O nascimento da mecânica quântica


A descoberta da física quântica revolucionou os princípios da física clássica. Max Planck, no início do século passado, estudava a energia que surgia de um espectro de radiação térmica. Ao elevar um organismo emissor de calor a certa temperatura, ele obteve ondas eletromagnéticas. O cientista percebeu, através de cálculos, informações interessantes sobre as camadas atômicas e subatômicas.

O nascimento da mecânica quântica

O novo ramo que surgiu possuía a característica de estudar o que acontece nas frações mais infinitesimais da matéria. Moléculas, átomos, elétrons, prótons, pósitron e outras partículas tiveram enfoque na disciplina. Plank criou uma fórmula para se interpor entre a Lei de Wien e a Lei de Rayleight. A primeira diz respeito às baixas frequências, e a segunda às altas. A teoria quântica seria a primeira a se encaixar nesse sentido.

A mecânica quântica

Em 1750, alguns cientistas queimavam substâncias e observavam a luz que era emitida por um prisma. Eles notaram que os gases quentes que saíam dos materiais queimados tinham luzes de diferentes cores. No entanto, certos materiais não tinham cor.

Em 1800, pesquisadores percebiam o espectro como uma boa forma de identificar os elementos que queimavam. No final desse século, ao queimar objetos sólidos, os cientistas entenderam que a temperatura do objeto oferecia um meio para medir a temperatura à distância. A descoberta de Max Planck, em 1901, fechou algumas lacunas. Seu estudo havia descoberto a menor escala do universo.

A mecânica quântica surgia para explicar os fenômenos físicos que a mecânica clássica não podia, entre eles o efeito fotoelétrico, os modelos atômicos e o efeito compton. Antes disso, os físicos usavam o modelo atômico de Rutherford-Bohr para explicar essas questões. Numa análise aprofundada, esse modelo apresentava certas lacunas, mas para a época ele era suficiente.

Através da quantização, Planck foi o pioneiro a tentar explicar os modelos atômicos com uma equação. Para entender a diferença entre a sua abordagem e a clássica, imagine uma lanterna propagando a luz. Segundo a física tradicional da época, que era a mecânica de Newton, a energia era propagada de maneira contínua. Ela dependia da amplitude da nossa onda, ou seja, a luz era considerada uma onda eletromagnética. Quanto maior sua amplitude, mais energia haveria no feixe de luz.

Mas se tentássemos transportar o fenômeno para a mecânica quântica, haverá alguns efeitos, como o fotoelétrico (que foi explicado pelo jovem Albert Einstein, lhe rendendo um Nobel), porque há uma dependência da luz em sua amplitude. O modelo proposto por Planck afirmava que a luz se comporta como um corpo, e por isso ela tem caráter corpuscular. A luz não se propaga de uma maneira contínua, mas em pacotes de energia, que são denominados fótons ou “quantas” de luz.

A principal diferença entre o modelo corpuscular da luz e as ondas eletromagnéticas é que a energia depende da frequência do corpúsculo, isto é, do fóton de luz. Dessa forma, os modelos quânticos são explicados.

Com o modelo quântico da luz, verificamos que, quanto maior o número de fótons que uma luz tiver, mais intensa ela é. Planck verificou que a energia de um fóton depende exclusivamente da sua frequência. A energia de cada fóton é calculada pela constante Planck (h), através da frequência da luz.

Problemáticas

Uma das mudanças de perspectiva que a mecânica quântica trouxe para a ciência foi a respeito da física newtoniana. A crença num mundo totalmente matematizado se dissipou, pois as leis inflexíveis que o universo parecia possuir só funcionavam dentro de um quadro maior, macroscópico. A descoberta da física quântica demonstrou que, se observássemos o mundo mais de perto, em escalas minúsculas, veríamos que existem irregularidades e imprevisões que só podem ser entendidos dentro de uma perspectiva de probabilidade. Em outros termos, as “leis” naturais do mundo às quais se referia Newton não funcionam no universo microscópico.

Isso trouxe enormes problemas para a física. As pesquisas em escala macroscópica caminham num sentido, enquanto a mecânica quântica parece falar de outra coisa. A maior dificuldade para os físicos desde as descobertas de Planck tem sido a tentativa de unificar os dois lados. O número de teorias que surgiram para tentar solucionar o problema é enorme, quase imensurável, e algumas propõem completos absurdos. Mas alguns físicos creem que a resposta está na física antiga e medieval, especialmente em Aristóteles e São Tomás de Aquino.

Durante muitos séculos, a física de Aristóteles foi entendida como obsoleta ante as novas descobertas da modernidade. No entanto, a física quântica traz à tona soluções que já estavam no pensador grego, mas que não podiam ser demonstradas por ele pela falta de instrumental matemático que transformasse o universo probabilístico em linguagem quantitativa.

A abordagem da física de Aristóteles, mesmo com falhas (em relação às órbitas planetárias, por exemplo), mostrou conter uma metodologia muito compatível à consequente descoberta mecânica quântica. Segundo o físico Wolfgang Smith, no seu livro O Enigma Quântico, as respostas para todas essas lacunas da fundamentação filosófica da física quântica já estavam dadas há séculos atrás pela escolástica medieval, através dos estudos do filósofo aristotélico São Tomás de Aquino.