Werner Heisenberg

Werner Karl Heisenberg foi um dos maiores cientistas de todos os tempos, possuindo um papel fundamental para o desenvolvimento e eventual sucesso da teoria quântica. Heisenberg destacou-se nas áreas da física teórica e da matemática desde muito jovem, mas apresentava certo grau de dificuldade no campo de física aplicada, sendo que, por pouco, não obteve seu doutorado, em virtude de não conseguir explicar o funcionamento de uma bateria.

Heisenberg nasceu no dia 5 de dezembro de 1901, em Wurtzburgo, Alemanha, e vivenciou, portanto, os horrores das duas guerras mundiais, em especial da segunda, sendo que seu país (Alemanha), sob o regime Nazista, visava o cientista já que seu principal campo de estudo, a mecânica quântica, era tida como “ciência judia”. Em declarações ao governo, Heisenberg afirmou ser essencialmente impossível desenvolver uma bomba atômica, o que é apontado por muitos atualmente como uma manobra utilizada pelo cientista para desencorajar a ditadura alemã quanto à obtenção de material bélico-nuclear. Após a segunda guerra mundial, Heisenberg trabalhou em pró do uso pacifico da energia atômica e foi também um dos fundadores do CERN (organização europeia para a pesquisa nuclear), sendo este o maior laboratório de física de partículas do mundo contemporâneo.

Com a verificação dos fenômenos envolvendo a dualidade onda-partícula, bem como outras propriedades quânticas, foi evidenciada a necessidade de uma nova teoria capaz de descrever o comportamento de partículas de escala atômica. Um dos pioneiros na formulação da nova área de estudo da ciência foi Werner Heisenberg.

No ano de 1920, o dinamarquês Niels Bohr (famoso por seu modelo atômico “o átomo de Bohr”) inaugurou um instituto na universidade de Copenhague, o qual atraiu cientistas de todo o mundo, não sendo diferente com Heisenberg. Na época, o modelo atômico de Bohr era o dominante, mas apresentava falhas, especialmente na descrição de sistemas mais complexos, tendo eficiência centrada no átomo de Hidrogênio (mais simplista). A pergunta principal que repercutia nas mentes mais brilhantes do século XX era: como desenvolver uma nova teoria sem um ponto de partida bem definido? Heisenberg possui uma interessante frase que ilustra bem a dificuldade enfrentada pelos cientistas da época: “Todas as qualidades do átomo na física moderna são derivadas. Ele não possui nenhuma propriedade física direta ou imediata”. Todavia, a solução, como sempre, encontrou-se no método cientifico, com o primeiro passo sendo observações obtidas a partir de experimentos realizados.

O físico alemão iniciou, então, suas pesquisas em busca de uma forma de descrever sistemas quânticos, tentando elaborar um esquema que envolvesse todas as variáveis quânticas conhecidas. Devido ao fato de possuir rinite, Heisenberg decidiu mudar-se para o litoral, devido à menor concentração de pólen e, certa noite, de madrugada, chegou a uma conclusão com seus cálculos, empolgando-se de tal modo a perder o sono. O físico então saiu de sua casa e esperou calmamente a vinda do Sol em cima de uma rocha.

Em suma, nas pesquisas Heisenberg adaptou ideias do modelo de Bohr de modo a fazer com que seu conjunto de cálculos concordasse com os resultados obtidos experimentalmente. Contudo, o modelo do cientista era “bagunçado” e de certa forma “caótico”, o que o levou a recorrer a seu amigo Max Born, cuja experiência em matemática era excepcional. Born conseguiu visualizar a beleza por trás do trabalho de seu amigo e conseguiu “enxugar” a formulação matemática em uma representação matricial, que veio a ser chamada de “mecânica matricial”.

Passado pouco tempo, o austríaco Erwin Schrödinger propôs uma descrição de sistemas quânticos através de uma espécie de equação de onda (vulga equação de Schrödinger), alcançando um sucesso imediato dentre a comunidade cientifica. As formulações de Heisenberg e Schrödinger eram equivalentes, porém a mecânica matricial era descrita por uma matemática muito abstrata, não sendo familiar aos cientistas da época, enquanto a descrição de Schrödinger era elegante e familiar aos que possuíam conhecimento acerca da mecânica ondulatória. Uma certa “rivalidade” instaurou-se entre os físicos, sendo que o físico austríaco argumentou que sua formulação era melhor, irritando o jovem Heisenberg.

Em estudos posteriores, Werner percebeu uma curiosa limitação: era impossível medir certas propriedades de forma precisa porque o aparato utilizado (para determinar observáveis como a posição) iria interferir nas partículas que estavam sendo medidas. Com investigações posteriores, Heisenberg percebeu que era impossível medir duas grandezas (como a velocidade e a posição de uma partícula) de maneira simultânea e que tal condição não se fazia em virtude da falta de “habilidade” do experimentalista, nem da carência de tecnologias mais avançadas, mas tratava-se de uma propriedade fundamental e intrínseca da natureza; era o universo impondo limites ao alcance do conhecimento humano. O principio da incerteza desbancou o determinismo, concepção de que tudo no universo é bem definido e pode ser determinado (posição defendida arduamente por Einstein, como evidenciado em sua máxima “Deus não joga dados”).

Em 1927, foi iniciada a busca da compreensão das descrições da mecânica quântica, visando sentidos mais “físicos”, de forma a tentar amenizar o alto teor abstrato de tal teoria. O principal envolvido foi Niels Bohr, o qual condensou as principais ideias da teoria quântica, como: o principio da incerteza de Heisenberg, dualidade onda-partícula, equação de Schrödinger, entre outros conceitos chave. Bohr chegou a uma interpretação dos fenômenos quânticos a qual ficou conhecida como “interpretação de Copenhague” (será discutida em detalhes em futuros artigos). Muitos cientistas adotaram a visão de Bohr, a qual propunha que os comportamentos duais (onda-partícula) exibidos pelos “corpúsculos quânticos” eram dois lados de uma mesma moeda, sendo que o observador possuía profunda implicância no desenvolvimento de um sistema. Contudo, a interpretação de Niels Bohr não foi a única visando à explicação da mecânica quântica, sendo que a interpretação de muitos mundos, de Hugh Everett, e a interpretação da onda piloto (entre outras), também oferecem explicações interessantes e concordam com previsões/ resultados experimentais dentro do que se propõe a ser. Até hoje é impossível dizer se qualquer uma das interpretações é a correta e a maior parte dos cientistas acredita que essa condição irá se manter para sempre, reafirmando, assim, todo o mistério envolvendo o mundo quântico.

Material de referência: uma breve história do tempo (Stephen Hawking), universo em uma casca de noz (Stephen Hawking), universo quântico (Brian Cox e Jeff Forshaw), 50 ideias de física quântica (Joanne Baker) e https://pt.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberg

Foto 1: Werner Heisenberg Foto 2: O princípio da incerteza em sua formulação mais famosa