Um olhar em profundidade sobre Max Plancks Teoria Quântica

Na base da física moderna é algo chamado teoria quântica. Ela explica o comportamento da energia e da matéria a diferentes níveis atómicos – atómico e subatómico. A teoria quântica engloba o funcionamento dos reinos da física comummente referidos como física quântica e mecânica quântica e oferece um olhar bastante interessante sobre os fundamentos da física moderna.

O início da teoria quântica

A teoria quântica foi apresentada pela primeira vez ao público em geral no ano de 1900, por um físico chamado Max Planck. Ele apresentou a teoria à Sociedade Física Alemã, especificamente ao apresentar os resultados de uma experiência que tinha feito ao analisar a cor da radiação de corpos brilhantes (não corpos humanos, corpos físicos).

Na experiência, ele descobriu que se assumisse que a energia existia em unidades individuais semelhantes à matéria, que encontraria a resposta à pergunta original colocada na sua experiência. Pensar a energia desta forma era novo e permitia que a energia fosse facilmente quantificada. Estas unidades de energia que ele foi capaz de quantificar foram nomeadas quanta por Planck nos seus escritos sobre a experiência e subsequentes equações matemáticas.

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A equação que formou os inícios da teoria quântica demonstrou que a certos níveis de temperatura, a energia que era libertada de um corpo brilhante existiria em diferentes áreas do espectro de cor, ou comprimento de onda. Planck imaginou inicialmente que a sua descoberta dos quanta desencadearia a criação de uma nova teoria, mas o que realmente acabou por acontecer foi que ela reescreveu completamente a compreensão da humanidade sobre as leis da natureza.

Funções de onda do electrão num átomo de hidrogénio a diferentes níveis de energia. A mecânica quântica não pode prever a localização exacta de uma partícula no espaço, apenas a probabilidade de a encontrar em locais diferentes. Fonte: PoorLeno/Wikimedia

Em 1918, Planck ganhou o Prémio Nobel pela sua descoberta e investigação sobre quanta. É importante notar, no entanto, que enquanto a investigação de Planck iniciou a fundação da teoria quântica moderna, dezenas a centenas de outros cientistas trabalharam nos anos anteriores à criação de Planck para fazer esta descoberta exactamente no ponto em que ele a fez. Analisando mais de perto a linha do tempo, podemos ver como a teoria progrediu após a descoberta.

A linha do tempo do desenvolvimento da teoria quântica

1900: Planck faz a descoberta inicial, ou melhor, assume que a energia foi feita de unidades chamadas quanta.

1905: Albert Einstein teoriza que a energia e a radiação podiam ser quantificadas da mesma forma que Planck teorizou os quanta.

1924: Louis de Broglie propôs pela primeira vez que não havia diferença entre energia e partículas na sua teoria da dualidade onda-partícula, também demonstrada na famosa experiência de dupla fenda.

1927: Um cientista de nome Werner Heisenberg teorizou que a medição de dois valores complementares ao mesmo tempo, tais como a posição e o impulso de uma dada partícula subatómica, seria impossível. Isto contrasta fortemente com a física tradicional e ficou conhecido como o princípio da incerteza.

Agora que olhámos mais de perto para a linha temporal do desenvolvimento da teoria quântica, vamos olhar mais de perto para quem era exactamente Max Planck.

Quem foi Max Planck?

Nascido em Abril de 1858, Max Karl Ernst Ludwig Planck (nome bonito) foi um físico teórico que esteve na origem da teoria quântica, o que, como já discutimos, lhe deu o Prémio Nobel da Física em 1918. Durante a sua vida fez grandes contribuições no campo da física teórica, mas a teoria quântica continua a ser a sua maior realização.

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A teoria quântica nas mãos de Planck revolucionou completamente a nossa compreensão e conceptualização das partículas e processos quânticos. Poderia ser equiparada em gravidade à teoria da relatividade de Alber Einstein que mudou a nossa compreensão do espaço e do tempo.

Dr. Planck na sua secretária. Fonte: George Grantham Bain/Public Domain

A teoria quântica e a teoria da relatividade exemplificam os fundamentos de toda a física do século XIX, forçando os investigadores a repensar a forma como abordam o mundo à sua volta.

p>Planck faleceu com a idade de 89 anos em 1947 na Alemanha.

Interpretando a teoria quântica

Os principais métodos de interpretação da teoria quântica são conhecidos como a interpretação de Copenhaga e a teoria dos muitos mundos. A teoria de Copenhaga propõe que uma partícula é aquilo que se mede para ser. Por outras palavras, se se medir uma partícula como uma onda, é uma onda. No entanto, também declara que não se pode assumir que tem propriedades específicas ou que existe até que seja medida. É uma forma de insistir que a realidade física não existe de facto até que a observe. Isto leva à ideia de sobreposição, o que significa que qualquer partícula ou objecto pode estar em qualquer número de locais potenciais ao mesmo tempo durante o período em que não conhecemos a sua posição, ou em que não a observamos.

A famosa experiência de pensamento do Gato de Schrodinger é a perfeita exemplificação desta interpretação da teoria quântica.

A teoria dos muitos mundos ou teoria do multiverso. Esta afirma que assim que o potencial para a existência de um objecto ocorre, o universo divide-se numa série de universos paralelos onde ambos os estados desse objecto existem. Esta teoria é a base de programas de televisão como Rick e Morty ou outras histórias de ficção científica populares, mas no final, é uma interpretação muito real da teoria quântica.

Both Stephen Hawking e Richard Feynman expressaram que preferiam o estilo de interpretação da teoria do multiverso.

No final do dia, a teoria quântica e a investigação de Planck influenciaram drasticamente o trabalho dos físicos e investigadores nos últimos 100 anos. As implicações da teoria quântica podem, no entanto, ser um pouco surpreendentes, mesmo fazendo com que o próprio Planck não as tenha em conta durante o seu tempo. Os princípios fundamentais da teoria, contudo, continuam a ser repetidos e provados através de experiências subsequentes. A física, em muitos aspectos, ainda será aperfeiçoada no próximo século, mas a sua base da teoria quântica estabelecida por Max Planck é provável que fique aqui.

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