Física

Ensino Médio

Física quântica

A história dessa revolução nas idéias clássicas

Carlos Roberto de Lana*
Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação

A física quântica é hoje em dia freqüentemente citada pelos mais variados grupos que pretendem uma correlação entre os postulados desta ciência e os conteúdos das disciplinas que tais grupos operam. Assim, a palavra quântica saiu dos livros de física e do cotidiano das pessoas que lidam com eles, para se popularizar entre teóricos da psicologia transpessoal, holística, terapia Reiki e práticas do gênero.

É muito provável que o porquê desta popularidade não ficasse muito clara ao físico alemão Max Planck (1858-1947), considerado o pai da física quântica.

História da física quântica

Antes de comentarmos as bases desta teoria revolucionária, convém dar uma repassada no que a precedeu na história da ciência para termos uma idéia de sua importância.

Quando Isaac Newton publicou em 1687 os "Princípios Matemáticos de Filosofia Natural", estabeleceu as bases de uma visão do universo que orientaria a ciência pelos dois séculos seguintes. Esta orientação, convencionalmente chamada de física clássica ou newtoniana, era baseada no chamado determinismo: a idéia de que uma vez estabelecidas as leis naturais que regem as relações de causa e efeito de um fenômeno, era possível determinar matematicamente seu comportamento.

O determinismo era então o ápice do pensamento científico, conciliando a tradição filosófica trazida desde Aristóteles, a confirmação empírica defendida por Galileu Galilei e a exatidão matemática estabelecida por Newton.

Einstein e Planck

Até o início do século 20, a física clássica e o determinismo científico reinaram absolutos, quando duas teorias colocaram seus postulados em dúvida. Albert Einstein com sua Teoria da Relatividade contestou as bases da física clássica ao propor que a única constante no universo é a velocidade da luz.

Assim, o tempo e o espaço que eram grandezas absolutas nas equações newtonianas passaram a ser relativos. Mas, antes disto, Max Planck, com seu estudo sobre radiação de corpos negros, abriu as portas da ciência para uma visão completamente nova do universo.

Assim como Einstein pôs em dúvida as certezas newtonianas quando aplicadas a grandes distâncias e velocidades, os resultados da pesquisa de Planck questionaram a física clássica no mundo infimamente pequeno das partículas atômicas.

No mundo das partículas atômicas

Até então se acreditava que a mecânica destas partículas obedecia aos mesmos princípios válidos para os corpos macro, como definido pelas leis de Newton. No início do século 20, também eram conhecidas e aceitas as leis de Maxwell, que explicavam o comportamento das ondas eletromagnéticas.

O experimento de Planck revelou uma realidade perturbadora para o consenso científico de então. Usando uma montagem de placas geralmente utilizadas para detectar o fenômeno de interferência de ondas, Planck observou o comportamento das partículas atômicas quando submetidas ao mesmo processo.

A figura que segue mostra o esquema da experiência de Planck.

Experiência de Planck sobre radiação dos corpos negros

Como vemos na figura, quando passa pelos orifícios da primeira placa, um feixe de ondas dá origem a dois feixes que interagem entre si, o que termina em um registro na segunda placa das intensidades das ondas que a atingem, definido como uma seqüência de máximos e mínimos, ou seja, um perfil oscilatório. Quando Planck, em vez de usar um emissor de ondas, bombardeou a primeira placa com elétrons e nêutrons, era esperado que os registros dos impactos destas partículas na segunda placa formassem duas concentrações distintas, definidas pelas trajetórias das partículas através dos orifícios.

O surpreendente resultado mostrou um perfil para os impactos das partículas na segunda placa muito semelhante ao apresentado pelas emissões de ondas, com máximos e mínimos de característica tipicamente oscilatória distribuídos ao longo da superfície alvo.

Planck também observou que quando tapava um dos orifícios de modo a ter certeza sobre a trajetória das partículas, estas registravam apenas uma concentração de impactos na segunda placa, evidenciando um comportamento completamente corpuscular, totalmente desprovido das características ondulatórias que demonstrara no teste com dois orifícios.

Dualidade onda-partícula

Os resultados desta experiência definiram o princípio básico da física quântica, a dualidade onda-partícula, que determina que partículas atômicas podem se comportar tanto como corpos materiais, quanto como ondas.

Mais tarde, o princípio da incerteza de Heisenberg estabeleceu outro postulado importante para a mecânica quântica ao enunciar a impossibilidade de se determinar simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula.

Este enunciado estabelece a mecânica quântica como uma ciência probabilística, que ocupava o lugar da ciência determinista dos séculos anteriores.

Falar em dualidade e incerteza em oposição ao determinismo, pode dar margem à impressão incorreta de que a física quântica seja alguma forma alternativa de ciência, que rompe com os modelos matemáticos convencionais. Talvez por isto esotéricos, místicos e terapeutas holísticos gostem tanto de citá-la.

Mas a experiência de Planck, aqui resumidamente descrita, nos dá uma idéia do rigor científico e técnico com que a física quântica fundamenta suas teorias, muitas delas hoje comprovadas por modernos equipamentos de teste que permitiram demonstrar a exatidão das equações quânticas.

Foi assim que nosso mundo deu seu primeiro passo para além da certeza determinista da física clássica, para a explorar a terra incerta da realidade quântica. Com Planck e Einstein na posição de vanguarda do grande desbravamento de um Universo com menos certezas, mas de probabilidades infinitas.