{"id":162,"date":"2021-06-17T23:40:30","date_gmt":"2021-06-17T23:40:30","guid":{"rendered":"https:\/\/fisica.net\/realnews\/quantica\/fisica-quantica-entenda-de-uma-vez-ou-nao\/"},"modified":"2021-06-18T20:16:16","modified_gmt":"2021-06-18T20:16:16","slug":"mecanica-quantica-entenda-o-que-e","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fisica.net\/realnews\/quantica\/mecanica-quantica-entenda-o-que-e\/","title":{"rendered":"Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica: entenda o que \u00e9"},"content":{"rendered":"\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\"><p>O mundo qu\u00e2ntico \u00e9 incompreens\u00edvel por natureza. L\u00e1, as coisas atravessam paredes, se comunicam por &#8220;telepatia&#8221; e existem em v\u00e1rios lugares ao mesmo tempo. Essa \u00e9 a parte f\u00e1cil. Saiba qual \u00e9 a dif\u00edcil no texto abaixo \u2013 caso ele realmente esteja l\u00e1.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n<p>Acesse   <a href=\"https:\/\/fisica.net\/mecanica-quantica\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">fisica.net\/mecanica-quantica<\/a>  e aprodunde seus conhecimentos.<\/p>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p><sup><strong>Texto: Bruno Vaiano | Arte: Carlos Eduardo Harao<\/strong><\/sup><br><a href=\"https:\/\/super.abril.com.br\/especiais\/fisica-quantica-entenda-de-uma-vez-ou-nao\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Revista SUPER<\/a><\/p>\n\n\n\n<p>Pr\u00eamio Nobel (e piadista) Richard Feynman disse certa vez: \u201cSe voc\u00ea acha que entendeu a f\u00edsica qu\u00e2ntica, \u00e9 porque voc\u00ea n\u00e3o entendeu\u201d. E ele est\u00e1 certo.<\/p>\n\n\n\n<p>Para saber o que h\u00e1 de inintelig\u00edvel ali, vamos come\u00e7ar pelo b\u00e1sico: f\u00edsica qu\u00e2ntica \u00e9 o ramo da ci\u00eancia que descreve o funcionamento do mundo em escala microsc\u00f3pica. Suas equa\u00e7\u00f5es mostram, com mais de dez casas decimais de precis\u00e3o, o comportamento das part\u00edculas fundamentais, os tijolinhos indivis\u00edveis que constroem tudo que h\u00e1 no Universo.&nbsp;Continua ap\u00f3s a publicidade<\/p>\n\n\n\n<p>Essas part\u00edculas formam \u00e1tomos, que formam mol\u00e9culas, que formam tecidos e \u00f3rg\u00e3os, que formam voc\u00ea. Uma precis\u00e3o de dez casas decimais equivale a medir a dist\u00e2ncia entre Porto Alegre e Natal com a margem de erro de um fio de cabelo. Eis o grau de intimidade com que conhecemos a n\u00f3s mesmos.<\/p>\n\n\n\n<p>Esse sucesso espetacular da f\u00edsica qu\u00e2ntica foi poss\u00edvel gra\u00e7as a mais de um s\u00e9culo de esfor\u00e7os de alguns g\u00eanios c\u00e9lebres e uma multid\u00e3o de pesquisadores desconhecidos do p\u00fablico. Atualmente, o relat\u00f3rio de um \u00fanico experimento no acelerador de part\u00edculas LHC pode ser publicado com mais de 3 mil assinaturas, tamanha a m\u00e3o de obra necess\u00e1ria para destrinchar os dados.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<p>O Modelo Padr\u00e3o \u2013 que voc\u00ea pode imaginar como uma tabela com os n\u00fameros e caracter\u00edsticas de cada part\u00edcula fundamental, e as equa\u00e7\u00f5es que regem a intera\u00e7\u00e3o entre elas \u2013 talvez seja o maior esfor\u00e7o intelectual coletivo da hist\u00f3ria da civiliza\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>Se \u00e9 assim, por que Feynman considera o mundo qu\u00e2ntico inintelig\u00edvel? Toda gradua\u00e7\u00e3o em F\u00edsica d\u00e1 uma introdu\u00e7\u00e3o ao tema. Incont\u00e1veis tecnologias \u2013 lasers, m\u00e1quinas de resson\u00e2ncia magn\u00e9tica e at\u00e9 smartphones \u2013 dependem da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica para funcionar. E funcionam. Isso n\u00e3o \u00e9 entender?<\/p>\n\n\n\n<p>\u00c9 e n\u00e3o \u00e9. As equa\u00e7\u00f5es que regem o mundo microsc\u00f3pico d\u00e3o resultados precisos, mas elas tamb\u00e9m nos dizem que coisas bizarras podem acontecer: part\u00edculas atravessam paredes e se conectam por dist\u00e2ncias imensas. Elas t\u00eam posi\u00e7\u00e3o e velocidade, mas, se voc\u00ea mede um desses dados, elas escondem o outro de voc\u00ea.&nbsp;Um el\u00e9tron se comporta como onda at\u00e9 ser detectado \u2013 quando manifesta seu lado part\u00edcula.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Toda essa estranheza \u00e9 bem descrita pela matem\u00e1tica e foi verificada na pr\u00e1tica repetidas vezes. N\u00f3s sabemos que \u00e9 assim. Mas n\u00e3o entendemos por que \u00e9 assim. O mundo microsc\u00f3pico \u00e9 uma caixa-preta. Nas pr\u00f3ximas p\u00e1ginas, vamos mergulhar nessa escurid\u00e3o. Tudo come\u00e7a com a luz.<\/p>\n\n\n\n<p>Fontes: Osvaldo Pessoa Jr., fil\u00f3sofo da ci\u00eancia, Unicamp; Silvio Chibeni, fil\u00f3sofo da ci\u00eancia, Unicamp; Nelson Pinto Neto, f\u00edsico, CBPF; Juliano Neves, f\u00edsico, UFABC. Consultamos os livros&nbsp;<em>In search of Schr\u00f6dinger\u00b4s cat<\/em>&nbsp;e&nbsp;<em>Schr\u00f6dinger\u2019s kittens<\/em>&nbsp;de John Gribbin,&nbsp;<em>QED: a estranha teoria da luz e da mat\u00e9ria<\/em>&nbsp;e&nbsp;<em>F\u00edsica em seis li\u00e7\u00f5es de Richard Feynman<\/em>;&nbsp;<em>A realidade oculta<\/em>,&nbsp;<em>O Universo elegante<\/em>&nbsp;e&nbsp;<em>O tecido do cosm<\/em>o, de Brian Greene; e os canais de divulga\u00e7\u00e3o cient\u00edfica PBS Nova e Domain of Science.Continua ap\u00f3s a publicidade<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site1a.png?w=300\" alt=\"-\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site1a\"\/><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site1b.png?w=300\" alt=\"-\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site1b\"\/><\/figure>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Pt. 1 \u2013 Os f\u00f3tons e a luz<\/h3>\n\n\n\n\n\n<p>Em 1905, Einstein tinha 26 anos e trabalhava em um escrit\u00f3rio em Berna, na Su\u00ed\u00e7a, examinando pedidos de patente. Em um intervalo de meses, dedicando-se \u00e0 pesquisa em f\u00edsica te\u00f3rica s\u00f3 no tempo livre, publicou quatro artigos cient\u00edficos revolucion\u00e1rios. Com um deles, fundou a Teoria da Relatividade. Com o outro, chegou a uma das conclus\u00f5es fundadoras da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica. \u00c9 esse segundo que interessa para n\u00f3s.<\/p>\n\n\n\n<p>O artigo, baseado em um trabalho anterior de Max Planck, versa sobre um fen\u00f4meno chamado&nbsp;<em>efeito fotoel\u00e9trico<\/em>, em que um metal, quando exposto \u00e0 luz, libera el\u00e9trons ao acaso. \u00c9 assim, diga-se, que os postes de luz da rua sabem que precisam acender quando anoitece: o Sol se p\u00f5e, e um detector nota que o fluxo de el\u00e9trons parou.<\/p>\n\n\n\n<p>Vamos explicar do in\u00edcio. Um \u00e1tomo \u00e9 feito de um n\u00facleo compacto envolto em uma nuvem de el\u00e9trons. Quando \u00e1tomos se juntam para formar um peda\u00e7o de metal, os el\u00e9trons soltam a m\u00e3o dos n\u00facleos e formam uma s\u00f3 nuvem, que engloba todo o peda\u00e7o. Se uma luz incide sobre o metal, ela fornece energia para os \u00e1tomos ali. Alguns el\u00e9trons aproveitam esse&nbsp;<em>shot<\/em>&nbsp;de Red Bull para pular fora. \u00c9 da\u00ed que vem a corrente el\u00e9trica.Bruno Vaiano\/Carlos Eduardo Hara\/Superinteressante<\/p>\n\n\n\n<p>Einstein sabia disso, mas havia um mist\u00e9rio: a luz \u00e9 uma onda que pode vir em v\u00e1rios comprimentos. Nossos olhos diferenciam esses comprimentos como cores. O vermelho \u00e9 a onda de comprimento maior; o violeta, a mais curta. Quanto mais curta a onda, maior sua frequ\u00eancia (o n\u00famero de ondula\u00e7\u00f5es por segundo) e maior sua energia. \u00c9 de se esperar, ent\u00e3o, que o violeta, mais vibrante, seja um Red Bull de el\u00e9trons mais potente que o vermelho, uma luz de frequ\u00eancia mais calma.Bruno Vaiano\/Carlos Eduardo Hara\/Superinteressante<\/p>\n\n\n\n<p>Teoricamente, deveria ser poss\u00edvel regular essa diferen\u00e7a: se voc\u00ea aumentar muito o brilho da luz vermelha, esse brilho compensa a falta de energia inerente a ela e faz os el\u00e9trons pularem. J\u00e1 uma luz violeta muito fraquinha n\u00e3o deveria ser capaz de libertar nenhum. Por\u00e9m, na pr\u00e1tica, o que se verificou \u00e9 que nem a luz vermelha mais intensa e ofuscante do mundo dava um peteleco em um el\u00e9tron. Mas qualquer luz violeta, mesmo a mais suave, conseguia.<\/p>\n\n\n\n<p>Einstein prop\u00f4s o seguinte. Suponha que a luz seja formada por pacotinhos de energia indivis\u00edveis, os \u201cquanta de luz\u201d (<em>quanta<\/em>&nbsp;\u00e9 \u201cquantos\u201d em latim, o nome tamb\u00e9m \u00e9 inven\u00e7\u00e3o de Planck).&nbsp;E que uma cor com mais energia, tipo o violeta, tem pacotinhos mais gordos. O el\u00e9tron s\u00f3 pula fora se ele receber um pacotinho do tamanho violeta. O tamanho vermelho n\u00e3o serve, \u00e9 magro demais. Quando voc\u00ea aumenta a intensidade da luz vermelha, voc\u00ea est\u00e1 despejando muito mais pacotinhos, mas cada pacotinho ainda vale pouco. \u00c9 como tentar arrancar um fio de cabelo dando v\u00e1rias puxadinhas em vez de um pux\u00e3o firme.<\/p>\n\n\n\n<p>Eis um fen\u00f4meno que s\u00f3 podia ser explicado considerando que a luz \u00e9 feita de part\u00edculas. Mas o problema \u00e9 que, ao longo de todo o s\u00e9culo 19, os f\u00edsicos haviam conseguido provas e mais provas de que ela \u00e9 feita de ondas.Continua ap\u00f3s a publicidade<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site2.png\" alt=\"-\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site2\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Carlos Eduardo Hara\/Superinteressante<\/p>\n\n\n\n<p>Em 1801, Thomas Young fez o seguinte experimento. Em uma sala escura, cortou dois buracos retangulares e paralelos em uma placa opaca e acendeu uma luz na frente da placa. A luz \u201cse espremeu\u201d para passar pelas fendas e iluminou a parede l\u00e1 atr\u00e1s. Caso a luz fosse feita de part\u00edculas, elas percorreriam uma linha reta at\u00e9 a parede e formariam duas faixas de luz claramente discern\u00edveis. Como tinta de spray passando por um est\u00eancil de grafiteiro.<\/p>\n\n\n\n<p>Mas n\u00e3o foi o que ocorreu: a luz formou v\u00e1rias faixas (veja o gr\u00e1fico abaixo). Isso \u00e9 porque a luz se comporta como uma onda. Quando a onda se divide para passar pelos dois buracos, emerge do outro lado como duas ondas distintas. Essas ondas interferem uma com a outra. Onde dois picos se encontram, a luz \u00e9 refor\u00e7ada. Onde um pico e um vale se trombam, as ondas se cancelam e n\u00e3o h\u00e1 luz. O nome disso \u00e9 padr\u00e3o de interfer\u00eancia. Mantenha esse experimento em mente. Ele vai voltar mais para a frente no texto (no gr\u00e1fico abaixo, voc\u00ea l\u00ea um aperitivo do que vem por a\u00ed).<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site2a.png\" alt=\"\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site2a\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>1. O original de 1801<\/strong><br>Young fez a luz passar por duas fendas paralelas. As ondas, duplicadas, se reencontram do outro lado e interferem entre si, formando um padr\u00e3o listrado (as faixas apagadas s\u00e3o onde o vale de uma onda e a crista de outra se cancelam). \u00c9 a prova de que a luz \u00e9 onda.<\/p>\n\n\n\n<p>Lembre-se: tamb\u00e9m h\u00e1 evid\u00eancia de que a luz \u00e9 feita de part\u00edculas, os f\u00f3tons. Por\u00e9m, os f\u00f3tons sabem que precisam agir como onda: mesmo que voc\u00ea atire um de cada vez, de modo que eles n\u00e3o interfiram um com o outro, o padr\u00e3o listrado vai aparecer l\u00e1 atr\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>2 Privacidade, por favor<\/strong><br>E se voc\u00ea colocar um detector nas fendas, para saber exatamente por qual das duas cada f\u00f3ton individual passa? A\u00ed eles param de se comportar feito ondas e atingem a parede l\u00e1 atr\u00e1s em linha reta. A presen\u00e7a do observador tem o poder de mudar o experimento.<\/p>\n\n\n\n<p>O experimento da dupla-fenda deixava pouco espa\u00e7o para discuss\u00e3o. A luz \u00e9 uma onda. Tanto \u00e9 que, para descobrir a energia de cada pacotinho, Einstein multiplicava a constante de Planck chamada \u201ch\u201d, que \u00e9 o n\u00famero essencial da descri\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica do mundo, pela frequ\u00eancia \u201cf\u201d. E = hf. Ou seja: a equa\u00e7\u00e3o que fornece o dado central sobre a tal part\u00edcula de luz depende do n\u00famero de ciclos por segundo da onda correspondente. Algo unit\u00e1rio como uma bola de bilhar tem um valor em Hertz, como se fosse uma esta\u00e7\u00e3o de r\u00e1dio.<\/p>\n\n\n\n<p>Com o passar dos anos, todos come\u00e7aram a suspeitar que, na verdade, a luz era onda e part\u00edcula ao mesmo tempo, e que a chave para descrev\u00ea-la de forma bem-sucedida era unificar as explica\u00e7\u00f5es. \u201c\u00c9 da minha opini\u00e3o\u201d, disse Einstein em 1909, \u201cque o pr\u00f3ximo est\u00e1gio no desenvolvimento da f\u00edsica nos trar\u00e1 uma teoria da luz que pode ser interpretada como uma fus\u00e3o das teorias de onda e part\u00edcula\u201d. Anos depois, em 1927, o dinamarqu\u00eas Niels Bohr concordou: onda e part\u00edcula n\u00e3o eram explica\u00e7\u00f5es concorrentes, e sim complementares.Continua ap\u00f3s a publicidade<\/p>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Pt. 2 \u2013 Os el\u00e9trons e a mat\u00e9ria<\/h3>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>Bohr estava se debatendo com seu pr\u00f3prio dilema qu\u00e2ntico: j\u00e1 dissemos que um \u00e1tomo \u00e9 um n\u00facleo cercado de uma nuvem de el\u00e9trons. Esses el\u00e9trons podem ter certas energias, e Bohr notou que elas eram fixas. Um el\u00e9tron pulava direto de um n\u00edvel de energia para o inferior ou superior, como se subisse um degrau em vez de escalar lentamente uma rampa. Um jovem f\u00edsico da nobreza francesa chamado Louis de Broglie percebeu que o jeito como os el\u00e9trons pulavam de n\u00edvel em n\u00edvel se assemelha \u00e0 forma uma corda de viol\u00e3o produz notas que s\u00e3o fra\u00e7\u00f5es umas das outras. <\/p>\n\n\n\n<p>Suponha que um viol\u00e3o tenha cordas de 1 m de comprimento. Quando voc\u00ea toca a corda, ela vibra com uma onda de um 1 m. Mas outras ondas, com comprimentos que s\u00e3o subdivis\u00f5es dessa onda maior \u2013 como meio metro ou 25 cm \u2013, tamb\u00e9m se formam na corda. \u00c9 mais f\u00e1cil entender isso pensando em Lego. Uma pe\u00e7a com 16 bolinhas ocupa o mesmo espa\u00e7o que duas de oito bolinhas (2 x 8 = 16) ou quatro de quatro bolinhas (4 x 4 = 16). Ou seja, a corda soa v\u00e1rias ondas mais agudas ao mesmo tempo, os chamados&nbsp;<em>harm\u00f4nicos<\/em>, que se encaixam no mesmo comprimento da onda maior, que \u00e9 a mais grave.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Baseado nesse racioc\u00ednio, de Broglie sugeriu, em 1924, que o el\u00e9tron e todas as demais part\u00edculas agiam como o f\u00f3ton: meio onda, meio part\u00edcula, mas n\u00e3o exatamente uma coisa ou outra. Quando o el\u00e9tron muda para um n\u00edvel de energia mais alto, ele est\u00e1 fazendo o equivalente a soar uma nota mais aguda, cuja vibra\u00e7\u00e3o \u00e9 mais r\u00e1pida \u2013 e o comprimento de onda, menor. Essas ondas, \u00e9 claro, n\u00e3o tem nada a ver com som. Um f\u00edsico austr\u00edaco chamado Erwin Schr\u00f6dinger construiu uma equa\u00e7\u00e3o capaz de descrev\u00ea-las. Ao faz\u00ea-lo, ele oficializou a natureza contraintuitiva do mundo microsc\u00f3pico. Foi um sucesso no laborat\u00f3rio, e um caos filos\u00f3fico.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site3.png\" alt=\"Nunca saberemos a real a apar\u00eancia de um \u00e1tomo, pois ele \u00e9 pequeno demais para ter uma apar\u00eancia. A ilustra\u00e7\u00e3o acima mostra as nuvens de probabilidade de el\u00e9trons em diferentes n\u00edveis de energia. Em portugu\u00eas claro: as \u00e1reas verdes s\u00e3o as regi\u00f5es em torno do n\u00facleo do \u00e1tomo onde h\u00e1 mais chances de um el\u00e9tron estar. \u00c9 imposs\u00edvel ter certeza absoluta sobre sua posi\u00e7\u00e3o. Essas nuvens s\u00e3o regidas pela equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger.\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site3\"\/><\/figure>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Pt. 3 \u2013 A equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger<\/h3>\n\n\n\n<p>Nunca saberemos a real a apar\u00eancia de um \u00e1tomo, pois ele \u00e9 pequeno demais para ter uma apar\u00eancia. A ilustra\u00e7\u00e3o acima mostra as nuvens de probabilidade de el\u00e9trons em diferentes n\u00edveis de energia. Em portugu\u00eas claro: as \u00e1reas verdes s\u00e3o as regi\u00f5es em torno do n\u00facleo do \u00e1tomo onde h\u00e1 mais chances de um el\u00e9tron estar. \u00c9 imposs\u00edvel ter certeza absoluta sobre sua posi\u00e7\u00e3o. Essas nuvens s\u00e3o regidas pela equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger. Carlos Eduardo Hara\/Superinteressante<\/p>\n\n\n\n<p>Na mec\u00e2nica de Newton, as equa\u00e7\u00f5es tinham uma correspond\u00eancia percept\u00edvel com a vida real: a velocidade de um carro s\u00e3o quantos metros ele percorre em um segundo. Ponto final. J\u00e1 a equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger descrevia algo pequeno demais para se ver, cuja exist\u00eancia s\u00f3 \u00e9 verific\u00e1vel indiretamente: um el\u00e9tron. E a\u00ed ficou a d\u00favida: ser\u00e1 que o el\u00e9tron \u00e9, de fato, uma onda \u2013 no sentido em que ondas do mar s\u00e3o ondas? Ou ser\u00e1 que a matem\u00e1tica t\u00edpica das ondas serviu bem para descrev\u00ea-lo por mera coincid\u00eancia, mas, na verdade, a equa\u00e7\u00e3o n\u00e3o diz nada sobre o que o el\u00e9tron \u00e9 no mundo real?<\/p>\n\n\n\n<p>Pela primeira vez, os f\u00edsicos sabiam fazer contas para obter resultados corretos, mas n\u00e3o conheciam o objeto por tr\u00e1s das contas. Era como se uma pessoa soubesse que precisa esperar tr\u00eas pontos de \u00f4nibus para chegar ao seu destino, mas n\u00e3o fizesse ideia de que \u00f4nibus s\u00e3o ve\u00edculos sobre rodas com motor a combust\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>Werner Heisenberg e Paul Dirac, dois outros monstros sagrados da f\u00edsica qu\u00e2ntica, desenvolveram um pouco antes seus pr\u00f3prios m\u00e9todos para determinar o comportamento do el\u00e9tron. E, para agonia geral, usaram ferramentas matem\u00e1ticas totalmente diferentes das de Schr\u00f6dinger, que n\u00e3o tinham nada a ver com ondas (mas forneciam os mesmos resultados com a mesma exatid\u00e3o). Como interpretar a onda, ent\u00e3o?<\/p>\n\n\n\n<p>Foi a\u00ed que entrou em campo Max Born. Born elevou a onda de Schr\u00f6dinger ao quadrado. (Sim, f\u00edsicos conseguem elevar ondas ao quadrado.) Ao faz\u00ea-lo, obteve outra onda, tamb\u00e9m com seus picos e vales. Ent\u00e3o ele sacou que essa onda ao quadrado \u00e9 uma esp\u00e9cie de gr\u00e1fico: onde ela \u00e9 mais alta, \u00e9 maior a probabilidade do el\u00e9tron estar. Onde ela \u00e9 mais baixa, menor a probabilidade do el\u00e9tron estar.<\/p>\n\n\n\n<p>Fa\u00e7amos um experimento com valores imagin\u00e1rios, s\u00f3 para ilustrar: tranque dez el\u00e9trons em dez caixinhas. De acordo com o c\u00e1lculo de Born, haver\u00e1 70% de chance de cada um dos el\u00e9trons estar no canto esquerdo e 30% de estar no canto direito. Se voc\u00ea abrir as dez caixinhas, vai verificar exatamente isso: tr\u00eas el\u00e9trons num canto, sete no outro.<\/p>\n\n\n\n<p>Newton chorou. At\u00e9 ent\u00e3o, toda a f\u00edsica havia girado em torno da ideia de que, se voc\u00ea tiver todas as informa\u00e7\u00f5es sobre um carro em movimento no presente, \u00e9 poss\u00edvel calcular onde ele estar\u00e1 no futuro. Mas, no mundo das coisas pequenas, nos resta apenas uma probabilidade de saber que algo estar\u00e1 em tal lugar. \u00c9 imposs\u00edvel bater o martelo.<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\"><p>Um el\u00e9tron est\u00e1 em v\u00e1rios lugares ao mesmo tempo porque nosso conhecimento sobre ele \u00e9 limitado? Ou ele de fato \u00e9 assim?<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n<p>Calma que piora. Do mesmo jeito que os picos da onda (isto \u00e9, a amplitude) nos dizem onde o el\u00e9tron tem mais chances de estar, o comprimento da onda nos d\u00e1 informa\u00e7\u00f5es sobre a velocidade com que o el\u00e9tron se desloca. O problema \u00e9 que, se uma onda tem um comprimento est\u00e1vel \u2013 oscilando em intervalos regulares, como o mar em um desenho de crian\u00e7a \u2013, ent\u00e3o os picos dela s\u00e3o todos iguais. E a\u00ed o el\u00e9tron pode estar em qualquer pico. Ou seja: voc\u00ea consegue descobrir a velocidade do el\u00e9tron com precis\u00e3o, mas a onda n\u00e3o diz nada sobre a localiza\u00e7\u00e3o dele.<\/p>\n\n\n\n<p>Por outro lado, se a onda tiver um pico s\u00f3 muito agudo \u2013 o que nos d\u00e1 certeza quase absoluta da posi\u00e7\u00e3o \u2013, fica imposs\u00edvel saber o comprimento (que \u00e9 a dist\u00e2ncia entre dois picos), posto que n\u00e3o h\u00e1 um segundo pico. E a\u00ed voc\u00ea n\u00e3o obt\u00e9m dado nenhum sobre a velocidade. Esse \u00e9 o Princ\u00edpio da Incerteza de Heisenberg. Cada tijolinho que comp\u00f5e seu corpo est\u00e1 sujeito a ele. A natureza nos nega a capacidade de calcular com precis\u00e3o absoluta informa\u00e7\u00f5es b\u00e1sicas sobre as part\u00edculas de que n\u00f3s mesmos somos feitos. Se voc\u00ea sabe bem a velocidade, n\u00e3o sabe bem a posi\u00e7\u00e3o. Se sabe bem a posi\u00e7\u00e3o, n\u00e3o sabe bem a velocidade.Continua ap\u00f3s a publicidade<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site3a.png\" alt=\"\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site3a\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>1. Retrato oscilante<\/strong><br>Voc\u00ea v\u00ea acima, congelada no tempo, uma onda gerada pela equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger. \u00c9 s\u00f3 um exemplo, v\u00e1rias ondas s\u00e3o poss\u00edveis. A onda tem amplitude, que \u00e9 sua altura, e comprimento, que \u00e9 sua largura.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>2. Escrito na onda<\/strong><br>A onda tem v\u00e1rios picos, cada um com uma amplitude. Essa amplitude, ao quadrado, nos d\u00e1 a porcentagem de chance de encontrar o el\u00e9tron em uma certa posi\u00e7\u00e3o. J\u00e1 o comprimento d\u00e1 informa\u00e7\u00f5es sobre o \u201cmomento\u201d do el\u00e9tron (sua velocidade vezes a massa).<\/p>\n\n\n\n<p><strong>3. O Princ\u00edpio da Incerteza<\/strong><br>Se a onda for como o ex. 1 acima, \u00e9 f\u00e1cil calcular o momento, mas a posi\u00e7\u00e3o \u00e9 incerta: o el\u00e9tron pode estar em qualquer pico (e estar\u00e1 em todos). J\u00e1 o el\u00e9tron do ex. 2 s\u00f3 tem uma posi\u00e7\u00e3o poss\u00edvel, mas n\u00e3o d\u00e1 para saber nada sobre seu momento. Eis o Princ\u00edpio da Incerteza.<\/p>\n\n\n\n<p>Esse \u00e9 s\u00f3 o come\u00e7o. Part\u00edculas regidas por uma fun\u00e7\u00e3o de onda (o nome t\u00e9cnico da coisa que acabamos de descrever) s\u00e3o capazes de bizarrices dignas de super-her\u00f3i. Imagine que um el\u00e9tron est\u00e1 bem pertinho de uma barreira. E que a onda de probabilidade dele est\u00e1 disposta no espa\u00e7o de tal forma que uma pontinha dela sai do outro lado da barreira. Qualquer lugar em que a fun\u00e7\u00e3o de onda tem alguma amplitude \u00e9 um lugar em que o el\u00e9tron pode estar. Portanto, h\u00e1 uma porcentagem de chance de que o el\u00e9tron apare\u00e7a do outro lado da barreira. Esse fen\u00f4meno, batizado de tunelamento qu\u00e2ntico, parece fic\u00e7\u00e3o cient\u00edfica, mas tem uma import\u00e2ncia central para a vida na Terra: \u00e9 ele que faz o Sol brilhar. Entenda no gr\u00e1fico abaixo.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site4.png\" alt=\"\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site4\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>O Sol \u00e9 uma usina de fus\u00e3o nuclear, em que \u00e1tomos de hidrog\u00eanio se fundem para formar \u00e1tomos de h\u00e9lio. O n\u00facleo de um \u00e1tomo de hidrog\u00eanio tem s\u00f3 um pr\u00f3ton, o de h\u00e9lio tem dois. Ou seja: a fus\u00e3o envolve aproximar dois pr\u00f3tons, que se repelem porque t\u00eam carga el\u00e9trica positiva. Como aproxim\u00e1-los? Com o tunelamento qu\u00e2ntico.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_site4a.png\" alt=\"\" title=\"SI_420_fisicaquantica_site4a\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Todo \u00e1tomo tem pr\u00f3tons no n\u00facleo. Eles s\u00e3o todos positivos e, por serem iguais, se repelem. Por\u00e9m, existe outra for\u00e7a, chamada for\u00e7a nuclear forte, que os mant\u00e9m juntinhos. Ao contr\u00e1rio do eletromagnetismo e da gravidade, essa for\u00e7a s\u00f3 se manifesta no n\u00edvel microsc\u00f3pico.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>1. Superando a barreira<\/strong><br>Para grudar dois pr\u00f3tons que est\u00e3o separados, \u00e9 preciso aproxim\u00e1-los o suficiente para superar a barreira da repuls\u00e3o eletromagn\u00e9tica. Assim, a for\u00e7a forte entra em cena e cola os dois. Mas o pr\u00f3ton n\u00e3o vai subir esse morro sozinho. Ele n\u00e3o tem essa energia toda.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>2. Amigos para sempre<\/strong><br>Por\u00e9m, se a fun\u00e7\u00e3o de onda do pr\u00f3ton ficar com s\u00f3 uma pontinha do outro lado da barreira, ent\u00e3o h\u00e1 uma chance real de que ele brote do outro lado e forme um h\u00e9lio com o outro pr\u00f3ton. Isso acontece no n\u00facleo do Sol o tempo todo, e permite que ele ilumine a Terra.Continua ap\u00f3s a publicidade<\/p>\n\n\n\n<p>Ainda mais bizarro \u00e9 outro fen\u00f4meno: o do entrela\u00e7amento, que \u201cune\u201d part\u00edculas por m\u00e1gica, mesmo se uma estiver aqui e a outra em Plut\u00e3o. E d\u00e1-lhe mais um gr\u00e1fico:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica_5a.png\" alt=\"\" title=\"SI_420_fisicaquantica_5a\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>1. Indecis\u00e3o cr\u00f4nica<\/strong><br>Toda part\u00edcula fica em uma sobreposi\u00e7\u00e3o de estados diferentes at\u00e9 que voc\u00ea realiza uma medi\u00e7\u00e3o e ela \u201cescolhe\u201d um dos estados. Vamos supor dois estados simples e fict\u00edcios, o azul e o vermelho. A part\u00edcula a\u00ed embaixo acabou de ser observada e \u201coptou\u201d pelo amarelo.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>2. Namoro \u00e0 dist\u00e2ncia<\/strong><br>Quando duas part\u00edculas est\u00e3o entrela\u00e7adas, no momento em que uma colapsa e assume o vermelho, a outra imediatamente toma a decis\u00e3o oposta e assume o azul. Mesmo que elas j\u00e1 tenham se afastado e estejam milhares de anos-luz distantes entre si.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>3. \u00c9 truque<\/strong><br>Einstein e sua turma acreditavam que as part\u00edculas j\u00e1 haviam decidido sua cor antes de se afastarem fisicamente, e que portanto, na hora da observa\u00e7\u00e3o, uma n\u00e3o precisa mandar informa\u00e7\u00e3o para a outra para elas tomarem a decis\u00e3o juntas.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>4. \u00c9 verdade<\/strong><br>Por sua vez, Bohr e sua turma acreditavam que as part\u00edculas realmente se mant\u00eam indecisas at\u00e9 o momento da observa\u00e7\u00e3o, e colapsam em sincronia apesar da dist\u00e2ncia entre si. Em 1964, o Teorema de Bell deu evid\u00eancias a favor de Bohr.<\/p>\n\n\n\n<p>Voc\u00ea j\u00e1 deve estar se perguntando: \u201cSe eu sou feito de part\u00edculas que se comportam de maneiras bizarras, ent\u00e3o por que \u00e9 que eu sou um objeto newtoniano e careta, que tem 100% de chance de estar no sof\u00e1 a qualquer dado momento?\u201d \u00c9 uma pena decepcion\u00e1-lo, mas um ser humano m\u00e9dio \u00e9 constru\u00eddo por 7 bilh\u00f5es de bilh\u00f5es de bilh\u00f5es de \u00e1tomos. Sete seguido de 27 zeros. Isso \u00e9 mais do que a largura do Universo vis\u00edvel medida em metros. \u00c9 fato que toda part\u00edcula est\u00e1 atrelada a um risco inerente de fazer uma maluquice, como atravessar paredes. Mas a probabilidade de que todas part\u00edculas do seu corpo fa\u00e7am a mesma pira\u00e7\u00e3o simultaneamente \u00e9 irris\u00f3ria e pode ser desconsiderada. Voc\u00ea nunca vai atravessar uma parede.Continua ap\u00f3s a publicidade<\/p>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Pt. 4 \u2013 Sobre fendas e gatos<\/h3>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>Ent\u00e3o quer dizer que a luz \u00e9 uma onda que descobrimos se comportar tamb\u00e9m como part\u00edcula. E que o el\u00e9tron \u00e9 uma part\u00edcula que descobrimos se comportar como onda. Tudo exibe a dualidade onda-part\u00edcula. Para piorar, a matem\u00e1tica das ondas descreve satisfatoriamente essa situa\u00e7\u00e3o, mas existem outros caminhos matem\u00e1ticos que realizam a tarefa igualmente bem. Diante disso, Niels Bohr e sua turma conclu\u00edram que o \u00fanico jeito honesto de abordar a quest\u00e3o \u00e9 admitir que n\u00e3o sabemos realmente o que \u00e9 um el\u00e9tron \u2013 e que a f\u00edsica n\u00e3o deve mesmo se preocupar com coisas imposs\u00edveis de verificar. O que importa \u00e9 que as contas d\u00e3o certo.<\/p>\n\n\n\n<p>Para entender essa postura filos\u00f3fica, vamos voltar para o experimento da dupla-fenda. A luz se divide em duas ondas, essas ondas interagem e formam um padr\u00e3o de interfer\u00eancia, certo? Mas, como De Broglie definiu, os el\u00e9trons tamb\u00e9m agem como ondas. Ent\u00e3o, se voc\u00ea realizar o experimento com el\u00e9trons, em vez de luz, eles tamb\u00e9m devem formar um padr\u00e3o de interfer\u00eancia na parede l\u00e1 atr\u00e1s. De fato, \u00e9 isso que acontece no laborat\u00f3rio. As fun\u00e7\u00f5es de onda dos el\u00e9trons interagem entre si. Eles manifestam sua natureza ondulat\u00f3ria. Mas calma: n\u00e3o acabamos de dizer que na verdade essas ondas s\u00e3o um artif\u00edcio matem\u00e1tico, que elas n\u00e3o t\u00eam exist\u00eancia f\u00edsica?<\/p>\n\n\n\n<p>Ent\u00e3o, aqui vem o pulo do gato: mesmo que voc\u00ea atire um el\u00e9tron de cada vez, eles continuam formando o padr\u00e3o de interfer\u00eancia. Pense bem no significado dessa afirma\u00e7\u00e3o. Esses el\u00e9trons n\u00e3o t\u00eam como realmente sofrer a interfer\u00eancia de outros el\u00e9trons \u2013 afinal, est\u00e3o percorrendo o trajeto sozinhos. Mas, de alguma forma, eles sofrem. \u00c9 como dizer que houve uma colis\u00e3o em uma estrada em que h\u00e1 um carro s\u00f3. Isso acontece porque a fun\u00e7\u00e3o de onda do el\u00e9tron cruza as duas fendas, se divide ao meio e interfere consigo mesma.<\/p>\n\n\n\n<p>Outra modifica\u00e7\u00e3o no experimento da dupla-fenda: coloque um detector ao lado das fendas, para descobrir exatamente por qual delas cada el\u00e9tron passa. Quando isso acontece, eles abandonam o padr\u00e3o de interfer\u00eancia. Desistem de se comportar como ondas e passam a agir como part\u00edculas, que atravessam as fendas em linha reta. Isso acontece por causa de algo chamado colapso da fun\u00e7\u00e3o de onda. Quando voc\u00ea mede um sistema qu\u00e2ntico, o sistema \u201copta\u201d por uma das probabilidades oferecidas pela equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger e descarta as outras. Lembra que a amplitude da onda, ao quadrado, indica a porcentagem de chance de que o el\u00e9tron esteja em cada lugar? Ent\u00e3o: ele escolhe um dos lugares.<\/p>\n\n\n\n<p>O problema \u00e9 que a equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger n\u00e3o diz nada sobre o momento do colapso. N\u00e3o existe consenso sobre o que acontece quando o el\u00e9tron opta por uma alternativa e descarta as demais. Aqui surgem as interpreta\u00e7\u00f5es da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica. A interpreta\u00e7\u00e3o mais t\u00edpica e ensinada \u00e9 a de Copenhague, associada a Niels Bohr e sua turma (ele era dinamarqu\u00eas, da\u00ed o nome). Foi essa interpreta\u00e7\u00e3o, grosso modo, que seguimos at\u00e9 aqui: o el\u00e9tron existe como uma sobreposi\u00e7\u00e3o de estados, descrita pela fun\u00e7\u00e3o de onda, at\u00e9 ele interagir com o instrumento de medi\u00e7\u00e3o no laborat\u00f3rio e optar por um estado.<\/p>\n\n\n\n<p>O pr\u00f3prio Schr\u00f6dinger n\u00e3o gostava nada dessa hist\u00f3ria. Ele n\u00e3o achava que a natureza funcionasse dessa maneira. Que um el\u00e9tron de fato n\u00e3o est\u00e1 em um estado definido at\u00e9 que um instrumento o observe. N\u00e3o \u00e9 porque a c\u00e2mera est\u00e1 fora de foco que o objeto l\u00e1 atr\u00e1s est\u00e1 realmente borrado. Nossas equa\u00e7\u00f5es d\u00e3o uma vis\u00e3o tremulante, mas a realidade microsc\u00f3pica deve ser cristalina.<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\"><p>O gato de Schr\u00f6dinger n\u00e3o fica vivo e morto simultaneamente. A ideia \u00e9 justamente ilustrar que isso seria absurdo.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n<p>Para explicar seu ponto, ele usou um exemplo que ele pr\u00f3prio chamou de \u201crid\u00edculo\u201d: trancar um gato numa caixa com um mecanismo radioativo que tem 50% de chance de mat\u00e1-lo \u2013 e ent\u00e3o dizer que ele est\u00e1 vivo ou morto ao mesmo tempo at\u00e9 que algu\u00e9m abra a caixa e veja se ele morreu ou n\u00e3o. \u00c9 \u00f3bvio que, se for para o bichano morrer, ele j\u00e1 ter\u00e1 morrido antes da abertura; o ato de observar n\u00e3o pode decidir isso. Com a met\u00e1fora do gato, Schr\u00f6dinger quis dizer que, quando a matem\u00e1tica afirma que o el\u00e9tron tem uma certa porcentagem de chance de estar aqui ou ali, na verdade o el\u00e9tron j\u00e1 est\u00e1 em um desses lugares. Nossa capacidade de previs\u00e3o que \u00e9 incompleta.<\/p>\n\n\n\n<p>O felino tamb\u00e9m se tornou protagonista de um outro debate: ser\u00e1 que a fun\u00e7\u00e3o de onda s\u00f3 entra em colapso quando um observador humano consciente abre a caixa? Ou ser\u00e1 que o bichano (ou mesmo alguma pe\u00e7a do mecanismo) j\u00e1 conta como observador \u2013 e \u00e9 capaz de tirar a si pr\u00f3prio da suspens\u00e3o entre a vida e a morte? Para Bohr, estava tudo bem: ele nunca disse que o colapso s\u00f3 ocorre na presen\u00e7a de um ser consciente, embora outros f\u00edsicos j\u00e1 tenham defendido algo nessa linha. O experimento permanece, por\u00e9m, como um artif\u00edcio em discuss\u00f5es mais filos\u00f3ficas sobre a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica, e sin\u00f4nimo da estranheza do mundo microsc\u00f3pico no imagin\u00e1rio popular.<\/p>\n\n\n\n<p>Enquanto essas d\u00favidas assombravam v\u00e1rios dos veteranos, as gera\u00e7\u00f5es seguintes deram o pr\u00f3ximo passo na descri\u00e7\u00e3o do mundo microsc\u00f3pico.<\/p>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Pt. 5 \u2013 A teoria qu\u00e2ntica de campos<\/h3>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>Uma palavra nem sempre significa a mesma coisa para n\u00f3s e para um f\u00edsico. \u00c9 o caso de \u201ccampo\u201d, que definitivamente n\u00e3o \u00e9 uma pradaria ga\u00facha. Campo \u00e9 qualquer coisa que tem um valor em cada ponto do espa\u00e7o. Imagine uma piscina de 1,80 m de profundidade com a \u00e1gua parada. Se voc\u00ea analisar a superf\u00edcie da piscina como um campo, dir\u00e1 que todos os pontos t\u00eam o valor de 1,80 m. Esse \u00e9 o valor de equil\u00edbrio. Quando algu\u00e9m pula na piscina, gera ondas. Essas ondas fazem a superf\u00edcie da \u00e1gua oscilar. O campo fica acima ou abaixo do valor de equil\u00edbrio conforme a onda est\u00e1 na crista ou no vale.<\/p>\n\n\n\n<p>Por que estamos falando de campos? Bem: os f\u00edsicos do s\u00e9culo 19 pensavam que a luz era uma onda, e isso voc\u00ea j\u00e1 est\u00e1 careca de saber. Mas o que ondula, afinal? Do mesmo jeito que a onda de \u00e1gua \u00e9 uma oscila\u00e7\u00e3o no campo da piscina, a luz \u00e9 uma oscila\u00e7\u00e3o em um campo eletromagn\u00e9tico. Isso significa que, se a luz \u00e9 feita de part\u00edculas, conforme concluiu Einstein, ent\u00e3o esse pr\u00f3prio campo, de alguma forma, pode ser descrito em termos de part\u00edculas. Esse se tornou o principal objetivo dos f\u00edsicos ap\u00f3s o sucesso da equa\u00e7\u00e3o de Schr\u00f6dinger. Dar um passo al\u00e9m e descrever campos, como o eletromagn\u00e9tico, da perspectiva qu\u00e2ntica.<\/p>\n\n\n\n<p>Dirac realizou essa tarefa e, em 1948, Richard Feynman, Julian Schwinger e Sin-Itiro Tomonaga arremataram seu trabalho. Essa esp\u00e9cie de expans\u00e3o da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica ganhou o nome de eletrodin\u00e2mica qu\u00e2ntica (QED). Na QED, quando duas part\u00edculas se repelem ou se atraem por causa de suas cargas el\u00e9tricas positivas ou negativas, na verdade elas est\u00e3o trocando f\u00f3tons. \u201cF\u00f3ton\u201d, para deixar claro, \u00e9 o nome que foi dado depois para os pacotinhos de luz de Einstein, que voc\u00ea j\u00e1 viu aqui. Esses pacotinhos s\u00e3o part\u00edculas mensageiras. Telegramas que informam do afastamento ou da aproxima\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>A incorpora\u00e7\u00e3o de campos \u00e0 f\u00edsica qu\u00e2ntica permitiu previs\u00f5es ainda mais precisas. Da d\u00e9cada de 1970 em diante, passou a vigorar a ideia de que toda part\u00edcula tem um campo correspondente, e que intera\u00e7\u00f5es entre part\u00edculas s\u00e3o intera\u00e7\u00f5es entre campos. Do ponto de vista matem\u00e1tico, f\u00f3tons e el\u00e9trons seriam apenas perturba\u00e7\u00f5es energ\u00e9ticas nessas teias de extens\u00e3o indeterminada, que ocupam todo o Universo. Nascia a teoria qu\u00e2ntica de campos. E, com ela, um zool\u00f3gico de novas part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Pt. 6 \u2013 O Modelo Padr\u00e3o<\/h3>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>At\u00e9 aqui, focamos em f\u00f3tons e el\u00e9trons. Mas eles s\u00e3o s\u00f3 a ponta do iceberg das part\u00edculas. O n\u00facleo do \u00e1tomo, mencionado s\u00f3 de passagem at\u00e9 aqui, \u00e9 feito de pr\u00f3tons e n\u00eautrons, que por sua vez s\u00e3o feitos de part\u00edculas ainda menores, chamadas <em>quarks<\/em>. Eles v\u00eam em dois tipos principais: o <em>up<\/em> e o<em> down<\/em>. Os quarks s\u00e3o part\u00edculas t\u00e3o fundamentais quanto os f\u00f3tons e el\u00e9trons.<\/p>\n\n\n\n<p>Al\u00e9m de um el\u00e9tron e dois quarks, a receita do Universo leva ainda uma part\u00edcula fundamental chamada neutrino \u2013 que, como o pr\u00f3prio nome diz, exibe uma magn\u00e2nima indiferen\u00e7a: neste exato segundo h\u00e1 100 quatrilh\u00f5es (um n\u00famero de 14 zeros) deles atravessando seu corpo sem causar mal ou bem algum a voc\u00ea.<\/p>\n\n\n\n<p>Todas essas part\u00edculas t\u00eam seus campos correspondentes, e as intera\u00e7\u00f5es entre elas, como j\u00e1 dissemos, s\u00e3o intera\u00e7\u00f5es entre os campos. O problema \u00e9 que, por motivos que os f\u00edsicos ainda n\u00e3o compreendem, a natureza tamb\u00e9m cont\u00e9m dois \u201cs\u00f3sias\u201d para cada uma dessas quatro part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n<p>O el\u00e9tron, por exemplo, vem acompanhado do m\u00faon (\u00b5) e do tau (t). Tal como seu irm\u00e3o mais famoso, eles tamb\u00e9m t\u00eam carga el\u00e9trica -1, e muitas outras caracter\u00edsticas id\u00eanticas. Passariam por el\u00e9trons n\u00e3o fosse um problema: a massa do m\u00faon \u00e9 200 vezes maior que a do el\u00e9tron, e a do tau, 3 mil vezes maior.<\/p>\n\n\n\n<p>O Modelo Padr\u00e3o \u00e9 a maior realiza\u00e7\u00e3o da ci\u00eancia contempor\u00e2nea. Uma tabela com todas as informa\u00e7\u00f5es sobre as part\u00edculas fundamentais que comp\u00f5em o Universo. A quest\u00e3o \u00e9 que cada uma dessas part\u00edculas na verdade n\u00e3o \u00e9 part\u00edcula: \u00e9 uma agita\u00e7\u00e3o em um campo correspondente, e esses campos preenchem todo o Universo \u2013 inclusive o v\u00e1cuo.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica6.png\" alt=\"\" title=\"SI_420_fisicaquantica6\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Taxonomia<\/strong><br>Na tabela acima, voc\u00ea v\u00ea as 17 part\u00edculas do Modelo Padr\u00e3o (as part\u00edculas n\u00e3o t\u00eam essa apar\u00eancia: elas n\u00e3o tem apar\u00eancia nenhuma. Nos restou diferenci\u00e1-las por cores e formas). Elas n\u00e3o s\u00e3o \u201cfeitas\u201d de nada: s\u00e3o flutua\u00e7\u00f5es em campos.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/super.abril.com.br\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/SI_420_fisicaquantica6a.png\" alt=\"\" title=\"SI_420_fisicaquantica6a\"\/><\/figure>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<p><strong>1. B\u00f3son ou f\u00e9rmion?<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Os quarks e el\u00e9trons (que comp\u00f5em a mat\u00e9ria) s\u00e3o chamados de f\u00e9rmions. J\u00e1 o f\u00f3ton, que \u00e9 a part\u00edcula respons\u00e1vel pela for\u00e7a eletromagn\u00e9tica, \u00e9 classificado como um b\u00f3son, bem como as part\u00edculas das outras for\u00e7as.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>2. O b\u00f3son de Higgs<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Ele perfaz o campo de Higgs. Esse campo \u00e9 como uma geleia que permeia o Universo. As part\u00edculas que atolam nele ganham massa, as que passam batido s\u00e3o pura energia. \u00c9 gra\u00e7as a ele que voc\u00ea \u00e9 feito de algo palp\u00e1vel, mas a luz, n\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>O neutrino que voc\u00ea conhece \u00e9 o neutrino do el\u00e9tron, mas o m\u00faon e o tau tamb\u00e9m t\u00eam seus pr\u00f3prios neutrinos, t\u00e3o desinteressados em interagir com voc\u00ea quanto os neutrinos tradicionais (Bela Gil diria que \u201cvoc\u00ea pode trocar seu neutrino do el\u00e9tron, por exemplo, por um neutrino do m\u00faon\u201d, e pela primeira vez no programa as duas coisas seriam de fato equivalentes para os espectadores).<\/p>\n\n\n\n<p>Os quarks s\u00e3o ainda mais divertidos, pois, em um momento de inspira\u00e7\u00e3o excessiva, os f\u00edsicos batizaram os dois quarks que tinham carga id\u00eantica ao down de strange e de bottom, e os dois parecidos com quark up de charm e de top. O quark top, ali\u00e1s, \u00e9 muito top: tem 85 mil vezes mais massa que o quark up, o que o torna a part\u00edcula mais peda\u00e7uda do Modelo Padr\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>Esses nomes n\u00e3o significam nada; s\u00e3o apenas etiquetas. Certa vez, um jovem aluno perguntou ao f\u00edsico italiano Enrico Fermi o nome de uma part\u00edcula e ele respondeu: \u201cOlha, se eu conseguisse lembrar os nomes dessas part\u00edculas, teria sido bot\u00e2nico\u201d. Ademais, as part\u00edculas mais ex\u00f3ticas s\u00f3 aparecem em situa\u00e7\u00f5es que alcan\u00e7am energias extremas, como as colis\u00f5es de part\u00edculas realizadas no imenso acelerador LHC.<\/p>\n\n\n\n<p>Talvez voc\u00ea esteja sentindo falta de algu\u00e9m. E o f\u00f3ton? Bem, agora as coisas ficam legais. Lembre-se: o f\u00f3ton \u00e9 a part\u00edcula mensageira do eletromagnetismo. Mas o eletromagnetismo n\u00e3o \u00e9 a \u00fanica for\u00e7a da natureza. No n\u00facleo do \u00e1tomo, por exemplo, existe a for\u00e7a nuclear forte. Os pr\u00f3tons t\u00eam carga el\u00e9trica positiva e adorariam se repelir, mas a for\u00e7a nuclear forte os impede de fugir. Tamb\u00e9m existe a for\u00e7a nuclear fraca, que d\u00e1 as caras em processos de desintegra\u00e7\u00e3o do n\u00facleo que liberam radia\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>Essas duas for\u00e7as t\u00eam sua pr\u00f3prias part\u00edculas mensageiras, seus meninos de recados: o gl\u00faon \u00e9 o equivalente ao f\u00f3ton na for\u00e7a forte. A atra\u00e7\u00e3o entre pr\u00f3tons no n\u00facleo, portanto, pode ser concebida em termos da troca de gl\u00faons entre eles. Na for\u00e7a fraca, os b\u00f3sons W e Z assumem esse papel.<\/p>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Pt. 7 \u2013 A gravidade e o futuro<\/h3>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>N\u00e3o abordamos at\u00e9 aqui, a for\u00e7a mais familiar de todas: a gravidade. O motivo \u00e9 que ela \u00e9 a pedra no meio do caminho da f\u00edsica moderna. Ao contr\u00e1rio dos demais componentes do Universo, ela n\u00e3o parece disposta a se submeter \u00e0 abordagem do Modelo Padr\u00e3o. A relatividade geral concebe o espa\u00e7o e o tempo como um len\u00e7ol esticado, e explica que coisas com massa, como planetas e estrelas, afundam esse len\u00e7ol, fazendo coisas com menos massa (como n\u00f3s) escorregarem para perto delas. Isso \u00e9 a gravidade: voc\u00ea est\u00e1 preso \u00e0 superf\u00edcie da Terra porque est\u00e1 preso em uma vala que o planeta forma no tecido do cosmos.<\/p>\n\n\n\n<p>Assim, o problema de considerar o campo gravitacional como um campo qu\u00e2ntico \u00e9 que o tecido do espa\u00e7o-tempo \u00e9 o pr\u00f3prio palco do Universo. Ele \u00e9 o cen\u00e1rio em que os campos qu\u00e2nticos de todas as part\u00edculas \u2013 quarks, el\u00e9trons, f\u00f3tons etc. \u2013 d\u00e3o seu show e constroem o Universo. Transform\u00e1-la em um campo qu\u00e2ntico \u00e9 como pegar o piso do teatro e<\/p>\n\n\n\n<p>descrev\u00ea-lo como um ator. A teoria qu\u00e2ntica de campos \u00e9 f\u00e3 do espa\u00e7o-tempo plano, coloque um planetinha para afund\u00e1-lo e as coisas ficam dif\u00edceis. Matematicamente, essa incompatibilidade se manifesta na forma de infinitos. A interpreta\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica da gravidade se nega a passar por um procedimento chamado renormaliza\u00e7\u00e3o, que elimina infinitos problem\u00e1ticos das contas.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Al\u00e9m disso, a gravidade precisaria de sua part\u00edcula mensageira. De seu equivalente ao f\u00f3ton ou gl\u00faon: o<em>&nbsp;gr\u00e1viton<\/em>, que daria o recado sobre a atra\u00e7\u00e3o gravitacional. O problema n\u00e3o \u00e9 s\u00f3 que o gr\u00e1viton n\u00e3o foi encontrado, mas tamb\u00e9m que ele \u00e9 um desafio filos\u00f3fico. O que significa dizer que uma part\u00edcula \u00e9 mensageira do espa\u00e7o e do tempo?<\/p>\n\n\n\n<p>Al\u00e9m da integra\u00e7\u00e3o esburacada com a gravidade, muitos outros problemas assombram o Modelo Padr\u00e3o. Um dos mais periclitantes \u00e9 o dos ajustes finos: ningu\u00e9m sabe por que a natureza fez cada quark, el\u00e9tron ou neutrino virem de f\u00e1brica com as massas e cargas que t\u00eam, e n\u00e3o outras quaisquer. De fato, se essas part\u00edculas fossem diferentes, eles interagiriam de outras maneiras e o mundo seria um lugar bem diferente \u2013 o Universo inteiro poderia ser s\u00f3 uma ma\u00e7aroca disforme de energia, por exemplo.<\/p>\n\n\n\n<p>O f\u00edsico de part\u00edculas Freeman Dyson compara essa situa\u00e7\u00e3o \u00e0 da tabela peri\u00f3dica no s\u00e9culo 19. Os qu\u00edmicos sabiam que cada elemento tinha suas propriedades, e sistematizaram esses elementos em uma tabela. Eles n\u00e3o sabiam, por\u00e9m, nada sobre a raz\u00e3o do hidrog\u00eanio ou do oxig\u00eanio agirem assim, e n\u00e3o assado. D\u00e9cadas depois, a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica e a f\u00edsica nuclear forneceram os porqu\u00eas. O curioso \u00e9 que Dyson redigiu o texto citado em 1953 (ele morreu em 2020, aos 96 anos) e sua afirma\u00e7\u00e3o ainda vale.<\/p>\n\n\n\n<p>O Modelo Padr\u00e3o j\u00e1 estava saindo do papel naquela \u00e9poca e ganhou a forma atual em 1973. A \u00faltima part\u00edcula prevista l\u00e1, o b\u00f3son de Higgs, foi observada no LHC em 2012. Ou seja: faz 50 anos que a tabela peri\u00f3dica da f\u00edsica de part\u00edculas est\u00e1 provando seu valor, o que \u00e9 bom \u2013 \u201cA aus\u00eancia de not\u00edcias \u00e9 uma \u00f3tima not\u00edcia\u201d, resumiu o f\u00edsico te\u00f3rico Lee Smolin \u2013, mas isso tamb\u00e9m significa que n\u00e3o avan\u00e7amos nas lacunas. Smolin conta que o Modelo Padr\u00e3o tem 29 par\u00e2metros flutuantes, isto \u00e9: n\u00fameros que n\u00e3o t\u00eam explica\u00e7\u00e3o, mas precisam estar l\u00e1 para funcionar. E que s\u00f3 uma nova teoria dar\u00e1 conta de explic\u00e1-los. Uma teoria que, al\u00e9m disso, colocaria a gravidade no mesmo balaio do eletromagnetismo e das for\u00e7as nucleares.<\/p>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>Candidatas a esse posto n\u00e3o faltam. H\u00e1 alguns anos, s\u00f3 se falava em Teoria das Cordas, um esquema te\u00f3rico que substitui as part\u00edculas fundamentais por min\u00fasculos filamentos vibrantes sob alt\u00edssima tens\u00e3o. Ela t\u00eam a vantagem de incluir um filamento correspondente ao gr\u00e1viton \u2013 mas n\u00e3o conseguiu fornecer boas previs\u00f5es na pr\u00e1tica, e o entusiasmo arrefeceu. Atualmente, h\u00e1 muitas outras candidatas a \u201cTeoria de Tudo\u201d. Por enquanto, por\u00e9m, temos um comportado e bem-sucedido zool\u00f3gico de part\u00edculas. Nas palavras de Bill Bryson: \u201cA F\u00edsica nada mais \u00e9 que a busca pela simplicidade definitiva, mas, at\u00e9 agora, tudo que temos \u00e9 uma esp\u00e9cie de bagun\u00e7a elegante.\u201d<\/p>\n\n\n\n<p>Fonte:<\/p>\n\n\n\n<p><a href=\"https:\/\/super.abril.com.br\/especiais\/fisica-quantica-entenda-de-uma-vez-ou-nao\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">https:\/\/super.abril.com.br\/especiais\/fisica-quantica-entenda-de-uma-vez-ou-nao\/<\/a><\/p>\n\n\n\n<script async=\"\" src=\"https:\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script>\n<!-- Banner-728x90 -->\n<ins class=\"adsbygoogle\" style=\"display:block\" data-ad-client=\"ca-pub-8479963969486292\" data-ad-slot=\"1093331068\" data-ad-format=\"auto\"><\/ins>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p> \u201cSe voc\u00ea acha que entendeu a f\u00edsica qu\u00e2ntica, \u00e9 porque voc\u00ea n\u00e3o entendeu\u201d. 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