Física Quântica: A primeira lição de física quântica
Uma das melhores maneiras de aprender física quântica é partindo das ondas, que exploramos no último texto - . As ondas no mar, as ondas luminosas, etc., têm alguns aspectos bastante complexos, e tais aspectos estão por trás de boa parte dos mistérios quânticos.
Comecemos com o experimento de interferência de luz, ilustrado no texto anterior com um desenho feito por Thomas Young, em 1801. O desenho ilustra como se propagam as ondas, mas Young não via diretamente as ondas. O que ele via era uma mancha de luz em uma parede, mancha essa que apresentava um padrão de claros e escuros, que chamaremos “franjas” de interferência. Essas franjas estão representadas à direita na figura abaixo (a rigor, o plano das franjas deveria ser girado em 90° para ficar de frente para a luz que vem da esquerda). O que Young fez foi inferir, a partir das franjas, que a luz é uma onda, mas ele não via as ondas, da mesma maneira que a gente vê as ondas do mar.
Para transformar este experimento da física clássica em um experimento quântico, duas coisas precisam ser feitas: (1) Diminuir a intensidade da luz para ela ficar muito, mas muito, fraquinha. (2) Usar um aparelho super-sensível para detectar a luz (por exemplo, uma fotomultiplicadora). Feito isso, o que acontece? O que acontece é que a gente mediria as franjas de interferência formando ponto a ponto, como na figura abaixo (da esquerda para a direita).
As franjas de interferência, na verdade, se formam ponto a ponto. No caso da luz, dá-se o nome de “fóton” a cada um desses pontos observados. Nós não discernimos os fótons, mas vemos um padrão contínuo, porque há um número muito grande de fótons em qualquer mancha de luz.
A energia associada a cada fóton é uma quantidade discreta, com um valor bem definido para cada cor de luz, e por isso recebe o nome de “quantum”, de onde vem o nome “física quântica”.
Esta é a primeira lição de física quântica: os objetos microscópicos são sempre observados como pontos (ou seja, têm valores discretos, e não contínuos).
Porém, enquanto o objeto está se propagando (sem ser medido), ele o faz como uma onda.
Um mesmo objeto, sem partes, não pode ser uma onda e uma partícula ao mesmo tempo, pois isso seria uma contradição de termos (lembrem-se das definições de partícula e onda apresentadas nos dois textos anteriores - . Porém, o que dissemos aqui não é uma contradição, porque o objeto quântico se propaga como onda, e depois, em outro instante do tempo, ele é detectado (medido) como uma partícula.