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Dentre as funções dessa modalidade da física, está estudar o caráter dual da luz e dos átomos… a dualidade onda-partícula.

Tudo parecia resolvido para a física clássica do Século 19. Tudo menos uma coisa. Os físicos da época não conseguiam explicar como os corpos depois de aquecidos continuariam a emitir energia, como pregava a física de Newton. Afinal, as experiências mostravam que, quando aquecemos um objeto, seja ele de metal, porcelana, vidro ou de outro material, a radiação emitida por ele é sempre a mesma. Mas a física newtoniana contrariava a experiência, dizendo que o processo de emissão e absorção da radiação deveria ser contínuo e que a energia irradiada seria infinita.

Mas, se isso fosse verdade, seria perigoso até mesmo nos aproximarmos de uma inofensiva xícara de café quente, porque ela emitiria radiação muito energética e poderia nos fazer mal. A experiência do cotidiano mostrava que isso não acontecia. Como solucionar  esse impasse?

Globo Ciência: Max Planck (Foto: Reprodução de TV)Max Planck (Foto: Reprodução de TV)

O físico alemão Max Planck conseguiu resolver este desafio quase na virada do século. Em 1900, ele publicou um artigo em que propunha que a radiação eletromagnética emitida por um corpo aquecido não se dava de forma contínua, mas em pacotes discretos de energia, aos quais chamou ‘quanta’.

Quanta em latim significa ‘quantidade’, ‘pacote ou porção discreta’. A razão desse comportamento, segundo Planck, era desconhecida e simplesmente deveria ser aceita assim.

Com esse trabalho, Planck inaugurava uma nova física, a chamada física quântica, que foi usada, nos anos seguintes, para explicar o comportamento de objetos muito pequenos, como átomos e moléculas. Planck não fazia ideia da revolução que iria causar. Ele mesmo achou, por muito tempo, que sua teoria fosse um artifício para explicar algo que não podia ser explicado pela física clássica. E lutou por muitos anos contra suas próprias ideias. Mas foi amplamente reconhecido mais tarde. Planck recebeu por esse trabalho o Prêmio Nobel de Física, em 1918. Hoje, os cientistas chamam de física quântica toda a parte da física que emprega o conceito de quantum de Planck. Todo o restante é chamado de física clássica.

Globo Ciência: Átomos (Foto: Reprodução de TV)Representação atômica (Foto: Reprodução de TV)

As regras que determinam o comportamento dos objetos de dimensões atômicas são muito diferentes das que regem o comportamento que percebemos no nosso dia a dia. O mundo clássico, o das nossas percepções imediatas, é um mundo de certezas e de previsões concretas, ou seja, é um mundo determinista.

Sabemos que, se uma bola cair de uma certa altura, ela vai se chocar com o chão após um intervalo de tempo. Já o mundo quântico é um mundo de incertezas e probabilidades: não podemos afirmar ao certo qual caminho um elétron vai percorrer ao viajar de um ponto a outro do espaço. Apenas podemos dizer quais são os caminhos mais prováveis.

Globo Ciência: Albert Einstein e Max Planck (Foto: Reprodução de TV)Max Planck e Albert Einstein (Reprodução de TV)

Cinco anos mais tarde, a teoria quântica proposta por Planck foi reforçada por um trabalho apresentado por Albert Einstein. Em 1905, Einstein, com base nas ideias de Planck, publicou um artigo sobre o chamado efeito fotoelétrico, em que demonstra que, quando um feixe de luz incide sobre a superfície de certos metais, há emissão de elétrons, cuja energia independe da intensidade da luz, e parece aumentar com a freqüência da luz incidente. Para explicar o modo particular como isso ocorre, Einstein se viu obrigado a considerar o raio luminoso como uma chuva de partículas, ou seja, pequenos pacotes de luz. Vinte anos mais tarde, essas partículas seriam chamadas de fótons. Então, de novo, tínhamos a radiação – desta vez, luminosa – se propagando de forma descontínua, em pequenos pacotes de energia. Essa nova descrição da luz parecia estar em confronto com a ideia, então mais aceita, segundo a qual a luz consiste em ondas que se propagam de forma contínua. O próprio Planck relutou muito a aceitar a existência dos fótons. Ele teve que rever tudo em que acreditava: as sólidas bases da física clássica.

Em 1907, ainda inspirado em Planck, Einstein inaugurou a teoria quântica da matéria, descrevendo propriedades sobre como os corpos se aquecem. Essa teoria explica propriedades da absorção de calor pelo diamante, que durante muitos anos desafiava qualquer explicação baseada na física clássica.

No nosso cotidiano, estamos acostumados à ideia de que as propriedades de um objeto, como seu tamanho, peso, cor, temperatura e movimento são qualidades que podem variar de modo suave e contínuo de um objeto a outro.

As maçãs, por exemplo, podem se apresentar com todo tipo de formas, tamanhos e cores sem apreciáveis diferenças entre elas. Entretanto, na escala atômica, as coisas são muito diferentes. As propriedades das partículas atômicas, como seu movimento, energia e velocidade nem sempre apresentam variações suaves. Pelo contrário. Elas variam aos saltos, em degraus.

Como conciliar o caráter dual da luz e dos átomos, comportando-se ora como ondas, ora como partículas? Essa hipótese era tão revolucionária para a época que foi necessária uma nova geração de físicos, libertos dos conceitos clássicos, para desenvolver a física quântica.

Na vida cotidiana, podemos encontrar vários exemplos visíveis da física quântica: além dos transistores presentes em qualquer dispositivo eletrônico, temos os leitores óticos a laser e as células fotoelétricas, usadas em portas de elevadores, por exemplo, para indicar se existe alguém na linha da porta.

Globo Ciência: galáxia (Foto: Reprodução de TV)Galáxia (Foto: Reprodução de TV)

A Teoria Quântica, juntamente com a Teoria Geral da Relatividade, de Einstein, compõe os dois pilares que sustentam a física do Século 20. A primeira trata dos fenômenos muito pequenos, do mundo atômico e subatômico. A outra trata da física do gigantesco, de corpos como estrelas, galáxias, buracos negros. Um dos sonhos dos físicos é unificar essas duas teorias, mas isso tem se mostrado difícil.

Continua…

Fonte:

Programa Globo Ciência <http://redeglobo.globo.com/globociencia/noticia/2012/02/entenda-evolucao-da-fisica-quantica-de-max-planck-ate-os-dias-de-hoje.html&gt;