MECÂNICA QUÂNTICA – UM DESAFIO À INTUIÇÃO

……………………………………………………..EINSTEIN NO BRASIL…..

Nesta publicação, texto de Vicent Buonomano e Ruy H. A. Farias, ambos do Instituto de Matemática da UNICAMP, procuramos reunir elementos fundamentais ao entendimento não só do experimento da dupla fenda (veja vídeo do Dr. Quantum, postado aqui em 06 de abril, categoria VIDEOSHOW) mas, também, de outros ainda mais misteriosos: no total, o artigo se construirá através de cinco postagens.

 

A mecânica quântica – criada a partir dos anos 20 para explicar como são e como interagem os componentes do chamado micromundo – gerou uma grande controvérsia desde seu nascimento. Embora não haja dúvidas quanto à estrutura matemática da teoria, duas correntes de pensamento discutem seus fundamentos, ou seja, a maneira como ela interpreta o mundo físico. No centro da discussão estão conceitos básicos para toda a física clássica, desenvolvidos intuitivamente pelo homem ao longo de sua história, mas que um dos pontos de vista conflitantes acredita não serem válidos na descrição do micromundo. As questões envolvidas nesse debate e os trabalhos teóricos ou experimentos com que os defensores das duas interpretações da teoria buscam as respostas representam uma das áreas mais efervescentes da física atual.

A mecânica quântica representa, sem exageros, a base científica sobre a qual se ergue uma parte importante da evolução tecnológica que hoje presenciamos. Suas leis físicas governam a estabilidade dos átomos e moléculas, assim como a interação da luz com tais elementos. Essa teoria foi elaborada, em sua essência, no decorrer das primeiras décadas do século XX, e estava praticamente formalizada, tal qual a conhecemos hoje. Embora seja extremamente bem-sucedida no que tange às confirmações experimentais de suas previsões, a teoria quântica vem suscitando, desde as suas origens, uma grande controvérsia no que diz respeito aos seus fundamentos. Essa controvérsia não envolve a estrutura matemática geral da teoria, estando basicamente centrada na maneira como a teoria é interpretada em termos físicos – ou, dizendo de outra maneira, na forma como a teoria descreve o mundo molecular, atômico e subatômico (o micromundo). 

No centro da discussão estão alguns conceitos básicos herdados da física clássica e da intuição que o homem desenvolveu em sua vida cotidiana – conceitos como realismo e trajetória. Os próprios criadores da teoria quântica, muitos deles incluídos entre os nomes mais importantes da física do século XX, tinham pontos de vista bastante distintos com relação às conseqüências e mesmo ao status científico da nova teoria. As discussões foram longas e acaloradas, merecendo destaque os célebres debates entre Niels Bohor e Albert Einstein.

 

 

Em torno desses dois grandes referenciais da física da época formaram-se duas maneiras de interpretar a teoria. Não pretendemos, neste artigo, entrar nos detalhes dos vários pontos de vista diferentes existentes dentro de cada uma das correntes. Apresentamos apenas o cerne da discussão: a mecânica quântica de fato nos obriga a abandonar os chamados conceitos clássicos? Que tipo de imagem física podemos ter do mundo (no caso, o micromundo) em que vivemos? Estas são as questões básicas que vêm sendo discutidas, com certa efervescência, nos últimos 50 anos, e para as quais ainda não há respostas definitivas. O objetivo deste artigo é dar uma visão geral dessas questões.

Pode-se, grosso modo, agrupar as várias intrpretações em duas grandes correntes. Bohr, Heisenberg, Born e Wigner são alguns dos nomes historicamente ligados ao que se convencionou chamar de interpretação de Copenhagen, porque Bohr trabalhava, com seus alunos, nessa cidade. Essa é considerada a interpretação oficial – ou ortodoxa – da mecânica quântica, por ser a usualmente encontrada nos livros textos, muito embora quase sempre de modo superficial, visto que a utilização prática da teoria não depende, em realidade, da sua interpretação. A escola de Copenhagen defende uma ruptura radical e revolucionária com os conceitos clássicos, com o que não concordam os integrantes da outra corrente, denominada interpretação clássica, e à qual estão historicamente ligados, Einstein, Schrödinger, De Broglie e Bohm.

As controvérsias sobre os fundamentos da mecânica quântica se intensificaram muito na década de 1970, especialmente em função do trabalho do físico escocês John Stewart Bell (foto acima, à esquerda de Martinus Veltman, discutindo físca no CERN), a quem dedicamos o artigo.

O trabalho de Bell, falecido prematuramente em outubro de 1990, aos 62 anos, representa a mais relevante contribuição aos debates sobre a natureza da realidade quântica feita nas últimas décadas. A situação atual é de relativa desordem, havendo uma enorme profusão de pontos de vista que, no entanto, podem ser razoalvelmente enquadrados dentro das duas grandes interpretações.

Usando alguns exercícios de imaginação e analisando experimentos reais que visaram testar as descrições do micromundo feitas por cada uma das duas correntes, procuremos dar uma idéia, ainda que sem grande profundidade, das diferenças existentes entre elas. Alertamos, porém, que apresentaremos neste artigo, de certo modo, a nossa visão pessoal sobre o assunto, uma vez que os vários conceitos fundamentais envolvidos são em geral vistos com olhos bastante diversos em pontos de vista diferentes.

Os Conceitos Problemáticos

Os conceitos físicos envolvidos nos debates são de fundamental importância no contexto clássico, já que estão na essência das teorias que governam o chamado macromundo: a mecânica newtoniana, a gravitação e o eletromagnetismo. É fácil, portanto, imaginar as discussões geradas pela proposta de que tais conceitos fossem abadonados no caso da mecânica quântica. Evidentemente, dada a natureza fundamental dos conceitos clássicos, o resultado dessas controvérsias transcende os limites da mecânica quântica e torna-se relevante para toda a ciência.

Para facilitar a compreensão da controvérsia, em especial no caso dos menos familiarizados com a teoria quântica, procuraremos dar uma visão geral do significado de cada um dos conceitos envolvidos, apresentando-os já dentro do contexto dos debates.

A noção filosófica de realismo é inerente à concepção clássica do mundo. Realismo é a consideração de que os objetos (sejam planetas ou partículas microscópicas) existem por si mesmos e têm propriedades intrínsecas bem definidas, as quais não dependem do observador.

A questão que envolve o conceito de realismo pode ser apresentada – de forma simplificada – através do exemplo da moeda. Considerando-se o lançamento de uma moeda sob a luz da mecânica clássica (ligada ao macromundo), a probabilidade de obtermos cara ou coroa é, em cada moeda lançada, de 50%. Dentro da visão clássica, é possível argumentar que, se conhecessemos absolutamente tudo acerca da moeda e de todas as forças envolvidas no lançamento, poderíamos prever exatamente o que resultaria: ou cara ou coroa. Isto é, se o estado do sistema fosse integralmente conhecido antes do lançamento, então o resultado poderia ser previsto com toda a certeza.

Explicando de outra maneira, vamos imaginar que, ao lançarmos duas moedas, obtemos cara em uma e coroa na outra. Segundo o ponto de vista clássico, alguma diferença existente entre um caso e outro fez com que as moedas caíssem de forma diferente. Tal diferença pode estar nas próprias moedas, nas forças que utilizamos para lançá-las ou em outro aspecto relacionado ao meio circundante. Assim, consideradas as mesmas condições de contorno, podemos dizer – pensando classicamente – que dois resultados diferentes devem ser o resultado de dois estados iniciais diferentes, conclusão que é válida para todas as teorias relacionadoas ao macromundo.

Já na mecânica quântica – criada para explicar o micromundo – existem duas posições básicas a esse respeito. A escola de Copenhagen diz que as leis da natureza são intrinsecamente probabilísticas, o que significa que podemos ter diferentes resultados associados a estados iniciais absolutamente idênticos. De acordo com essa interpretação, existe um caos intrínseco: os resultados não são determinados por seus estados iniciais a não ser de modo probabilístico. Podemos lançar moedas absolutamente idênticas de uma maneira absolutamente idêntica e obtemos resultados diferentes.

A escola clássica, evidentemente, não concorda com tal ponto de vista. Essa corrente argumenta que o termo estado inicial identifica apenas um estado probabilístico (definido para um grande quantidade do mesmo objeto, como as moedas), existindo sempre uma subestrutura oculta que, se conhecida, nos permitiria prever exatamente como cairia cada moeda. Se todas as variáveis (incluindo essa imaginada subestrutura) fossem consideradas, a relação de causa e efeito seria preservada. Tais teorias foram denominadas teorias de variáveis ocultas ou, mais recentemente, teorias realistas.

O realismo é uma suposição implicita na física clássica e em toda teoria moderna, com exeção da mecânica quântica. Ao realismo também se associa a idéia de que o comportamento de um objeto é determinado por suas propriedades intrínsecas reais do ambiente em que ele se encontra. Para a interpretação de Copenhagen, porém, o mundo é não-realista. Para essa corrente, as propriedades dos corpos são propriedades apenas potenciais, que dependem do experimento realizado, ou seja, da observação que se está fazendo.

POSTED BY SELETINOF AT 8:07 PM

Sobre seletynof

Escola (ensino médio):Colégio Marista Cearense;Faculdade/Universidade: Universidade Federal do Ceará;Curso:Física; Diploma:Pós-Graduação em Física;Profissão:físico e professor; Setor:Científico.

Publicado em 12 de abril de 2007, em EPISTEMOLOGIA. Adicione o link aos favoritos. Deixe um comentário.

Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s

%d blogueiros gostam disto: