Mecanica quantica

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Uma breve história da Mecânica Quântica
Do final do século XIX às primeiras décadas do século XX, a física passou por um
processo de profunda transformação. A partir de vários resultados experimentais, ficou
claro que a física clássica ou Newtoneana era apenas uma representação incompleta da
realidade física, e que novas idéias eram necessárias para acomodar esses resultados
experimentais. Oproblema conhecido como “radiação de corpo negro” teve um papel
fundamental no desenvolvimento da nova física. Nenhum cientista no final do século XIX
poderia ter imaginado que a solução desse problema causaria uma profunda revolução
na física.
Sabemos que, quando uma barra metálica é aquecida a temperaturas suficientemente
elevadas, ela se torna incandescente, emitindo luz de cor variada deacordo com a
temperatura. Os físicos experimentais haviam percebido que a energia emitida por um
corpo negro (cavidade de Kirchhoff) cresce com a freqüência, atingindo um valor máximo
antes de começar a diminuir, no caso das freqüências mais altas. Eles também haviam
demonstrado que a freqüência que brilhava com maior intensidade mudava com a
temperatura, passando do vermelho ao azul àmedida que a temperatura aumentava.
Infelizmente, o espectro (distribuição da quantidade de energia emitida em função da
freqüência) de corpo negro previsto pela física clássica era completamente diferente
daquele medido no laboratório. Em vez de prever que a energia emitida aumenta com a
freqüência até atingir um valor máximo, antes de começar a diminuir, a física clássica
previa que a energiaemitida sempre crescia com a freqüência.
No dia 19 de outubro de 1900, o físico Max Planck anunciou à Sociedade Berlinense de
física que havia encontrado uma fórmula capaz de descrever acuradamente os resultados
dos experimentos com a radiação de corpo negro. De modo a desvendar a física por trás
de sua fórmula, Planck foi levado a propor uma idéia radical: os átomos não liberam
radiação demodo contínuo, mas o fazem em “múltiplos discretos”, ou pequenos pacotes,
de uma quantidade fundamental, mais tarde chamada de quantum por Planck, uma
palavra que em latim significa uma porção de algo. Para cada freqüência existe uma
quantidade mínima de energia irradiada, proporcional à freqüência. Portanto, a radiação
de uma determinada freqüência só pode aparecer em múltiplos de uma quantidadefundamental.
Planck não ficou nada satisfeito com as consequências de sua hipótese quântica. De
fato, ele passou anos tentando “explicar” a existência do quantum de energia usando a
física clássica. Ele foi um revolucionário relutante que se viu forçado a propor uma idéia
que ele só aceitava por falta de alternativa. Como ele escreveu em sua biografia:
Minhas tentativas frustadas paraacomodar o [...]quantum [...] de algum modo dentro da física clássica
continuaram por alguns anos, e custaram-me um enorme esforço. Muitos de meus colegas
consideraram minha insistência quase que trágica. Mas eu vejo as coisas de modo diferente [...] Agora
sei que o [...] quantum [...] tem um papel na física muito mais importante do que eu suspeitava
originalmente, e esse fato fez com que euaceitasse o uso de métodos de análise e de dedução
completamente novos no tratamento de problemas atômicos.

Planck estava certo. A teoria quântica que ele ajudou a desenvolver provou ser uma
revisão ainda mais profunda da “velha” física do que a teoria da relatividade especial de
Einstein. E foi esse mesmo Einstein que em março de 1905 propôs estender a hipótese
de Planck, de que os átomosradiavam energia em pequenos pacotes, à própria luz! Para
explicar o efeito fotoelétrico, descoberto por Hertz em 1887, Einstein, de modo análogo
aos quanta de energia de Planck, sugeriu que a luz de uma determinada freqüência
ocorria em múltiplos de pequenos pacotes, cada um com energia proporcional à
freqüência. Esses “pacotes de luz” foram chamados de fótons em 1926 pelo físico Gilbert
Lewis....
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