Física Quântica

O QUE É REALMENTE FÍSICA QUÂNTICA E COMO ELA INFLUI EM NOSSA VIDA?

    A Física Quântica está presente na vida humana e em seu progresso tecnológico. Os aparelhos eletrônicos que utilizamos são resultado dos estudos e investigações baseados na Física Quântica. A Física Quântica é a chave para várias inovações tecnológicas e para entender mistérios de nossa vida e do Universo.

    Para se aprofundar mais sobre esse conhecimento, acompanhem essa matéria com as seguintes informações:

1. Como se descobriu a existência da Física Quântica?

   Há pouco mais de um século, cientistas tinham dificuldade para explicar propriedades relacionadas à luz. Um exemplo disso é quando eles, ao investigarem sobre a radiação emitida por gases dentro de uma lâmpada de descarga elétrica, ao observarem o efeito com um prisma, notaram que essa radiação tinha linhas coloridas bem definidas e eles não sabiam a razão. Nesse momento o físico dinamarquês Niels Bohr entrou na história, explicando que a resposta estaria no comportamento dos átomos do gás da lâmpada.

    Segundo Niels Bohr, os átomos seriam compostos por um núcleo orbitado por elétrons, em uma estrutura similar àquela do sistema solar, com uma particularidade: os elétrons só poderiam circular nas órbitas adequadas ao seu nível de energia.

     Quando essas pequenas partículas do gás enfrentavam colisões, seus elétrons ganhavam energia e pulavam para outra órbita mais energética do átomo. Depois de um tempo, o elétron retornaria ao seu nível inicial de energia, liberando a parte “extra” que havia adquirido na forma de fóton ou seja, partícula da luz.

     A explicação para as linhas coloridas é que quando um elétron volta do nível de energia maior do que seu habitual, ele emite a energia que ganhou para conseguir fazer esse deslocamento. No caso dos gases da lâmpada, a energia “extra” foi emitida na forma de fótons, que geraram as linhas coloridas vistas pelos cientistas.

   Essa energia que é emitida em quantidades mínimas não pode ser subdividida e corresponde exatamente à diferença entre os dois níveis de energia, e disso surgiram as cores. Esse “pacote” de energia recebeu o nome de quantum.

2. A História da Física Quântica

      A Física Quântica surgiu para explicar a natureza daquilo do que existe de menor: as partículas da matéria, pois, a física clássica só tem explicação para tudo que é maior do que um átomo e está sujeito às leis físicas, como: inércia, gravidade, ação e reação, etc.

       Tudo começou em 1900, quando o físico alemão Max Planck fez surgir a ideia de que a energia era enviada em “pacotes” chamados Quanta.

       Em 1905, Einstein explicou o efeito fotoelétrico baseado na investigação da luz, ou mais especificamente da radiação electromagnética, que pode ser dividida num número finito de “quanta de energia”, que são como pontos no espaço.

      Em 1913, Niels Bohr explicou, em seu artigo Sobre a Constituição de Átomos e Moléculas, as linhas espectrais do átomo de hidrogênio, utilizando a ideia dos quanta. A expressão “Física quântica” foi usada pela primeira vez em O Universo à Luz da Física Moderna, de autoria Max Planck, no ano de 1931.

     Em 1924, o físico francês Louis-Victor de Broglie evidenciou a teoria de ondas da matéria, afirmando que as partículas podem exibir características de onda e vice-versa. Baseado nessa ideia e nas investigações de Broglie, nasceu a mecânica quântica moderna em 1925, quando os físicos alemães Werner Heisenberg e Max Born desenvolveram a mecânica matricial e o físico austríaco Erwin Schrödinger inventou a mecânica de ondas e a equação de Schrödinger não relativista.

     Em 1926, a denominação Quanta de energia recebeu o nome de fótons, termo introduzido por Gilbert N. Lewis.

3. Contribuições práticas da Física Quântica

     Em termos tecnológicos, a Física Quântica contribuiu com várias descobertas e invenções, tais como: 

notebook, smartphone, transistores, laser, semicondutores, aparelhos eletrônicos, aparelho de ressonância magnética, chip, estudos de engenharia genética, etc.

4. Mundo quântico

      Exemplos de como a Física Quântica faz parte de nosso mundo:

      Nosso corpo é quântico, pois, é formado por pequenas partículas.

     O aparelho de ressonância magnética é um exemplo que resulta da física quântica. Esta máquina gera um campo magnético que agita os níveis de energia dos elétrons das moléculas de água presentes no cérebro. A máquina detecta esse efeito e reproduz uma imagem equivalente.

   Os lasers, que possuem várias aplicações na área da saúde, utilizados em exames e cirurgias, também têm seu funcionamento baseado nas leis quânticas. Este aparelho “amplifica e canaliza” os fótons liberados pelos elétrons que decaem de nível de energia gerando o feixe de luz.

      Graças aos processos quânticos pode-se utilizar a energia solar como iluminação, através de painéis solares.

      A reações ocorridas para produzir energia nuclear é objeto de estudo da Física Quântica.

    Computadores e smartphones, foram inventados seguindo os os princípios da mecânica quântica em seus circuitos elétricos

    O processador desses equipamentos é feito de silício, no qual a distribuição do elétron é em forma de onda o que faz parte dos estudos e experimentações da mecânica quântica.

5.  As bases da Física Quântica

   A Física Quântica se baseia na incerteza, probabilidades e experimentações, com instrumentos para compreender o funcionamento da natureza.

     O próprio Albert Einstein custou a aceitar essa ideia pois, para ele, a Física Quântica era falha, levando-o a dizer que: “Deus não joga dados com o universo”.

  Niels Bohr em defesa da Física Quântica, contestou a crítica de Albert Einstein, respondendo: “Pare de dizer à Deus o que fazer”.

      Através de investigações, os cientistas chegaram à conclusão que os elétrons têm tantas opções de lugares onde podem estar, que eles não escolhem apenas uma delas.

   Entretanto, algo curioso acontece quando os físicos investigam a localização dessa partícula. Ao ser observada, ela se vê forçada a escolher uma só localização. Para entender melhor esse comportamento do elétron, é como se fosse uma sala de aula sem o professor, os alunos saem do lugar e vira uma agitação, mas quando o professor abra a porta, cada aluno volta para o seu lugar.

     Analogamente, quando ninguém está observando, os elétrons ficam agitados e não param quietos, mas quando se vai verificar, eles assumem um lugar. Recordando que “descobrir a posição” do elétron, na realidade é deduzir a posição mais provável dele estar. Esse princípio tem o nome de sobreposição, no qual o estado da partícula se refere à sobreposição de possibilidades, até que alguém o obrigue a escolher uma delas.

     Em relação a isso, Einstein comentou: “Gosto de pensar que a lua estará lá mesmo se eu não estiver olhando”.

6. Quatro conceitos da Mecânica Quântica

     1. AS PARTÍCULAS SÃO ONDAS, E VICE-VERSA

     As partículas ocupam lugar no espaço, levando massa e energia enquanto se movem, e as ondas se espalham pelo espaço, levando energia à medida que se movem, sem massa.

     2. O QUE SE PODE SABER SOBRE TUDO SE BASEIA EM PROBABILIDADES

   Os físicos ao utilizarem a mecânica quântica para descobrirem os resultados de uma experiência, só podem prever a probabilidade de detectar um dos possíveis resultados, pois, o resultado final é aleatório.

    3. A MEDIÇÃO DETERMINA A REALIDADE

  Enquanto o estado exato de uma partícula quântica não é medido, é indeterminado. Somente depois de medido, o estado da partícula será determinado e todas as medidas subsequentes da partícula terão o mesmo resultado.

    4. AS CORRELAÇÕES QUÂNTICAS NÃO SÃO LOCAIS

  O emaranhamento quântico ocorre quando duas partículas quânticas interagem, seus estados passam a depender um do outro, independentemente de quão distantes estejam.

7. Física Quântica e sua influência em nossa vida

   O vídeo aseguir apresenta o programa Conexão Ciência, com entrevista do Professor físico e matemático Paulo Henrique Guimarães da Universidade Católica de Brasília, falando sobre Física Quântica e o que acontece no mundo dos átomos e como isso influi nossa vida.

8. Nossa relação com a Física Quântica

     Podemos dizer que ainda existe muito por se entender e descobrir sobre a Física Quântica,.

    Nossa realidade não se limita somente ao mundo físico e nossas escolhas e energia influenciam e afetam a matéria e o ambiente à nossa volta. Isso é algo que olhos observadores e mente atenta podem comprovar e perceber.

       Nossa realidade física está a todo momento interagindo com os átomos, suas partículas e vice-versa.

   Saber disso nos torna mais atentos à ligação entre o micro e o macrocosmos e a importância dessa interação para uma vivência mais consciente da realidade.

Fontes: https://www.greenme.com.br/segredos-para-ser-feliz/6943-fisica-quantica - texto adaptado.
https://www.youtube.com/watch?v=SBpknl5Dg4c#action=share