O que é Física Quântica

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Antes de explicar o que é física quântica ou mecânica quântica, é melhor saber o que é a física de uma maneira objetiva: ciência que estuda a natureza e seus fenômenos, a física busca a compreensão científica dos comportamentos naturais e gerais que nos cercam.

A física é considerada uma ciência fundamental, sendo aplicada para o benefício humano, pois ela contribui para o desenvolvimento, por exemplo, da tecnologia moderna. Ela mapeou grande parte dos fenômenos naturais com suas leis, ao explicar coisas como o movimento de corpos, movimento da luz (óptica), eletromagnetismo, etc. No entanto, as teorias iniciais da física, chamadas de física clássica, foram sendo substituídas por teorias inovadoras em um nível além do átomo, dando, assim, início à física quântica.

Introdução à física quântica

Mas, então o que é a mecânica quântica ou a física quântica? É uma teoria, um ramo da física que pode ser aplicado em um vasto campo da química e da física, como a física atômica, física molecular, física nuclear, física da matéria condensada e física do estado sólido, entre outros. A física quântica pode explicar de forma mais precisa muitos fenômenos previamente inexplicados. Na física atômica, por exemplo, ela estuda os sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, tais como átomos, elétrons, moléculas, prótons e  outras partículas subatômicas. Ou seja, ela é importante para o estudo dos sistemas microscópicos e seus efeitos, para o estudo do movimento das partículas muito pequenas, por isso ela passou a explicar o comportamento de objetos muito pequenos, como átomos e moléculas.

Na primeira metade do século XX, foram sedimentados os alicerces da mecânica quântica, através de nomes como Max Planc, Albert Einstein, Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, Richard Feynman e outros. Aliás, é atribuído aos estudos de Max Planck a origem da física quântica. Segundo Planck, a radiação eletromagnética emitida por um corpo aquecido não se dava de forma contínua, mas em pacotes discretos de energia, chamados por ele de "quanta" (que significa "quantidade" em latim). Essa descoberta contrariava a teoria da física clássica de cientistas como Isaac Newton, que defendia a tese de que o processo de emissão e absorção da radiação deveria ser contínuo e que a energia irradiada seria infinita.

Assim, pode-se dizer que a descoberta de Planck fez com que esse ramo da ciência que lida com sistemas atômicos, subatômicos e moleculares ficasse conhecido como mecânica ou física quântica, que recebe esse nome por prever o fenômeno da quantização. Ou seja, em estados ligados, como no caso de um elétron orbitando em torno de um átomo, a energia do elétron deve ser quantizada, pois a energia não se troca de modo contínuo, já que um elétron passa de uma energia mínima para outro nível somente se for aquecido, devendo, portanto, ser a transição da energia igual ou não uma à outra. Isso significa que o elétron realiza um salto energético de um valor para outro.

Einstein e Planck

Em 1905, Albert Einstein, criador da Teoria da Relatividade, foi o primeiro a reconhecer a teoria quântica proposta por Planck. Isto porque, Einstein publicou um artigo sobre o efeito fotoelétrico e suas consequências. Segundo ele, quando um feixe de luz incide sobre a superfície de certos metais, há emissão de elétrons. Essa energia liberada independe da intensidade da luz, e parece aumentar com a frequência da luz incidente. Ele considerou esse raio luminoso como uma chuva de partículas, que se propaga de forma descontínua, ou seja, em pequenos pacotes de luz, de energia. Vinte anos depois, essas partículas seriam chamadas de fótons, que nada mais são do que partículas que formam a luz. Os fótons podem se comportar como ondas ou partículas, mas não há como fazer com que elas se comportarem ao mesmo tempo como ondas e partículas.

Esse conceito sobre a luz ia de encontro à teoria clássica de que a luz consiste em ondas que se propagam de forma contínua. Apesar de ser considerado o "pai" da física quântica, Planck não queria se desligar dos conceitos da física clássica, mas teve que rever a sua posição, tendo relutado a aceitar a existência dos fótons.

A Física Quântica fácil de entender

Nós estamos acostumados a ver, tocar e interagir com objetos no nosso dia a dia. Está tudo ali, podemos enxergar e dizer que eles existem, são "de verdade". Vivemos em uma escala macroscópica. Mas e se enxergássemos através de lentes ou microscópios atômicos? Um novo universo se abriria, com partículas extremamente pequenas. É com isso que a física quântica lida.

Vivemos em um mundo onde tudo é feito de átomos e o átomo em si tem várias partículas. Como os neutrons por exemplo, (carga neutra) e os prótons (carga positiva). Juntos, prótons e neutrons formam o núcleo atômico. Mas os neutrons e prótons são compostos por outras partículas ainda menores, os quarks.

Quarks são partículas subatômicas que formam a maior parte da matéria do universo. Pense em blocos para construir coisas. A maioria das partículas é composta por dois ou três quarks.

E além dos quarks temos os elétrons e fótons! Ainda não se sabe se existem partículas ainda menores do que essas, mas a física quântica já estuda as partículas citadas e ondas que produzem radiação eletromagnética, invisíveis para o homem. Como é invisível, a radiação não precisa de espaço físico para se propagar, apenas do espaço vazio.

Em junho de 2013 duas equipes de físicos descobriram uma nova partícula, a Z(3900). Uma equipe era da Organização de Pesquisas para Aceleradores de Altas Energias (KEK), no Japão, e a outra do Instituto de Física de Altas Energias (IHEP), na China. Eles descobriram a Z(3900) enquanto realizavam experimentos com partículas subatômicas. A maior e mais estranha novidade relativa à descoberta é que a Z(3900) é formada por quatro quarks, ao contrário de outras partículas conhecidas que são formadas no máximo por três quarks.

O que isso quer dizer? Se a Z(3900) realmente for feita de quatro quarks, seu comportamento também deve ser diferente de tudo que os físicos já viram, o que forçaria uma mudança na maneira como teorizam a matéria na física quântica.

Dentro do átomo

As aplicações da física quântica, tanto teóricas como experimentais, se dão nos campos da física atômica, molecular, do estado sólido, da matéria condensada, de partículas e nuclear. Já na química, está presente nos campos da química computacional e quântica

O Princípio da Incerteza

Os tais átomos, elétrons, quarks e fótons não se comportam de maneira previsível. Na verdade, não é possível saber onde eles estarão daqui a 1 segundo, como se movimentam, ou seja, eles têm um comportamento muito estranho. Numa hora o elétron está ali, de repente ele some e reaparece em outro lugar como num passe de mágica, como se tivesse se teleportado. E não é por falta de instrumentos avançados e poderosos, o fato é que é impossível prever o que eles farão, como reagirão. Daí vem umas das leis da física quântica, o princípio da incerteza de Heisenberg, que diz que nunca saberemos a exata posição das coisas. Pelo menos por enquanto nunca saberemos onde um átomo ou elétron estará.

Existem átomos (o de Urânio por exemplo) que explodem sem causa aparente. Alguns simplesmente explodem, do nada, enquanto outros não explodem. Einstein, que no começo refutava a ideia de física quântica, tem uma frase para ilustrar sua frustração sobre isso: "Deus não joga dados". Para o físico, para tudo tem uma causa e efeito, mas na física quântica nada é o que parece.

Outra teoria da física quântica é a dualidade onda-partícula, que explica que às vezes as partículas agem como partículas, mas às vezes agem como ondas. Muito se questiona também se tais fenônemos se dão por interferência do observador, ou seja, nós mesmos. Isso abre um novo leque para a física quântica, que a aproxima de questões menos, digamos, materiais e mais espirituais. Uma das maiores questões é se a nossa consciência cria o mundo material.

Isso abre uma teoria que aproxima o científico do espiritual, onde a matéria não é o principal elemento formador da criação. O verdadeiro fundamento de tudo aquilo que conhecemos e percebemos seria a consciência, entendida como algo transcendental — fora do espaço-tempo, não local e onipresente.

A Física Quântica mostra que nada é fixo, nada tem limites e tudo é pura energia. Pelo pensamento, uma energia pode ser atraída, se transformando em realidade. Na Física Quântica o homem não é mais impotente perante a vida, mas tem o poder de ser criador dela e do mundo. Daí vem a Lei da Atração, que diz que tudo pode ser atraído quando há um foco estabelecido nele.

Para saber mais sobre Física Quântica, vida e espiritualidade assista ao documentário abaixo, "Quem Somos Nós".