Como funciona o mundo quântico? Parte I

Propagação de uma onda de matéria

Você já deve ter lido ou ouvido por aí a palavra “quântico” muitas vezes: notícias de ciência, propagandas de produtos “tecnológicos”, teorias loucas e até mesmo em textos de auto-ajuda! Uma simples procura no Google me rendeu vários sites que vendem produtos e serviços de terapia que prometem “despertar a sua alegria de viver” através de… Apometria e Eteriatria Quântica, Radiestesia e Fitoenergética! Além disso, encontrei uma página que contém “provas” para a imortalidade da alma e para a comunicação com o mundo espiritual.

Eu deixo para o leitor avaliar a credibilidade de tais informações, mas na minha opinião não passam de puro charlatanismo, ou no máximo wishful thinking; pelo menos esses sites são curiosos do ponto de vista psicológico, e pode ser até divertido ler essas coisas! Mas a verdade é que são pouquíssimas pessoas no mundo que sabem do que realmente se trata o quanta, a unidade quântica, e esse número cai ainda mais se estivermos procurando por especialistas.

Muita gente pode discordar de mim agora, mas a Física/Mecânica Quântica não é uma teoria. É uma ferramenta utilizada para tratar matematicamente e prever os efeitos estranhos que ocorrem em escalas muito pequenas, da ordem milionésimos de centímetros. Da mesma forma, a Mecânica Newtoniana (Clássica) também não é uma teoria, mas sim uma ferramenta utilizada para tratar de fenômenos observados na escala macroscópica.

Histórico

A Física Quântica nasceu entre o fim do século XIX e o início do século XX, quando o físico alemão Max Planck sugeriu a hipótese do quanta (“quantidade” em grego) para explicar e prever corretamente a radiação do corpo negro. Nesta teoria (sim, nesta fase ainda era apenas uma teoria), Planck afirmou que a energia só pode ser emitida/absorvida em quantidades específicas (pacotes), contrariando a ideia anterior de que o fluxo de energia é contínuo. Além desse, outros fenômenos também vieram a ser explicados pelo quanta, como os raios catódicos e o efeito fotoelétrico.

Falando nisso, o efeito fotoelétrico foi profundamente estudado por Albert Einstein, o que lhe rendeu um Prêmio Nobel. Ao contrário do que muita gente pensa, este prêmio não foi dado pela elaboração da Relatividade: naquela época, esta teoria era radical demais, os avaliadores não queriam sujeitar seus preciosos nomes a serem sujos por uma ideia tão maluca. Einstein não gostava da teoria quântica, ele passou boa parte de sua vida tentando encontrar uma contra-prova para combater a ideia do quanta, mas todas elas foram replicadas inteligentemente por Niehls Bohr e outras figuras da época. Einstein morreu aos 76 anos, ainda negando-se a aceitar a Física Quântica.

Físicos posam para foto durante a Conferência de Solvay em 1927, que tratou sobre a Física Quântica. A alta densidade de QI gerou uma singularidade do espaço-tempo no local.

O que é o quanta?

O senso comum nos sugere que o quanta, que ocorre somente em escalas muito pequenas, é tão insignificante, que ele não faria a diferença no mundo macroscópico. Mas a experiência nos mostra que esta foi uma ideia revolucionária: é graças à Mecânica Quântica que hoje nós temos televisão, computadores compactos, celulares, câmeras digitais, LED’s, e várias outras maravilhas tecnológicas que provavelmente não seriam possíveis sem essa ferramenta poderosíssima.

Para quem tem uma mente mais aberta e tempo para pensar, talvez seja de se esperar que, depois de ir cada vez mais fundo no mundo microscópico, em escalas cada vez menores, nós iríamos topar com alguma descontinuidade assim. Não?

O que eu quero dizer é melhor explicado com uma experiência imaginativa: olhe para a pele do seu braço. Ela parece ser contínua, não? Se você chegar seu olho bem perto dela, vai começar a ver algumas imperfeições, como as linhas que formam um tecido. Se você pegar uma amostra e observar em um microscópio, vai ver células, uma diferente da outra; se aproximar mais ainda vai começar a ver as estruturas celulares, e depois moléculas, e depois átomos… Enfim, o que antes era contínuo se transformou em um mundo habitado por diversos indivíduos. Mas e se nós fizéssemos isso com a energia? Digo, se você “pegar” uma certa quantidade de energia, e ir estudando cada vez mais profundamente o seu comportamento, em intervalos de tempo e de espaço cada vez menores, é de se esperar que um certo ponto surja uma descontinuidade, assim como ocorre com a matéria!

Um novo jeito de ver o universo

Representação de um átomo de hélio, com a nuvem eletrônica em escala de cinza. Crédito: Yzmo

O advento da Física Quântica trouxe uma nova maneira de se estudar o comportamento das coisas. Enquanto a Mecânica Newtoniana era fortemente baseada no determinismo, as novas ideias nos forçaram a ver o mundo microscópico com uma mente mais aberta. Nós não poderíamos enxergar a posição de partículas como pontos no espaço, mas sim como probabilidades!

Ao estudar a estrutura de átomos e moléculas, nós não podemos falar em “posição” de elétrons, mas sim em uma nuvem eletrônica que permeia as redondezas do núcleo atômico. Da mesma forma, quando eu irei falar do tunelamento na Parte II deste texto, nós não sabemos exatamente onde uma partícula (no caso, um elétron) está, mas sim a probabilidade de ela estar em certa posição.

Foi por causa dessas ideias de probabilidades e incertezas que Albert Einstein disse a famosa frase “Deus não joga dados.”

Ir mais fundo

Você pode se perguntar: será que é possível ir ainda mais fundo no mundo quântico? Será que em escalas ainda menores existe um outro mundo ainda mais bizarro? Felizmente ou infelizmente, a própria Física Quântica impõe um limite em si mesma, que impede que nós viajemos para dimensões menores.

Esse limite é chamado de Princípio da Incerteza de Heisenberg. Ele mostra que existe uma barreira matemática na precisão com a qual medimos certos pares de parâmetros físicos. Por exemplo, quanto mais precisamente você tentar medir a posição de um objeto, mais imprecisa será a sua medição na velocidade do mesmo. É isso que nos impede de ir mais fundo.

Parece meio triste não? Por um lado a Relatividade nos impede de viajarmos para outros sistemas estelares e outras galáxias, e por outro lado a Física Quântica nos impede de viajarmos para os mundos extremamente minúsculos. Apesar disso, essas leis físicas possuem uma beleza ímpar, como belas e tristes composições musicais clássicas.

Eu espero que eu tenha despertado a sua curiosidade para saber mais sobre esse assunto, que até hoje faz muitos físicos e principalmente estudantes coçarem suas cabeças. Fique ligado para a Parte II!

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