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Mecânica Quântica – Um panorama

A palavra “quântica” (do Latim, quantum) quer dizer quantidade.

A palavra “quântica” (do Latim, quantum) quer dizer quantidade. Na Mecânica Quântica, esta palavra refere-se a uma unidade discreta que a teoria quântica atribui a certas quantidades Físicas, como a energia de um elétron contido num átomo em repouso. A descoberta de que as ondas eletromagnéticas podem ser explicadas como uma emissão de pacotes de energia (chamados quanta) conduziu ao ramo da ciência que lida com sistemas moleculares,atômicos e subatômicos. Este ramo da ciência é atualmente conhecido como Mecânica Quântica.

A Mecânica Quântica é a base teórica e experimental de vários campos da Física e da Química, incluindo a Física da matéria condensada, Física do estado sólido, Física atômica, Física molecular, química computacional, química quântica, Física de partículas, e Física nuclear. Os alicerces da Mecânica Quântica foram estabelecidos durante a primeira metade do século XX por Albert Einstein, Werner Heisenberg, Max Planck, Louis de Broglie, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, Richard Feynman e outros. Alguns aspectos fundamentais da contribuição desses autores ainda são alvo de investigação.

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Normalmente é necessário utilizar a Mecânica Quântica para compreender o comportamento de sistemas em escala atômica ou molecular. Por exemplo, se a mecânica clássica governasse o funcionamento de um átomo, o modelo planetário do átomo – proposto pela primeira vez por Rutherford – seria um modelo completamente instável. Segundo a teoria eletromagnética clássica, toda a carga elétrica acelerada emite radiação. Por outro lado, o processo de emissão de radiação consome a energia da partícula. Dessa forma, o elétron, enquanto caminha na sua órbita, perderia energia continuamente até colapsar contra o núcleo positivo!

 

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Conclusões da Mecânica Quântica

As conclusões mais importantes desta teoria são:

Em estados ligados, como o elétron girando ao redor de um átomo, a energia não se troca de modo contínuo, mas sim em de modo discreto (descontínuo), em transições cujas energias podem ou não ser iguais umas às outras. A idéia de que estados ligados têm níveis de energias discretas é devida a Max Planck.

O de ser impossível atribuir ao mesmo tempo uma posição e uma velocidade exatas a uma partícula, renunciando-se assim ao conceito de trajetória, vital em Mecânica Clássica. Ao invés da trajetória, o movimento de partículas em Mecânica Quântica é descrito por meio de uma função de onda, que é uma função da posição da partícula e do tempo. A função de onda é interpretada por Max Born como uma medida da probabilidade de se encontrar a partícula em determinada posição e em determinado tempo. Esta interpretação é a mais aceita pelos físicos hoje, no conjunto de atribuições da Mecânica Quântica regulamentados pela Escola de Copenhagen. Para descrever a dinâmica de um sistema quântico deve-se, portanto, achar sua função de onda, e para este efeito usam-se as equações de movimento, propostas por Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger independentemente.

Apesar de ter sua estrutura formal basicamente pronta desde a década de 1930, a interpretação da Mecânica Quântica foi objeto de estudos por várias décadas. O principal é o problema da medida em Mecânica Quântica e sua relação com a não-localidade e causalidade. Já em 1935, Einstein, Podolski e Rosen publicaram seu Gedankenexperiment, mostrando uma aparente contradição entre localidade e o processo de Medida em Mecânica Quântica. Nos anos 60 J. S. Bell publicou uma série de relações que seriam respeitadas caso a localidade — ou pelo menos como a entendemos classicamente — ainda persistisse em sistemas quânticos. Tais condições são chamadas desigualdades de Bell e foram testadas experimentalmente por A. Aspect, P. Grangier, J. Dalibard em favor da Mecânica Quântica. Como seria de se esperar, tal interpretação ainda causa desconforto entre vários físicos, mas a grande parte da comunidade aceita que estados correlacionados podem violar causalidade desta forma.

Tal revisão radical do nosso conceito de realidade foi fundamentada em explicações teóricas brilhantes para resultados experimentais que não podiam ser descritos pela teoria Clássica, que incluem:

Espectro de Radiação do Corpo negro, resolvido por Max Planck com a proposição da quantização da energia. Explicação do experimento da dupla fenda, no qual eléctrons produzem um padrão de interferência condizente com o comportamento ondular. Explicação por Albert Einstein do efeito fotoelétrico descoberto por Heinrich Rudolf Hertz, onde propõe que a luz também se propaga em quanta (pacotes de energia definida), os chamados fótons. O Efeito Compton, no qual se propõe que os fótons podem se comportar como partículas, quando sua enegia for grande o bastante. A questão do calor específico de sólidos sob baixas temperaturas, cuja discrepância foi explicada pelas teorias de Einstein e de Debye, baseadas na equipartição de energia segundo a interpretação quantizada de Planck. A absorção ressonante e discreta de energia por gases, provada no experimento de Franck-Hertz quando submetidos a certos valores de diferença de potencial elétrico. A explicação da estabilidade atômica e da natureza discreta das raias espectrais, graças ao modelo do átomo de Bohr, que postulava a quantização dos níveis de energia do átomo.

O desenvolvimento formal da teoria foi obra de esforços conjuntos de muitos físicos e matemáticos da época como Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Einstein, P.A.M. Dirac, Niels Bohr e John von Neumann, entre outros (de uma longa lista). Em geral, a região de origem da Mecânica Quântica pode localizar-se na Europa Central, na Alemanha e Áustria, bem como a Inglaterra, e no contexto histórico do primeiro terço do século XX. Formalismos na Mecânica Quântica

É importante ressaltar que a Mecânica Quântica, assim como acontece com a mecânica clássica, pode ser apresentada de formas diferentes.

A mecânica clássica, por exemplo, pode ser descrita na linguagem das forças, que é a forma mais antiga, devida à Newton. Foi muito bem sucedida na explicação de vários fenômenos.

Mais tarde, o formalismo lagrangeano, onde o conceito mais importante não é a força, mas a energia e ação, sendo que esta última é definida em termos da energia potencial e da energia cinética.

Depois, o formalismo hamiltoniano, baseado formalmente na lagrangiana, mas com desenvolvimento matemático muitas vezes mais fácil.

Fonte: Wikipédia

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Interpretações da Mecânica Quântica

Uma interpretação da Mecânica Quântica é uma tentativa de responder a questão: Sobre o que trata exatamente a Mecânica Quântica? A questão têm as suas raízes históricas na natureza mesma da Mecânica Quântica, que desde um princípio foi considerada como uma teoria radicalmente diferente das teorias Físicas precedentes. Porém, a Mecânica Quântica têm sido descrita como a teoria “mais comprovada e de maior sucesso na história da ciência”

Mecânica Quântica, como uma teoria científica, tem sido muito bem sucedida em prever resultados experimentais. Isto significa, primeiro, que há uma correspondência bem definida entre os elementos do formalismo (matemático, abstrato) e os procedimentos experimentais e, em segundo lugar, que os resultado obtidos neste experimentos estão extremamente de acordo com o formalismo. Além disso, que as questões básicas de que o que significa a Mecânica Quântica são ainda uma proposta em si mesmas e requerem algumas explicações.

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O entendimento da estrutura matemática da teoria trilhou vários estágios preliminares de desenvolvimento. Por exemplo, Schrödinger de início não entendeu a natureza probabilística da função de onda associada ao elétron; Foi Max Born que propôs uma interpretação de uma distribuição de probabilidade no espaço para a posição do elétron. Outros cientistas de destaque, tais como Albert Einstein, tiveram grande dificuldade em concordar com a teoria. Mesmo se estes pontos forem tratados como problemas menores, eles têm grande importância para atividades de interpretação.

Disto não se deve, porém, presumir que a maioria dos físicos considere que a Mecânica Quântica necessite de uma interpretação, além das mínimas fornecidas pela interpretação instrumentalista, as quais serão discutidas abaixo. A interpretação de Copenhague, no ano de 2005, ainda parecia ser a mais popular entre os cientistas (seguida pelas histórias consistentes e interpretação de muitos mundos). Mas também é verdade que a maioria dos fisicos considera que questões não instrumentais (em particular questões ontológicas) sejam irrelevantes para a Física. Eles remetem ao ponto de vista de Paul Dirac, depois expresso em um famoso ditado: “Cale-se e calcule” frequentemente (talvez erroneamente) atribuído a Richard Feynman.

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Mente e Foco, bem vindo ao nosso Site!

Este será um espaço pelo qual pretendo trocar informações gerais de como viver as sete áreas da vida em plenitude. Como usar o poder do foco para grandes realizações.

Esta postagem é somente o inicio de uma longa história pelo qual viveremos juntos nos próximos tempos.

Seja realmente muito bem vindo, e saiba que logo estarei aqui para falarmos sobre dicas importantíssimas.

 

Grata!

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