Transformar a nós mesmos e o mundo com as idéias da física quântica.

Física Quântica


PERGUNTAS BÁSICAS SOBRE FÍSICA QUÂNTICA

1 – Qual é a diferença entre uma onda comum e uma onda de possibilidade?

Ondas são perturbações periódicas que podem tanto percorrer o espaço (onda em movimento) como oscilar num só local (onda estacionária). Uma onda comum – uma onda em movimento do mar, por exemplo – oscila no espaço e no tempo manifestos; é possível ver a perturbação, o deslocamento da água da posição de superfície mudando com o tempo, as linhas da crista progredindo, e assim por diante. Uma onda quântica de possibilidades, ao contrário, não pode ser vista na manifestação. Nossa tentativa de vê-la faz com que a onda se desintegre numa partícula, por assim dizer.

2 – Por gentileza, dê um exemplo de onda de possibilidade.

Considere um elétron livre para se mover no espaço. Em questão de segundos, a onda desse elétron pode se espalhar por toda a cidade, assim como se expande uma onda do mar, mas somente em possibilidade. Ê alta, certamente, a probabilidade de que o elétron vá para alguns lugares e baixa a de que apareça em alguns outros lugares. Na verdade, essas probabilidades (calculada pelo instrumental matemático da mecânica quântica) compõem uma distribuição, em curva de sino.

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3 – O que é uma onda estacionária?

Você já está bem familiarizado, na verdade, com ondas estacionárias. As notas musicais que você escuta, vindas de um violão, começam como ondas estacionárias; se você observar a corda, verá que ela vibra, oscilando enquanto permanecer no mesmo lugar.

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4 – Por gentileza, dê um exemplo de onda de possibilidade estacionária.

Considere a onda de possibilidade de um elétron no mais baixo estado de energia (o estado fundamental) de um átomo de hidrogênio. Como o átomo confina o elétron, o elétron é descrito por uma onda de possibilidade estacionária. Na física newtoniana que você aprendeu na escola, supõe-se que o elétron orbite em torno do próton. Na nova concepção, você pode imaginar o comprimento de onda do elétron dando uma volta em torno da órbita (figura acima). Mas a diferença entre o modelo clássico e o modelo quântico é assombrosa. No modelo quântico, o elétron compõem uma distribuição de probabilidade; a órbita apenas descreve lugares em que é mais provável que o elétron apareça. Mais uma vez, se fizermos várias observações, descobriremos que o modelo quântico está de acordo com os dados experimentais. (figura abaixo).

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4 – Você diz que a observação causa a desintegração da onda em partícula, e que, portanto, o objeto quântico será encontrado sempre num só lugar, e não espalhado por toda a parte. Sendo assim, como você sabe que existe uma onda de possibilidade antes da observação?

Quando fazemos uma grande quantidade de observações de elétrons em situações idênticas, encontramos os elétrons aparecendo em todos os diferentes lugares previstos pela mecânica quântica, de acordo com a distribuição em curva de sino. Essa é a resposta mais genérica a pergunta: a teoria é verificada pelo experimento, e, por isso, nós confiamos na teoria, que diz que o elétron é uma onda de possibilidade antes que nós o vejamos.
Em algumas situações, podemos dizer que o elétron tem uma natureza de onda mesmo sem passarmos pelo trabalho de estudar a distribuição inteira. Veja, por exemplo, o experimento da fenda dupla (figura abaixo). O próprio fato de que os eletrons aparecem na placa fluorescente em outros pontos além daqueles que se encontram diretamente atrás das fendas denuncia a natureza de onda subjacente no elétron.

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5 – Por falar em experimento da fenda dupla, o que constitui uma fonte de elétrons?

Os elétrons estão em toda parte. Eles são partes constitutivas dos átomos que formam o grosso da matéria que existe na Terra. Encontram-se sobretudo nos metais, onde alguns deles têm a liberdade para se movimentar no metal todo. Para obter elétrons livres de um metal, lançamos luz sobre ele, o que nos dá fotoeletrons Os alarmes contra roubo funcionam com base nesse princípio. É possível também libertar os elétrons de suas cadeias metálicas esquentando o metal. Se você já viu, alguma vez, um tubo termiIonico, ele funciona com base nesse princípio.

6 – Voltemos, por um instante, para o experimento da fenda dupla. Por que o elétron não pode causar o colapso de sua própria onda de possibilidade?

Um sem-número de experimentos já demonstrou que o comportamento médio do elétron é completamente determinado pela mecânica quântica. Cada elétron, em cada evento, revela-se dotado de livre-arbítrio, na sua escolha de um ato entre as possibilidades? No primeiros tempos, até mesmo Niels Bohr ponderou sobre a questão do livre-arbítrio do elétron. Dificilmente algum físico de hoje concordaria com esse tipo de idéia. Mas ela é, em última análise, uma questão experimental, e está provavelmente excluída experimentalmente.

7 – Por que não podemos dizer que a placa fluorescente mede os elétrons e, ao fazê-lo, causa o colapso da onda de possibilidade do elétron?

Isso estaria em contradição com a mecânica quântica, segundo a qual até mesmo a placa fluorescente deve ser descrita como uma onda de possibilidade. O agente do colapso precisa estar totalmente fora da jurisdição da mecânica quântica.

8 – É difícil, para mim, aceitar que os resultados do experimento da fenda dupla na placa fluorescente permaneçam no limbo da possibilidade até que eu decida observar.

Pense em um elétron de cada vez. Cada elétron aparece em uma das franjas brilhantes (com probabilidades um tanto variáveis). A placa fluorescente amplifica o sinal do elétron em cada posição possível; é a sua função. A onda de possibilidade total compreende, agora, a superposição de todos esses elétrons possíveis, amplificados pela placa fluorescente em sinais possíveis. Mas, quando nós observamos, somente um desses sinais possíveis se manifesta; é nesse ponto que nós detectamos o elétron.
Note que a observação desintegra automaticamente todas as coisas relacionadas com o evento. O ponto que é iluminado, por exemplo, faz parte do todo da placa. Note também que um aparato de observação tem uma segunda função: devido a sua massa, sua onda de possibilidade se expande um tanto lentamente, de modo que vários observadores podem compartilhar dos resultados da mesma observação.

Milton César Ferlin Moura
Fonte: A Janela Visionária – Amit Goswami.

O video abaixo é uma animação da experiência da fenda dupla. Ele demonstra a dualidade onda-partícula e o quanto o observador é importante para o colapso das ondas de possibilidades. Vejam com atenção e aproveitem?

 

Comentários em: "Física Quântica" (5)

  1. João Marcos Bertoldi disse:

    Depreende-se que o “olhar”, mesmo que seja o olhar mecânico de um equipamento, interfere no campo energético, mundando o comportamento do eletrón. Será que foi feita a experiência correlacionando o número de objetos observadores?, sejam estes eletrônicos ou orgânicos; O esperado, pelo nosso raciocínio comum seria que houvesse uma gradução energêtica de interferência, não?

  2. Assis Melo Neto disse:

    7-> mas no experimento da fenda dupla com detectores de elétrons nas duas fendas eles se comportam como partículas e os detectores de elétrons não tem consciência!!! ou seja, o fato do elétron ser detectado o transfosma em um fenômeno superficial.

    • Exatamente. Segundo a teoria da física quantica todos os objetos estão em um estado de sobreposição aguardando serem “observados”. Prêmio Nobel desse ano. O fato de vc querer saber de conhecer por qual fenda o elétron passa foi o suficiente para causar o colapso da onda. Sei que a teoria quantica não é intuitiva, observador e experimento formam um todo inseparável. Se vc quiser ver o comportamento de onda do elétron faça um experimento com essa finalidade. Grato e abraços.

  3. Assis Melo Neto disse:

    certo, isso não tão contraintuitivo não!
    mas a teoria do colapso objetivo tambem não:
    essa diz que o colapso foi causado pela detecção do elétron, pois, ao ser detectado, esse teria sua informação materializada na superfície do fenômeno!!!
    isso é muito mais profundo porque não tem a ver com minha consciência, mas COM A DO ELÉTRON!!!

    • Nos primórdios das discussões da física quantica pelos gigantes que a estudaram levantaram essa hipótese da consciência do próprio elétron. Porém, com o avançar dos experimentos eles abandonaram essa idéia. O elétron se comporta como onda de possibilidade em um domínio transcendente e torna-se real com a observação.

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