Características Importantes

Como dito anteriormente, a mecânica quântica veio pra tentar explicar alguns fenômenos que não poderiam ser explicados apenas pela física clássica. Com isso, alguns conceitos foram substituídos. Como o estudo da mecânica quântica é muito abrangente, vamos citar apenas os quatro mais importantes: A quantização de energia, o salto quântico, a dualidade da onda-partícula, o indeterminismo ou o princípio da incerteza.

Quantização de energia:

Vamos começar nosso estudo com uma situação: Você precisa esquentar água. Quando você coloca a água na panela e mede com a ajuda de um termômetro, a água está, por exemplo, a 20°C. O fogo é ligado e a água permanece lá até chegar aos 80°C. Quando dado esse exemplo, nós sabemos que para a água ter chegado aos 80°C ela passou por todos os valores de 20° a 80° para chegar até lá, não é mesmo? Quando isso acontece, dizemos que a grandeza é contínua.
Mas existe também em Física Moderna o que chamamos de uma grandeza quantizada. Em uma grandeza quantizada, não podemos ter todos os valores, existem valores proibidos. Se a água fervendo do exemplo anterior passasse por esse processo de quantização, poderíamos dizer que ela não passaria por todos os valores, ela não passaria por valores intermediários. É como se todos os valores intermediários entre 20° e 30° fossem proibidos.
Mas onde isso acontece? Acontece em partículas que se encontram “presas’’, “ligadas’’, como os elétrons em um átomo. Logo, podemos dizer que no caso de partículas subatômicas, a quantização da energia é algo para ser levado em conta.
Mas como chegamos nesse conhecimento?
Chegamos a essa conclusão através de experimentos do cientista Max Planck, em 1900. Planck fez estudos sobre a emissão de luz em alguns tipos de corpos super aquecidos, mais conhecido como “radiação do corpo negro. ’’ Todo objeto superaquecido emite uma radiação visível, como podemos ver no nosso dia-a-dia numa simples lâmpada. Planck, em seus estudos, usava da física clássica para calcular a energia de luz emitida, mas ao fazer isso, o resultado era infinito. Isso é impossível por que se assim, qualquer metal incandescente poderia acabar com o universo. Com isso, Planck supôs que a luz era emitida não em uma quantidade contínua, mas sim em “pacotes” de energia (quantizadamente), esses pacotes de energia foram chamados de quantum, que depois adotaram o nome de fóton.
Esse trabalho de Planck foi de extrema importância, porque conseguiu mudar a física clássica e avançou vários trabalhos de outros cientistas. Posteriormente, quando Bohr expos seu modelo atômico, foi descoberto que isso também acontecia nos átomos, partindo daí o conhecimento de que partículas subatômicas também têm sua energia quantizada.

Salto Quântico:

Como vimos anteriormente, no caso de uma grandeza quantizada, como a energia, ela pode ir de um nível para o outro, sem passar pelos seus valores intermediários. Mas como? Através do Salto Quântico. É basicamente o “salto’’ que a tal grandeza dá, sem passar por seus valores intermediários.
Mas que tal aprofundarmos um pouco?
Em um átomo, suponhamos que seus elétrons recebam uma energia luminosa, consequentemente aumentando sua energia. Só que o elétron só irá absorver essa energia caso ela seja suficiente para que ele consiga saltar para um próximo nível energético da eletrosfera, caso contrário, esse fóton (o pacote de energia) passa despercebido pelo elétron e não é absorvido. A mesma coisa acontece para a emissão de luz.
Sabe o interruptor que você tem pela casa inteira que brilha no escuro? Ele é um ótimo exemplo. O interruptor é feito de um material fosforescente, ou seja, que absorve luz e permanece com ela algum tempo e depois a emite de novo. Por isso parece brilhar no escuro, vai reemitindo luz até acabar a que absorvia enquanto o ambiente estava iluminado.

Dualidade Onda-Partícula:

Que tal um pequeno teste de conhecimento? Vamos lá:
“A luz é: a) uma onda b) uma partícula c)nenhum dos dois d)onda e partícula’’
Aposto que você marcou a letra ‘a’ não é mesmo? Sinto em dizer que você errou.
A luz, na física clássica foi comprovada com experimentos cuidadosos de que ela é uma onda. E isso está correto, mas a física lidou com situações em que essa definição não funcionava, pois em alguns casos a luz se comportava como partícula.
Então o que ela é? Podemos dizer, que ela pode ser os dois. As partículas subatômicas tem capacidade de se comportarem tanto como ondas quanto partículas. Por isso, na hora de falar sobre partículas é muito importante considerar a dualidade.
Esse conceito foi primeiro aplicado através do estudo sobre a luz, mas logo percebeu-se que isso é geral e que toda partícula subatômica se comporta com essa dualidade. Precisamos reforçar que as partículas se comportam ORA como onda ORA como luz, mas nunca partícula e onda ao mesmo tempo.

O vídeo a seguir explica de uma forma bem didática sobre esse efeito! Vamos ver? 🙂

O principio da incerteza
Assim podemos perceber que há infinitas possibilidades na mecânica quântica que nos impressionam a todo instante como o princípio da incerteza de Heisenberg. Heisenberg formulou este estudo em 1927. De acordo com este princípio, para prever a posição e velocidade futuras de uma partícula é necessário poder medir a posição e velocidade atuais. Resumidamente, para conhecer a velocidade de uma partículas, analisar seu movimento, acabamos alterando o mesmo. Para se observar a partícula é necessário fazer incidir sobre ela um raio de luz, por exemplo. Se o comprimento de onda do raio (fóton) for longo, ou seja, menos energético, perturbará menos o movimento da partícula e será possível conhecer a sua velocidade com alguma precisão. Todavia, não conseguimos determinar com precisão a posição da partícula. O oposto ocorrerá se fizermos incidir um raio com um comprimento de onda mais curto: perturbará mais o movimento e o conhecimento de sua velocidade não fica claro.

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