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Carlos Lenz Cesar: "Mecânica Quântica"

31/05/2017 01:30:00
No fim do século XIX, a física vinha de uma série de grandes sucessos que mudaram a forma como vivemos atualmente. Newton desenvolve a mecânica e a astronomia. Logo a seguir, a termodinâmica traz as máquinas à vapor; a eletricidade seguida do eletromagnetismo nos forneceram luz elétrica e ondas de rádio, TV e WiFi. Tudo parecia tão bem que Michelson chegou a dizer que só restava à física calcular os efeitos até a próxima casa decimal. Mas, logo depois, descobriu-se que o elétron girava em torno do núcleo. Já se sabia que cargas aceleradas irradiam ondas eletromagnéticas; portanto, o elétron perderia energia e acabaria colapsando no núcleo.

Os átomos, assim, não poderiam ser estáveis e nós não existiríamos. Foi nesse contexto que surgiu a Mecânica Quântica. Planck em 1900 explicou outro problema sem solução até o momento, do calor específico dos materiais, considerando que as moléculas não podiam vibrar em qualquer frequência, mas apenas em múltiplos de um quantum discreto. Einstein entra na história em 1905 quantizando a energia e momento da radiação eletromagnética, que também só poderiam ser múltiplos de determinados quantums. Além disso, afirmou que ondas se comportam como partículas, chamadas fótons.


Então, surgiu a Mecânica Quântica, afirmando que partículas também eram ondas e as órbitas dos elétrons cujos comprimentos fossem múltiplos dos comprimentos da onda da partícula seriam estáveis e não irradiariam, estabilizando os átomos. A dualidade partícula-onda levou ao princípio de incerteza de Heisenberg, e Schroedinger encontrou a equação para a função de onda que descrevia o comportamento dos elétrons. Faltava uma interpretação para essa função de onda.


A escola de Copenhagen associou a função de onda com a probabilidade de encontrar elétron em determinada posição. Einstein não gostou dessa interpretação probabilística e lançou a sentença: “Deus não joga dados com o universo”. Heisenberg retrucou que, se não jogava dados, então jogava 21 e ainda escondia cartas na manga. A despeito das dificuldades filosóficas, o fato foi que a Mecânica Quântica conseguiu explicar a tabela periódica, as moléculas, os sólidos, os cristais, e levou ao desenvolvimento da microeletrônica, a base da revolução da informação, assim como lasers, LEDs, e Quantum Dots utilizados nas TVs de última geração.


Estimativa atual é que a Mecânica Quântica é responsável por um terço (33%) do PIB dos EUA. Em relação à Mecânica Quântica, o conselho dos mais experientes para estudantes de física é: acostume-se; e para a população em geral é: aproveite! 

 

Carlos Lenz Cesar
lenz@ifi.unicamp.br

Professor Titular do Departamento de Física (UFC) e Professor Titular Colaborador do Instituto de Física Gleb Wataghin (Unicamp)

 

Adriano Nogueira

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