O que é realmente Física Quântica e como ela influi em nossa vida?

Muito se houve falar em física quântica. Este tema é objeto de estudo e reflexão em diversas áreas de nossas vidas, tais como:

• místicas
• esotéricas
• espiritualistas
• científicas
• metafísicas

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:

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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.

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, e por aí vai

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.

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

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.

Salto Quântico

As cores da luz foram explicadas, mas surgiu outra questão instigante, os elétrons que aparentemente não se deslocavam no espaço para ir de um nível de energia ao outro, simplesmente, sumiam de uma órbita e apareciam em outra.

Esse fenômeno foi denominado pelos cientistas de “salto quântico”. Nenhuma das leis da mecânica clássica, como a desenvolvida por Isaac Newton, explicava esse fenômeno. Não havia nada que esclarecesse como se podia estar em um lugar ou no outro ou como algo conseguia aparecer em um novo lugar sem se deslocar no espaço.

A mecânica clássica não tinha explicação para o comportamento de partículas muito pequeninas, na escala do nanômetro,100.000 vezes menor do que a espessura de um fio de cabelo. Outras leis regiam esse mundo microscópico, as leis da mecânica quântica.

As probabilidades do mundo quântico

Os pesquisadores se concentraram em achar a explicação para o comportamento do elétron. Depois de várias investigações e experimentações para entenderem como funcionava esse deslocamento instantâneo, tiveram outra surpresa: apesar de serem partículas, os elétrons se deslocavam como ondas.

Para entender melhor o comportamento do elétron, pode-se utilizar o exemplo de duas caixas. Fazendo de conta que o elétron é a água de um balde, ao jogarmos a água em direção às caixas, a água espirrará nas duas caixas. Analogamente, se procurarmos saber em qual caixa foi parar o elétron, dificilmente dá para saber a sua posição, entretanto, o que podemos descobrir é a probabilidade dele estar em cada uma das caixas. Quando a água espirra para todos os lados e direções, é como as ondas do elétron.

As gotas d´água se chocam e se misturam como as ondas do elétron que acabam por se chocar e se influenciarem, determinando assim um novo curso e uma nova realidade.

As regiões onde a onda é mais alta são as que têm a maior probabilidade de serem a localização do átomo.

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”.

O incômodo de Albert Einstein não parou por aí, ele ficou ainda mais incomodado com outra propriedade dos elétrons, que será explicada a seguir.

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”.

Para ficar melhor compreender esse princípio, segue uma metáfora sobre a definição da posição do elétron: Temos um bilhete de loteria, esse bilhete pode ser premiado ou não. Esse bilhete só assumirá uma única característica, depois do sorteio, quando será “obrigado” a assumir uma das situações.

Como descobrir a posição do elétron?

Vamos supor que queremos descobrir a localização do elétron. Uma possibilidade para isso é jogar um fóton, uma partícula de luz, sobre a região onde existe uma maior probabilidade de a partícula estar.

Se o elétron realmente estiver lá, o fóton se chocará com ele, fazendo com que ambas as partículas desviem a sua trajetória. Os atómos podem ser comparados com bolas de bilhar.

Temos uma bola preta e uma bola branca em uma mesa de bilhar em uma sala escura. Para saber a posição da bola escura jogamos a bola branca, se ela se chocar com a bola escura descobriremos a posição dela, mas em contrapartida, o choque entre as duas bolas alterará a velocidade da bola preta, dessa forma, ao saber informação sobre a localização da bola preta, deixamos de saber a sua velocidade.

Entrelaçamento Quântico

O primeiro a fazer alusão à essa propriedade foi Einstein, em um artigo que escreveu junto com os físicos Boris Podolsky e Nathan Rosen. No trabalho, os três questionaram a teoria quântica chamando-a de incompleta e abordando o comportamento do elétron. Quem batizou a propriedade de entrelaçamento quântico, contudo, foi Schrödinger, em uma carta escrita à Einstein após a publicação do artigo.

Posteriormente, o físico austríaco escreveu um estudo definindo as propriedades de tal fenômeno. O entrelaçamento quântico estabelece que duas partículas podem se entrelaçar quando próximas uma à outra e, se existir ligação entre as suas propriedades. Entrelaçadas, significa que ao pesquisar uma propriedade de uma partícula, descobrimos também a mesma propriedade na outra que é seu “par”.

A conexão delas durará mesmo quando forem afastadas. Faz de conta que existem duas bolas, uma branca e uma preta e colocamos cada uma em uma caixa e vamos embaralhá-las, então, abrimos uma delas e vemos que a bola é preta, o que nos leva a saber que a outra é branca. Considerando duas bolas quânticas, através do princípio de sobreposição, as duas bolas são brancas e pretas ao mesmo tempo.

Seguindo o mesmo roteiro da situação anterior, para explicar o que acontece no entrelaçamento quântico, colocamos cada bola em uma caixa e as embaralhamos. Segundo o princípio de entrelaçamento, quando abrimos a caixa, se uma bola optar por ser preta, a outra bola automaticamente se tornará branca. Isso acontece mesmo se uma das caixas estiver em outro lugar bem distante, mesmo anos-luz de distância.

Quatro conceitos da Mecânica Quântica

Seguem 4 conceitos que norteiam a 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.

A Física Quântica e as realidades paralelas

Pela física quântica quando imaginamos um objeto, já estamos alterando ele.

Levando esta questão para nosso diário viver, quando tomamos uma decisão ou fazemos uma escolha surgem duas realidades paralelas, para entender melhor isso, segue um exemplo:

Ao receber um convite para visitarmos um lugar surge duas realidade paralelas, uma é se aceitarmos estaremos nesse lugar e outra ao recusarmos, não estaremos no lugar, então definimos nossa posição.

Física Quântica e sua influência em nossa vida

Este vídeo 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.

Nossa relação com a Física Quântica

Bem, podemos dizer que ainda existe muito por se entender e descobrir sobre a Física Quântica, mas é fato, por tudo que foi exposto neste conteúdo, pelo que a ciência já comprovou e pelos mistérios que de alguma forma são perceptíveis e sentidos por nós seres humanos.

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.

Nossas relações, decisões, ações, pensamento, vibrações, sensações, emoções e magnetismo compõem vários níveis de energia e dimensões que afetam nossa consciência e vice-versa, interferindo dessa forma no curso da realidade.

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.