Física Quântica 4 - A Primeira Lição de Física Quântica
A primeira Lição de Física Quântica
por Osvaldo Pessoa Jr.
Uma das melhores maneiras de aprender física quântica é partindo das ondas, que exploramos no último texto.
As ondas no mar, as ondas luminosas, etc., têm alguns aspectos bastante complexos, e tais aspectos estão por trás de boa parte dos mistérios quânticos.
Comecemos com o experimento de interferência de luz, ilustrado no texto anterior com um desenho feito por Thomas Young, em 1801.
O desenho ilustra como
se propagam as ondas,
mas Young não via diretamente as ondas.
O que ele via era
uma mancha de luz em uma parede, mancha essa que apresentava um padrão de
claros e escuros, que chamaremos “franjas” de interferência.
Essas franjas
estão representadas à direita na figura abaixo (a rigor, o plano das franjas
deveria ser girado em 90° para ficar de frente para a luz que vem da esquerda).
O que Young fez foi inferir, a partir das franjas, que a luz é uma onda, mas
ele não via as ondas, da mesma maneira que a gente vê as ondas do mar.
Para transformar este
experimento da física clássica em um experimento quântico, duas coisas precisam
ser feitas:
- Diminuir a intensidade da luz para ela ficar muito, mas muito, fraquinha.
- Usar um aparelho super-sensível para detectar a luz (por exemplo, uma fotomultiplicadora).
Feito isso, o que acontece? O que acontece é que a
gente mediria as franjas de interferência formando ponto a ponto, como na
figura abaixo (da esquerda para a direita).
As franjas de
interferência, na verdade, se formam ponto a ponto. No caso da luz, dá-se o
nome de “fóton” a cada um desses pontos observados.
Nós não discernimos os
fótons, mas vemos um padrão contínuo, porque há um número muito grande de
fótons em qualquer mancha de luz.
A energia associada a cada fóton é uma quantidade discreta, com um valor bem definido para cada cor de luz, e por isso recebe o nome de “quantum”, de onde vem o nome “física quântica”.
Esta é a primeira lição de física quântica: os objetos microscópicos são sempre observados como pontos (ou seja, têm valores discretos, e não contínuos).
Porém, enquanto o objeto está se propagando (sem ser medido), ele o faz como uma onda.
Um mesmo objeto, sem partes, não pode ser uma onda e uma partícula ao mesmo tempo, pois isso seria uma contradição de termos (lembrem-se das definições de partícula e onda apresentadas nos dois textos anteriores.
A energia associada a cada fóton é uma quantidade discreta, com um valor bem definido para cada cor de luz, e por isso recebe o nome de “quantum”, de onde vem o nome “física quântica”.
Esta é a primeira lição de física quântica: os objetos microscópicos são sempre observados como pontos (ou seja, têm valores discretos, e não contínuos).
Porém, enquanto o objeto está se propagando (sem ser medido), ele o faz como uma onda.
Um mesmo objeto, sem partes, não pode ser uma onda e uma partícula ao mesmo tempo, pois isso seria uma contradição de termos (lembrem-se das definições de partícula e onda apresentadas nos dois textos anteriores.
Porém, o que dissemos aqui não é uma contradição, porque o objeto
quântico se propaga como onda, e depois, em outro instante do tempo, ele é
detectado (medido) como uma partícula.
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