Mecânica Quantica

MECÂNICA QUANTICA

A mecânica quântica é a teoria física que obtém sucesso no estudo dos sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, tais como moléculas, átomos,elétrons, prótons e de outras partículas subatômicas, muito embora também possa descrever fenômenos macroscópicos em diversos casos. A Mecânica Quântica é um ramo fundamental da física com vasta aplicação. A teoria quântica fornece descrições precisas para muitos fenômenos previamente inexplicados tais como a radiação de corpo negro e as órbitas estáveis do elétron. Apesar de na maioria dos casos a Mecânica Quântica ser relevante para descrever sistemas microscópicos, os seus efeitos específicos não são somente perceptíveis em tal escala. Por exemplo, a explicação de fenômenos macroscópicos como a super fluidez e a supercondutividade só é possível se considerarmos que o comportamento microscópico da matéria é quântico. A quantidade característica da teoria, que determina quando ela é necessária para a descrição de um fenômeno, é a chamada constante de Planck, que tem dimensão de momento angular ou, equivalentemente, de ação.

A mecânica quântica recebe esse nome por prever um fenômeno bastante conhecido dos físicos: a quantização. No caso dos estados ligados (por exemplo, um elétron orbitando em torno de um núcleo positivo) a Mecânica Quântica prevê que a energia (do elétron) deve ser quantizada. Este fenômeno é completamente alheio ao que prevê a teoria clássica.

Um panorama

A palavra "quântica" (do Latim, quantum) quer dizer quantidade. Na Mecânica Quântica, esta palavra refere-se a uma unidade discreta que a teoria quântica atribui a certas quantidades Físicas, como a energia de um elétron contido num átomo em repouso. A descoberta de que as ondas eletromagnéticas podem ser explicadas como uma emissão de pacotes de energia (chamados quanta) conduziu ao ramo da ciência que lida com sistemas moleculares,atômicos e subatômicos. Este ramo da ciência é atualmente conhecido como Mecânica Quântica.

A Mecânica Quântica é a base teórica e experimental de vários campos da Física e da Química, incluindo a Física da matéria condensada, Física do estado sólido, Física atômica, Física molecular, química computacional, química quântica, Física de partículas, e Física nuclear. Os alicerces da Mecânica Quântica foram estabelecidos durante a primeira metade do século XX por Albert Einstein, Werner Heisenberg, Max Planck, Louis de Broglie, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, Richard Feynman e outros. Alguns aspectos fundamentais da contribuição desses autores ainda são alvo de investigação.

Normalmente é necessário utilizar a Mecânica Quântica para compreender o comportamento de sistemas em escala atômica ou molecular. Por exemplo, se a mecânica clássica governasse o funcionamento de um átomo, o modelo planetário do átomo – proposto pela primeira vez por Rutherford – seria um modelo completamente instável. Segundo a teoria eletromagnética clássica, toda a carga elétrica acelerada emite radiação. Por outro lado, o processo de emissão de radiação consome a energia da partícula. Dessa forma, o elétron, enquanto caminha na sua órbita, perderia energia continuamente até colapsar contra o núcleo positivo!

Interpretações da Mecânica Quântica

Uma interpretação da Mecânica Quântica é uma tentativa de responder a questão: Sobre o que trata exatamente a Mecânica Quântica? A questão têm as suas raízes históricas na natureza mesma da Mecânica Quântica, que desde um princípio foi considerada como uma teoria radicalmente diferente das teorias Físicas precedentes. Porém, a Mecânica Quântica têm sido descrita como a teoria "mais comprovada e de maior sucesso na história da ciência"

Mecânica Quântica, como uma teoria científica, tem sido muito bem sucedida em prever resultados experimentais. Isto significa, primeiro, que há uma correspondência bem definida entre os elementos do formalismo (matemático, abstrato) e os procedimentos experimentais e, em segundo lugar, que os resultado obtidos neste experimentos estão extremamente de acordo com o formalismo. Além disso, que as questões básicas de que o que significa a Mecânica Quântica são ainda uma proposta em si mesmas e requerem algumas explicações.

O entendimento da estrutura matemática da teoria trilhou vários estágios preliminares de desenvolvimento. Por exemplo, Schrödinger de início não entendeu a natureza probabilística da função de onda associada ao elétron; Foi Max Born que propôs uma interpretação de uma distribuição de probabilidade no espaço para a posição do elétron. Outros cientistas de destaque, tais como Albert Einstein, tiveram grande dificuldade em concordar com a teoria. Mesmo se estes pontos forem tratados como problemas menores, eles têm grande importância para atividades de interpretação.

Disto não se deve, porém, presumir que a maioria dos físicos considere que a Mecânica Quântica necessite de uma interpretação, além das mínimas fornecidas pela interpretação instrumentalista, as quais serão discutidas abaixo. A interpretação de Copenhague, no ano de 2005, ainda parecia ser a mais popular entre os cientistas (seguida pelas histórias consistentes e interpretação de muitos mundos). Mas também é verdade que a maioria dos fisicos considera que questões não instrumentais (em particular questões ontológicas) sejam irrelevantes para a Física. Eles remetem ao ponto de vista de Paul Dirac, depois expresso em um famoso ditado: "Cale-se e calcule" frequentemente (talvez erroneamente) atribuído a Richard Feynman.

Para que serve a física quântica?

Em primeiro lugar, serve para explicar o mundo em que vivemos: as partículas elementares de matéria e de antimatéria, o átomo e sua estrutura, a constituição e propriedades da matéria ordinária em suas diversas formas, a origem e a evolução do universo. Há também um número imenso de aplicações na técnica, como a energia nuclear, os lasers e seus diversos empregos em comunicações, medicina e indústria, além do computador, cujos componentes básicos são aplicações da física quântica.

Na medicina, além do laser, não podemos deixar de mencionar a imagem por ressonância magnética, uma aplicação direta de conceitos quânticos. Você vê que é impossível fazer uma lista das aplicações da física quântica no mundo moderno. A física quântica pode