Introdução à mecânica quântica-Planck (versão simples)

Geralmente, quando ouvimos falar da dita ‘física quântica’, é comum que seja remetida a ela uma imagem de estranheza, frequentemente desafiando a nossa percepção de tudo a nossa volta. Mas qual seria o motivo para tal fama exótica da teoria quântica? Discutiremos o comportamento deste diferente universo ao longo deste e outros artigos.

O “nascimento” da teoria quântica, frequentemente chamada de mecânica quântica pelos mais íntimos, deu-se ao físico Max Planck, em 1900/1901. Na época, o cientista trabalhava em busca de uma forma de resolver uma questão perturbadora na física, o problema da catástrofe do ultravioleta, o qual indicava que o campo teórico da ciência ainda possuía brechas.

A solução de Max Planck: O físico alemão propôs no início do século XX a quantização da energia, o que significa que os valores de energia não são arbitrários, mas quantificados em “pacotes de energia” denominados quanta. Planck formulou então sua famosa equação, simples e elegante: E=hf Onde f é a frequência e h é a famosa constante de Planck, utilizada abundantemente em toda a teoria quântica. O valor da constante é aproximadamente 6,626×〖10〗^(-34) J∙s no SI.

Com a teoria de Planck, vemos a famosa dualidade onda-partícula (em certos casos a luz demonstra um comportamento ondulatório e em outros corpuscular) a qual se fez presente também na explicação do efeito fotoelétrico, fenômeno que garantiu a Einstein seu prêmio Nobel.

Ao finalizar seu trabalho com a radiação de corpos, Planck acabou por criar um campo teórico totalmente novo na ciência, a mecânica quântica. Conforme o passar do tempo, diversos cientistas entraram nesta área de estudo e ganharam destaque, como Erwin Schrödinger, com seu famoso experimento mental “gato de Schrödinger “.

A mecânica quântica é essencialmente probabilística, porém, sua probabilidade não é análoga ao que estamos acostumados em nossas percepções. Ao lançarmos um dado, podemos calcular com que probabilidade ele cairá com uma determinada face para cima; todavia, na essência da questão, o resultado de qual face do dado ficará exposta não é probabilístico mas sim determinístico. Caso consideremos múltiplas variáveis, como a resistência do ar, aerodinâmica do dado, o modo como ele foi lançado, entre outras coisas, teremos uma resposta precisa sobre o resultado que o dado nos dará. A quântica é probabilística em si, e não devido a nossa falta de informação do sistema considerado (como na analogia do dado).

Atualmente, a mecânica quântica é indispensável em nossas rotinas, mesmo que as vezes não percebamos; se hoje você tem um celular, computador, ou qualquer equipamento eletrônico agradeça aos cientistas do século XX!

Em artigos futuros explorarei algumas das bizarrices quânticas, como o fato de não podermos saber a posição e a velocidade de uma partícula ao mesmo tempo, o que é chamado de princípio da incerteza de Heisenberg.

Material de referência: "uma breve história no tempo" e "breves respostas para grandes questões" (livros de Stephen Hawking)