E, 2.E, 3.E ..., n.E, onde n é um número inteiro.

A partir de 1900, diversos cientistas contribuíram para o surgimento da mecânica quântica, o que trouxe resultados bastante estranhos.

Por exemplo, os corpos com massa muito pequena, como os átomos, não podem ter posição e velocidade bem determinadas (o Princípio da Incerteza); comportam-se ao mesmo tempo como ondas e partículas (a dualidade onda-partícula) e podem apresentar uma superposição de estados contraditórios, como “vivo e morto” (o gato de Schrödinger).