A mecânica quântica é uma teoria alucinante com gatos mortos e vivos e partículas em dois lugares ao mesmo tempo.
O que é física quântica?
A física quântica é um ramo da física também conhecido como mecânica quântica ou teoria quântica.
A mecânica é aquela parte da física que se preocupa com coisas que se movem, de balas de canhão a bolas de tênis, carros, foguetes e planetas. A mecânica quântica é a parte da física que descreve os movimentos de objetos em níveis moleculares, atômicos e subatômicos, como fótons e elétrons.
Embora a mecânica quântica seja uma teoria científica extraordinariamente bem-sucedida, da qual depende grande parte de nossos estilos de vida modernos e obcecados por tecnologia, ela também é completamente louca.
A teoria obviamente funciona, mas parece nos deixar perseguindo fantasmas e fantasmas, partículas que são ondas e ondas que são partículas, gatos que estão ao mesmo tempo vivos e mortos, muitos acontecimentos aparentemente assustadores e um desejo desesperado de se deitar tranquilamente em um quarto escuro.
Se você já se perguntou o que é a teoria quântica que a torna tão desconcertante para muitos, aqui está um breve resumo da quântica em termos simples.
A história da mecânica quântica
Sabemos agora que toda a matéria é composta de átomos. Cada átomo, por sua vez, é composto por elétrons "orbitando" um núcleo composto por prótons e nêutrons. Os átomos são discretos. São "localizados": "aqui" ou "ali".
Mas, no final do século 19, os átomos eram realmente bastante controversos. Na verdade, foi a determinação de refutar a existência de átomos que levou o físico alemão Max Planck a estudar as propriedades e o comportamento da chamada radiação de "corpo negro".
O que ele encontrou em um "ato de desespero" no final de 1900 o transformou em um atomista comprometido, mas levou mais alguns anos para que o real significado de sua descoberta se afundasse.
Planck concluiu que a radiação é absorvida e emitida como se fosse composta de bits discretos que ele chamou de quanta. Em 1905, Albert Einstein foi além. Ele especulou que os quanta são reais – a própria radiação vem em pedaços discretos de energia-luz. Hoje chamamos esses nódulos de fótons.
A luz é uma onda ou uma partícula?
A hipótese de Einstein colocava um pouco de problema. Havia um corpo de evidências já bem estabelecido a favor de uma teoria ondulatória da luz. A observação chave é chamada de "experimento da fenda dupla".
Empurre a luz através de uma abertura estreita ou fenda e ela se esprem, dobrará nas bordas e se espalhará além. Ele 'difrata'.
Corte duas fendas lado a lado e temos interferência. As ondas difratadas pelas duas fendas produzem um padrão alternado de faixas claras e escuras chamadas franjas de interferência. Esse tipo de comportamento não se limita à luz – essa interferência de onda é facilmente demonstrada usando ondas de água.
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Antes de um elétron atingir a tela, ele tem uma probabilidade de ser encontrado 'aqui', 'lá' e 'em qualquer lugar' onde o quadrado da função de onda é maior que zero. Essa probabilidade de muitos estados existirem ao mesmo tempo é conhecida como "superposição quântica".
Isso significa que um elétron individual pode estar em mais de um lugar ao mesmo tempo? Não, na verdade, não. É verdade que ele tem uma probabilidade de ser encontrado em mais de um lugar ao mesmo tempo. E, se quisermos interpretar a função de onda como uma coisa física real, há um sentido em que isso é deslocalizado ou distribuído.
Mas se por "elétron individual" estamos nos referindo a um elétron como uma partícula, então há um sentido em que isso não existe como tal até que a função de onda interaja com a tela, momento em que ela "colapsa" e o elétron aparece "aqui", em apenas um lugar.
Por que a probabilidade é importante na física quântica?
Mais uma coisa. Que há uma probabilidade de 50% de que uma moeda jogada vá cair "cabeças" significa simplesmente que ela tem dois lados e não temos como saber (ou prever facilmente) qual caminho ela vai parar. Esta é uma probabilidade clássica nascida da ignorância.
Podemos estar confiantes de que a moeda continua a ter dois lados – cara e coroa – enquanto gira pelo ar, mas ignoramos os detalhes exatos de seu movimento, então não podemos prever com certeza qual lado pousará de frente. Em teoria, poderíamos, se soubéssemos exatamente o quão duro você o virava exatamente em que ângulo e exatamente em que altura você o pegaria.
Acredita-se que a probabilidade quântica seja muito diferente. Quando jogamos uma moeda quântica, podemos realmente ser bastante conhecedores da maioria dos detalhes de seu movimento, mas não podemos assumir que "cabeças" e "caudas" existem antes que a moeda tenha pousado, e olhamos.
Então, não importa exatamente quanta informação você tenha sobre o lançamento da moeda, você nunca será capaz de dizer com certeza qual será o resultado, porque não é pré-determinado como em um sistema clássico.
Einstein deplorou esse aparente elemento de puro acaso na mecânica quântica. Ele declarou que: 'Deus não joga dados'.
E então, em 1927, começaram os debates. O que é a função de onda e como ela deve ser interpretada? O que a mecânica quântica está nos dizendo sobre a natureza da realidade física? E o que é essa coisa chamada realidade, afinal?