Física Quântica


Em alguma ocasião você já se perguntou o que, afinal, é a física? Se não se perguntou é porque provavelmente sabe a resposta, não é? Bom, independente de saber ou não, é melhor falarmos já: a física é um campo da ciência que tem por objetivo estudar os componentes fundamentais do mundo e do universo, das forças que interagem umas com as outras e dos resultados que essas interações geram. Basicamente, trata dos das Leis de Newton, das forças como a inércia e o atrito, das temperaturas, das fórmulas, etc. Tudo isso que aprendemos na escola recebe o nome de Física Clássica. Absolutamente tudo que é maior que um átomo – considerado como a menor partícula constituinte do universo – é estudado pela Física Clássica e está sujeito às suas leis.

No entanto, há aproximadamente 110 anos atrás, um alemão chamado Max Planck se propôs a estudar partículas menores que um átomo e percebeu que, ao lidar com partículas tão pequenas, as leis das Física Clássica já não eram válidas. Então para que o estudo dessas partículas pudesse ser realizado era necessária a criação de novas leis, e essas leis ficaram conhecida como Física Quântica. Antes de começar a entender a Física Quântica é necessário ter em mente que ela é uma ciência não intuitiva, ou seja, mesmo que alguns dos seus princípios pareçam não fazer sentido à primeira vista, eles são verdadeiros.

Quântica

O nascimento da Física Quântica

Como já foi dito, Max Planck foi considerado o pai desta disciplina. Foi ele quem realizou o primeiro experimentos com partículas microscópicas, inaugurando o nascimento da disciplina: ele se propôs a analisar a intensidade da radiação emitida por uma partícula denominada corpo negro, que via de regra é considerada um radiador ideal. Na base deste experimento estava a ideia de que a energia era enviada através de “pacotes” chamados quanta. Para explicar os resultados obtidos pelo experimento, ele teve de estabelecer uma nova constante universal, já que o corpo negro não tem massa e por isso em seu estudo as leis da física clássica não são válidas. Essa nova constante ficou conhecida como “constante de planck”, marco do nascimento da Física Quântica. Com esses resultados em mãos e divulgados, uma série de outras experiências foram realizadas e todas igualmente surpreendente.

Como na ciência tudo progride, em 1905 Albert Eistein esclareceu para o mundo que toda a radiação eletromagnética pode ser dividida em quantas de energia, que são espécies de pontos localizados no espaço. Já em 1926, Gilbert Lewis denominou estas quantas de energia como fótons, elementos que mesmo sem sabermos exatamente o que é, escutamos frequentemente. A dedução de que fótons são constituídos por energia presente nas quantas foi revolucionária, pois permitiu que se eliminasse a possibilidade de energia infinita irradiando do corpo negro, já que essa energia vem em forma de ondas. Esse primeiro princípio levou a outro muito importante, descoberto por Louis-Victor de Broglie, segundo o qual a matéria pode exibir as características de onda bem como podem exibir características de matéria.

Esses dois princípios fundamentais alçaram a Física Quântica a novos patamares. Em 1925, enquanto os alemães Werner Heisenberg e Max Born lançam ao mundo a teoria da mecânica matricial, o físico Erwin Schrödinger lança a mecânica das ondas. O resultado disso foi o nascimento da Mecânica Quântica.

Mecânica Quântica

Por tudo o que já foi dito até agora, somos capazes de imaginar do que a Mecânica Quântica trata. Ela dedica-se ao estudo do comportamento da matéria em uma escala muito, mas muito pequena. Mas para que devemos saber isso? Ora, esta ciência possibilitou muitos avanços nas criações humanas. Por exemplo, sem ela você não estaria lendo este texto, pois seu computador, smartphone ou tablet utiliza-se da Mecânica Quântica em seu desenvolvimento.

Já foi mencionado que os principais materiais de estudo da Física Quântica são as partículas e as ondas. Não é preciso pensar muito para deduzir em como esses dois elementos estão presentes no nosso dia a dia. Recentemente, foram lançadas no mercado roupas esportivas que já vinham com proteção contra os raios solares, tornando o uso do protetor solar dispensável. Na base desta inovação está a nanotecnologia: são aplicadas partículas de dióxido de titânio nos tecidos, equivalente a um fator de proteção solar de 50. Isso é Mecânica Quântica, pois a nanotecnologia estuda o movimento e reação de partículas muito pequenas, descobertas pela disciplina da qual estamos tratando aqui.

Hoje, as aplicações da Física Quântica são muitas. Na onda das roupas esportivas nanotecnologias, surgiram outras, como aventais que usam partículas para formar uma espécie de escudo microbiano, reduzindo riscos de infecções hospitalares. A tecnologia também não fica de fora, já que hoje são muitos estudados os processadores quânticos, capazes de deixar o processamento de qualquer dispositivo muito mais rápido. A grande barreira para avanços no campo é a chamada descoerência, princípio que diz que quando as partículas são retiradas de seu meio seu comportamento se altera. Mas isso já é outro assunto.