Os físicos ainda estão tentando conciliar dois mundos diferentes: o quantum e o macro.
Vamos ser sinceros: a mecânica quântica é realmente confusa. Todas as regras da física com as quais estamos acostumados simplesmente vão direto para a janela no reino quântico.
Coloque uma partícula em uma caixa. De acordo com a física clássica (e senso comum), essa partícula deve permanecer nessa caixa para sempre. Mas, sob a mecânica quântica, essa partícula pode simplesmente estar fora da caixa na próxima vez que você olhar. No pensamento clássico, você pode medir o momento e a posição de algo com um grau arbitrário de precisão. Não é assim no mundo quântico – quanto mais você sabe sobre um, menos sabe sobre o outro. Algo é uma onda ou uma partícula? De acordo com o ponto de vista clássico, você pode escolher um e apenas um. Mas pergunte ao seu mecânico quântico da vizinhança amigável, e eles dirão que algo pode ser ambos.
O mundo quântico é difícil de entender, mas em algum momento as regras do subatômico dão lugar às regras do macroscópico. Mas como? Não temos muita certeza e tem sido uma jornada longa e estranha na tentativa de responder a essa pergunta.
Um átomo de cada vez
A primeira pessoa a colocar alguns rótulos úteis no mundo quântico foi o físico Niels Bohr. No início de 1900, cientistas de todo o mundo estavam começando a despertar para o comportamento estranho e inesperado dos sistemas atômicos e subatômicos. Após décadas de trabalho exaustivo, eles perceberam que certas propriedades, como a energia, vêm em pacotes discretos de níveis chamados “quanta”. E enquanto os físicos começavam a esboçar uma base matemática para explicar esses experimentos, ninguém ainda havia desenvolvido uma estrutura completa e consistente.
Bohr foi um dos primeiros a tentar. E enquanto ele não forneceu uma teoria completa da mecânica quântica, ele lançou algumas bases sérias. Ele também promoveu algumas idéias que se tornariam os pilares da moderna teoria quântica.
O primeiro apareceu em sua tentativa inicial de modelar o átomo. Nos anos 1920, tínhamos sabido, através de uma variedade de experimentos muito interessantes, que o átomo é constituído por um núcleo pesado, denso e com carga positiva, cercado por um enxame de elétrons minúsculos, leves e com carga negativa. Também sabíamos que esses átomos só podiam absorver ou emitir radiação com energias muito específicas.
Mas, como foi?
Bohr colocou os elétrons “em órbita” em torno do núcleo, valsando em torno desse núcleo denso como planetas em um sistema solar de adolescência e adolescência. Em um sistema solar real, os planetas podem ter qualquer órbita que quiserem. Mas no átomo de Bohr, os elétrons estavam presos em pequenas trilhas – eles só podiam ter certas distâncias orbitais predefinidas.
Saltando de uma órbita para outra, o átomo pode receber ou emitir radiação em energias específicas. Sua natureza quântica foi assim codificada.
Uma conexão quântica
Mas Bohr acrescentou mais uma reviravolta interessante. Existem várias maneiras possíveis de construir um modelo quântico do átomo – por que esse deveria ser usado? Ele descobriu que, quando os elétrons orbitam muito longe do núcleo, sua natureza quântica desaparece e o átomo pode ser perfeitamente descrito pelo eletromagnetismo clássico. Apenas duas partículas carregadas saindo.
Isso se chamava Princípio da Correspondência e o argumento de Bohr era de que seu modelo do átomo era o melhor. Você pode ter qualquer teoria quântica que desejar, mas as corretas são as que dão lugar à física clássica sob algum limite. No caso de seu átomo, quando os elétrons se afastaram do núcleo.
O modelo do átomo de Bohr estava incompleto e mais tarde seria substituído pelo modelo da casca de valência que permanece até hoje. Mas seu Princípio da Correspondência continuou, e constituiu a pedra angular de todas as teorias quânticas por vir – uma luz orientadora que permitiu aos físicos construir e selecionar a matemática certa para descrever o mundo subatômico.
Mas Bohr não parou por aí. Ele argumentou que, embora esse Princípio da Correspondência permitisse uma conexão entre os mundos quântico e clássico, esses dois mundos não são os mesmos.
Sem quantum para você
Na mesma época em que Bohr estava intrigado com tudo isso, seu bom amigo Werner Heisenberg inventou seu princípio de incerteza, que logo será famoso. Tente medir a posição de uma partícula minúscula e você acabará perdendo informações sobre seu momento. Vá pelo contrário, tentando definir seu momento, e você se tornará ignorante sobre sua posição.
Bohr pegou essa idéia e seguiu em frente. Ele viu o Princípio da Incerteza de Heisenberg como parte de uma faceta muito maior do mundo quântico: que tudo vem em pares. Considere o par mais famoso do mundo quântico, a onda e a partícula. Nos sistemas clássicos, algo é puramente uma onda ou puramente uma partícula. Você pode escolher um ou outro para classificar algum comportamento. Mas na mecânica quântica, essas duas propriedades estão emparelhadas: tudo é simultaneamente uma partícula e uma onda e sempre exibe algumas propriedades de ambas.
Além disso, em sua essência, as regras quânticas dependem de probabilidades – a mecânica quântica apenas reproduz a física clássica em média. Com base nessas duas idéias, Bohr argumentou que uma teoria quântica nunca pode explicar a física clássica. Em outras palavras, átomos e sua classe operam sob um conjunto de regras, e trens e pessoas operam em outro conjunto de regras. Eles podem e devem estar conectados através do Princípio da Correspondência, mas, caso contrário, eles vivem vidas separadas e paralelas.
Bohr estava certo? Alguns físicos argumentam que simplesmente não trabalhamos o suficiente e que vivemos fundamentalmente em um mundo quântico e que podemos reproduzir a física clássica a partir de regras puramente quânticas. Outros físicos argumentam que Bohr acertou em cheio e não precisamos mais falar sobre isso. A maioria apenas mantém a cabeça baixa e analisa a matemática sem se preocupar muito com isso.
Publicado em 29/11/2019
Artigo original: https://www.space.com/do-we-live-in-quantum-world.html
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