A Antiga Teoria Quântica

A 14 de dezembro de 1900, a Sociedade Alemã de Física recebeu uma proposta que viria a mudar radicalmente a interpretação física do mundo. Apresentada pelo genial professor Max Planck, seu trabalho consistia no estudo das trocas de energia e emissão de radiações térmicas dum corpo negro. Um corpo negro é qualquer pedaço de matéria que seja ôca e tenha um pequeno furo em sua superfície. Assim descrito, um quarto escuro visto através de uma fenda ou pequena fresta é um corpo negro, faltando-lhe apenas observar o comportamento da radiação, ou se preferir luz, por ele emitida quando aquecido.

Max Planck

Aquecer um corpo significa, basicamente, aumentar a agitação dos átomos em seu seio. Quanto maior a temperatura maior a movimentação dos átomos. Pois bem, quando a temperatura chega a próximo de 600 graus celsius os materiais aquecidos começam a emitir radiação, ou luz, visível. Isto não significa que não havia emissão de luz quando a temperatura era menor. Apenas significa que existe luz invisível, e provavelmente você já tomou um "banho" dela quando foi tirar uma abreugrafia. Uma luz invisível aos nossos olhos mas muito especial chamada raios-gama foi a responsável pela possibilidade de enxergar o seu esqueleto através de uma chapa.

Mas voltemos ao corpo negro aquecido. A luz que ele emite através de um pequeno furo, visível ou não, possui energia. Contudo, de onde vem esta energia? Só pode provir do aquecimento, ou seja, do movimento das moléculas que compõem o corpo negro. O que os físicos estudam neste fenômeno é o que chamam de radiância, uma medida da quantidade de energia liberada por uma superfície num tempo. Esta energia é proveniente, como dissemos, do aquecimento, que faz mover as moléculas que compõem o corpo negro. Só que estas moléculas não vibram igualmente. Assim como o pêndulo de um relógio move-se da direita para a esquerda com certa frequência (número de vai-e-vems por segundo), as moléculas dum corpo negro vibram com várias frequências, e o professor Planck descobriu que havia uma frequência em que a radiância era máxima. O mérito de Planck foi encontrar a relação entre estas grandezas (radiância e frequência) e interpretar o seu significado, valendo-lhe o Nobel e uma nova interpretação para o mecanismo da natureza.

Planck chegou à conclusão de que a quantidade de energia emitida ou absorvida deveria ser igual a um múltiplo inteiro de uma quantidade mínima a que denominou quantum elementar de ação h vezes a frequência f com que cada molécula vibra; o h vale 6,626 bilionésimos de bilionésimos de bilionésimos de ergs vezes segundo - um número muito pequenino; (o erg é uma unidade de energia usada em física atômica).

Se pudéssemos visualizar este fenômeno com o que carregamos de nossa experiência cotidiana, esperaríamos que um relógio de pêndulo que não recebesse mais corda diminuisse sua amplitude, ou alcance do seu vai-e-vem, até chegar a um valor mínimo - ou seja, 1 quantum de energia hf - de forma descontínua. Isto é, veríamos a amplitude diminuir em "saltos"; como por exemplo se o pêndulo tem um vai-e-vem de alcance 10 unidades de comprimento e a energia está diminuindo, os seus próximos vai-e-vems terão alcances de 9,8,7, ..., e assim por diante, até chegar ao valor de energia mínima, um vai-e-vem curtinho QUE NÃO É ZERO - ou seja, o pêndulo jamais pararia, oscilando sempre. O próprio Planck ficou desacreditado com este resultado, mas o apresentou assim mesmo, talvez esperando uma melhor interpretação da comunidade de físicos.

Albert Einstein

Em 1905, numa série de trabalhos, entre os quais a famosa Relatividade, Einstein aplicou a hipótese quântica ao efeito fotoelétrico, obtendo sucesso. Ele admitiu que um elétron é liberado de um átomo por um quantum de luz, denominado fóton, com aquela mesma energia hf. Outras explicações posteriores foram fornecidas aplicando a Teoria Quântica às riscas dos espectros atômicos e ao calor específico das substâncias. Em particular, na década de 50, Dicke, Penzias e Wilson estavam estudando uma melhoria da comunicação entre satélites, quando desconfiaram de uma interferência persistente em seu aparelho (era um radiotelescópio). A princípio pensaram ser "sujeira de pombo" na antena do aparelho. Depois de muita investigação e certeza de que estava tudo limpo, descobriram que a interferência era proveniente de uma radiação muito fraca vinda do espaço, e estudando o trabalho de Planck sugeriram que esta luz era o resquício da Primeira Explosão - o Big Bang - imaginando o espaço primordial como um gigantesco Corpo Negro.

Niels Bohr

Porém o estudo de Max Planck já tinha nascido incompleto. Mesmo assim a Teoria dos Quanta forneceu a Niels Bohr auxílio para interpretar o funcionamento do átomo primordial, o de hidrogênio, com sucesso quase absoluto. O problema surgia quando se aplicava o estudo de Bohr a outros átomos. Só que a falha não estava na interpretação quântica e sim na visão mecanicista que se usava de um elétron orbitando ao redor do próton, como a lua orbita em torno da terra. A explicação do funcionamento da estrutura atômica só surtiu efeito com a fantástica interpretação de que não podemos visualizar um elétron numa órbita atômica, e sim uma nuvem de probabilidade onde ele PODE ser encontrado; ou seja, se pudéssemos enxergar um átomo não veríamos um elétron e sim uma "fumaça" de elétron. A partir daí, conduzidos por Schrödinger, Born, Heisenberg, de Broglie, Jordan e Dirac, entre outros, os fundamentos elementares da natureza tomaram um novo rumo - a chamada Mecânica Quântica.

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