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ORIGENS
A
teoria quântica teve suas origens vacilantes no ano de 1900, com a
publicação de um artigo pelo físico alemão Max Planck. Planck
dirigiu sua atenção ao que era todavia um problema não resolvido
pela física do século XIX, e que consistia na distribuição entre os
diversos comprimentos de onda da energia calorífica irradiada por um
corpo quente. Sob certas condições ideais, a energia se distribui de
um modo característico, que Planck demonstrou que podia ser
explicada supondo que a radiação eletromagnética era emitida pelo
corpo em pacotes discretos aos quais chamou "quanta". A razão deste
comportamento espasmódico era desconhecida, e simplesmente teria que
se aceitar ad hoc.
Em
1905 a hipótese quântica foi estimulada por Einstein, quem explicou
de modo satisfatório o chamado efeito fotoelétrico, que consiste na
extração de elétrons da superfície de um metal mediante energia
luminosa. Para explicar o modo particular de como isto se sucede,
Einstein viu-se forçado a considerar o raio luminoso como uma chuva
de partículas, posteriormente chamadas fótons. Esta descrição da luz
parecia estar em confronto direto com a idéia tradicional, segundo a
qual a luz (assim como todo tipo de radiação eletromagnética)
consiste em ondas contínuas que se propagam de acordo com a célebre
teoria eletromagnética de Maxwell, firmemente estabelecida meio
século antes. De fato, a natureza ondulatória da luz havia sido
demonstrada experimentalmente, em uma época muito remota, por Thomas
Young mediante seu famoso aparelho de "da dupla fenda".
A
dicotomia onda-partícula, entretanto, não estava restrita à luz. Os
físicos da época estavam também interessados na estrutura dos
átomos. Em particular, estavam intrigados acerca de como os elétrons
podiam girar ao redor do núcleo sem emitir radiação, pois sabia-se
pela teoria eletromagnética de Maxwell que quando as partículas
carregadas seguem caminhos curvilíneos irradiam energia
eletromagnética. Se isto ocorre continuamente, os elétrons atômicos,
que estão orbitando em torno do núcleo, perderiam rapidamente
energia e cairiam seguindo espirais até este núcleo (veja Fig. 1).
Em
1913 Bohr propôs que os elementos atômicos estão também
"quantizados", no sentido de que podem permanecer em certos níveis
fixos sem perder energia. Quando os elétrons saltam de um nível a
outro, absorve ou emite energia eletromagnética em quantidades
discretas. Estes pacotes de energia são, de fato, fótons.
A
razão pela qual os elétrons atômicos haviam de comportar-se deste
modo descontínuo não foi, entretanto, esclarecida até quando se
descobriu a natureza ondulatória da matéria. O trabalho experimental
de Clinton Davisson e outros e o trabalho teórico de Louis de
Broglie conduziram à idéia de que os elétrons, assim como os fótons,
podem comportar-se como ondas e como partículas, dependendo das
circunstâncias de cada caso. Segundo a descrição ondulatória, os
níveis de energia atômicos propostos por Bohr correspondem a estados
de ondas estacionárias ao redor do núcleo. De modo muito parecido ao
que se pode fazer numa cavidade ressonante para diferentes notas
musicais discretas, assim os elétrons vibram em certos estados
definidos de energia. Somente quando, devido à transição de um nível
de energia a outro, a estrutura muda, produz-se uma perturbação
eletromagnética com emissão ou absorção de radiação.
Fica
claro de imediato que não somente os elétrons, mas todas as
partículas subatômicas, estão sujeitas a um comportamento
semelhante. Evidentemente, as leis tradicionais da mecânica
formulada por Newton, assim como as leis do eletromagnetismo de
Maxwell, fracassaram completamente no micromundo dos átomos e das
partículas subatômicas. Até a metade da década de 1920, um novo tipo
de mecânica - a mecânica quântica - havia sido desenvolvida
independentemente por Erwin Schrödinger e Werner Heisenberg para
levar em conta esta dualidade onda-partícula.
A nova
teoria teve um êxito espetacular. Em seguida ajudou aos cientistas a
explicarem a estrutura dos átomos, a radioatividade, a ligação
química e os detalhes dos espectros atômicos (incluindo os efeitos
dos campos elétricos e magnéticos). Elaborações ulteriores da teoria
por Paul Dirac, Enrico Fermi, Max Born e outros conduziram, com o
tempo, a explicações satisfatórias da estrutura e reações nucleares,
as propriedades elétricas e térmicas dos sólidos, a
supercondutividade, a criação e aniquilação de partículas
elementares da matéria, a predição da existência de antimatéria, a
estabilidade de certas estrelas colapsadas e muito mais. A mecânica
quântica tornou possível também um importante projeto em
instrumentação prática, que inclui o microscópio eletrônico, o laser
e o transistor. Experimentos atômicos tremendamente delicados tem
confirmado a existência de sutis efeitos quânticos com um assombroso
grau de exatidão. Nenhum experimento conhecido nos últimos cinqüenta
anos está em contradição com as predições da mecânica quântica.
Este
catálogo de triunfos singulariza a mecânica quântica como uma teoria
verdadeiramente notável - uma teoria que descreve corretamente o
mundo a um nível de precisão e detalhe sem precedentes na ciência.
Hoje em dia, a grande maioria dos físicos profissionais empregam a
mecânica quântica, senão quase impensadamente, pelo menos com
completa confiança. Contudo, este magnífico edifício teórico está
alicerçado sobre um profundo e molesto paradoxo que tem levado
alguns físicos a declararem que a teoria não tem sentido finalmente.
O
problema, que de fato surgiu nos finais dos anos 1920 e começo dos
1930, tem a ver não com os aspectos técnicos da teoria, mas com a
sua interpretação.
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