Como um experimento de mais de 200 anos nos ajuda a compreender um outro mundo.

Duas fendas, uma gambiarra para funcionar e muito pouco entendimento, leia sobre o começo da física quântica e o que ela é

No nosso mundo, existem, na verdade, dois mundos. Um que funciona de um jeito e outro que funciona de outro. E não, eu não estou falando de filme da Marvel e muito menos de luta de classes. Estou falando da nossa realidade física.

O mundo atômico, composto apenas de átomos e partículas microscópicas, não pode ser entendido usando a física das “coisas grandes”. Não dá para entender como um átomo se comporta com as fórmulas que usamos para entender um planeta e vice-versa. E para entender esse mundo microscópico, surgiu a mecânica quântica.

Quantificando a mecânica quântica.

No final do Século XIX o mundo da Física estava um pouco parado. Os grandes estudiosos da época consideravam que a física estava completa. Ou quase, pois faltava explicar alguns problemas e um deles era a catástrofe ultravioleta. Uma falha da teoria do electromagnetismo para explicar a emissão electromagnética de um corpo negro.

Max Planck, físico alemão, estudava a radiação de corpos negros. Tentando criar um modelo, que poderia explicar essa emissão, ele usou uma “gambiarra” para poder criar uma fórmula matemática que explicasse o fenômeno. Propôs que a energia do campo eletromagnético fosse subdividida em pequenos pacotinhos de energia, sem nunca ousar dizer que esses pacotes eram partículas. A quase um século a luz era tratada como uma onda e não era ele que iria mudar isso, ou será que era?

Mas para entender melhor isso, é preciso fazer uma viagem no tempo.

O experimento da dupla fenda

Era meados do século XVIII e a discussão mais quente no mundo da física era sobre a natureza da luz. Newton, acreditava que a luz era uma partícula. Huygens, acreditava que a luz era uma onda. Mas até o momento, por falta de aparatos, não havia um modo concreto de comprovar que a luz era um ou outro.

Mas em 1801, Thomas Young, um físico britânico, propôs um experimento simples, que provaria se a luz era uma onda ou uma partícula. O famoso experimento da dupla fenda.

Uma luz é emitida, acertando uma parede que tem duas frestas e atrás dessa parede há outra parede (que se você quiser ser chique se chama anteparo) que consegue registrar o que foi jogado. O tipo de marca deixada no anteparo releva a natureza do que foi jogado.

As partículas são como bolinhas de gude, só que muito menores. Se elas forem jogadas na dupla fenda, duas coisas podem acontecer. Ou ela vai passar de um lado ou de outro e, assim, a parede final mostraria duas linhas.

Ilustração do experimento de dupla fenda de Thomas Young. Fonte: commons.wikimedia.org/inductiveload

As ondas são como as ondas do mar. Se jogadas contra a dupla fenda elas iriam se espalhar por toda a parede. Mas as ondas sofrem um fenômeno chamado de difração e o que a parede mostraria seriam várias listras com espaços em preto entre elas, chamado padrão de interferência.

Ilustração do experimento de dupla fenda de Thomas Young. Fonte: commons.wikimedia.org/inductiveload

Com esse experimento fica fácil descobrir a verdadeira natureza da luz. E quando Young o fez, deu onda. Ou seja, ele observou um padrão de interferência e deixou claro que a luz era uma onda.

E por isso, parecia maluquice o que o Planck estava propondo.

O ano miraculoso.

Em 1905, Albert Einstein escreveu uma série de artigos, marcando o ano miraculoso da física. Dentre eles estava um sobre o efeito fotoelétrico, que resgata a ideia de Planck e expande sobre ela. E assim nasceu a dualidade onda-partícula. A teoria que trata que a luz se comporta tanto como partícula como onda, que explica o que aconteceu com Planck.

Depois de muito tempo, físicos conseguiram reproduzir o experimento de 1801, na escala atômica, com elétrons. Por serem partículas, eles deveriam formar duas linhas, mas isso seria fácil demais para os físicos, então as bolinhas de gude resolveram se comportar como as ondas do mar e formaram um padrão de interferência.

Já havia teorias sobre isso e talvez essas bolinhas de gude estivessem sendo atraídas umas pelas outras. Lançando um elétron de cada vez isso não aconteceria. Mas de novo, o padrão de interferência apareceu.

Concluíram que o elétron saia como uma partícula, se tornava uma onda passava pela fenda, interagia consigo mesmo e voltava a ser partícula.

Mas o que fica mais estranho é que falando matematicamente, tudo acontece. O elétron passa pelas duas fendas e também passa por nenhuma. Mas também passa apenas por uma e também passa apenas pela outra.

Completamente incomodados com isso, os físicos decidiram que basta e colocaram um equipamento medidor nas fendas para ver exatamente o que o elétron faz. E quando medidos, eles finalmente agiram como partículas. Então, dependendo se está observado, os elétrons mudam seu comportamento, mas porque ainda não sabemos.

E esse foi só o começo da mecânica quântica e, acredite, se torna cada vez mais complicado.

E se você não entendeu, não tem problema. O vencedor do prêmio Nobel, Richard Feynman diz que: “Se você acha que entendeu a física quântica, é porque você não entendeu”. E está tudo bem, o importante é continuar aprendendo e tentando entender.