Física Quântica

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Física Quântica
Física quântica é um ramo teórico da ciência que estuda todos os fenômenos que acontecem com as partículas atômicas e subatômicas, ou seja, que são iguais ou menores que os átomos, como os elétrons, os prótons, as moléculas e os fótons, por exemplo.
Tudo começou em 1900, quando o físico alemão Max Planck introduziu a ideia de que a energia era enviada em “pacotes” chamados quanta (meio que parecido com a transmissão de dados pela internet).
Estes quanta de energia seriam chamados mais tarde de fótons, termo introduzido por Gilbert N. Lewis em 1926. A ideia que cada fóton teria de consistir de energia em termos de quantas foi um notável feito, já que efetivamente eliminou a possibilidade de que a radiação de um corpo negro alcançasse energia infinita, o que se explicou em termos de formas de onda somente. Em 1913, Niels Bohr explicou as linhas espectrais do átomo de hidrogênio, novamente utilizando a ideia dos quanta, em seu artigo On the Constitution of Atoms and Molecules (Sobre a Constituição de Átomos e Moléculas), publicado em julho de 1913.
Todas essas micropartículas não podem ser estudadas sob a ótica da física clássica, pois não são influenciadas pelas leis que a compõe, como a gravidade, a lei da inércia, ação e reação e etc.
O mundo microscópico tem um comportamento muito diferente do que observamos em nosso dia a dia. Por exemplo, objetos quânticos, em geral, não estão localizados, podem estar em duas regiões do espaço ao mesmo tempo.
Ao contrário da física clássica, a física quântica é classificada como “não intuitiva”, isso significa que, neste ramo de estudo, determinadas coisas são verdadeiras mesmo quando aparentam não ser. Aliás, por ser considerada não intuitiva, a física quântica ficou conhecida como uma “falsa teoria”.
Mesmo que a teoria da física quântica esteja focada nos fenômenos microscópicos, estes são refletidos em todos os aspectos macroscópicos, uma vez que todas as coisas no universo são feitas a partir de moléculas, átomos e demais partículas subatômicas.
A física quântica se tornou a teoria base de vários outros ramos da física e da química, como a física atômica, física nuclear, física molecular, química quântica, física de partículas e etc. Aliás, os princípios da física quântica também são aplicados em vários setores do conhecimento humano, revolucionando não apenas as Ciências Exatas, mas também correntes filosóficas.
A principal ligação entre a física quântica e os conceitos filosóficos e espirituais, de acordo com os defensores desta relação, está na condição de casualidade e incerteza desta teoria, que diz ser possível a existência de duas situações diferentes e simultâneas para determinado corpo subatômico.
Esse princípio foi observado na física quântica a partir da chamada "dualidade onda-partícula", ou seja, quando uma partícula se comporta ora como partícula e ora como uma onda, afirmação esta totalmente anormal perante a física clássica.
Partindo desta ideia, por exemplo, surgem diversas hipóteses teóricas de estudo, como a “teoria dos vários mundos”, que diz ser possível a existência de diversas realidades alternativas para cada indivíduo.
A física quântica pode parecer um assunto difícil de ser entendido e isso faz com que esse estudo fique distante do cotidiano da população. Porém, foram as pesquisas nesta área que deram origem a tecnologias fundamentais para nossa vida, como o GPS, o transistor, o laser e a ressonância magnética nuclear, usada em hospitais.
Física quântica e a espiritualidade
Essa relação é polêmica, pois consiste no debate entre dois núcleos distintos, sendo um formado pelos que defendem a veracidade da influência quântica no plano espiritual, e outro que nega totalmente o uso da mecânica quântica como modo de explicar a espiritualidade.
Para os que defendem a existência de uma relação entre a física quântica e o espiritual, a força do pensamento humano poderia exercer um grande poder sobre a realidade individual de cada pessoa, sendo ela, com as corretas indicações, capaz de alterar o mundo ao seu redor.
Física quântica e o pensamento
Vários físicos de renome internacional relacionam os princípios da física quântica com as teorias sobre a consciência humana e o poder do pensamento como “construtor” da realidade.
Em suma, a mente humana teria uma capacidade profunda de influenciar na disposição das micropartículas atômicas ao redor das pessoas, do modo como elas se comportam e como elas constroem a realidade de cada indivíduo. Para os estudiosos que acreditam nesta ideia, as intenções das pessoas influenciariam a construção da realidade.
Radiação de um corpo negro
Os corpos, de maneira geral, emitem continuamente ondas eletromagnéticas, cujas intensidades e frequência dependem da temperatura em que se encontram e também da composição do material. Corpo negro pode ser representado como uma cavidade com um pequeno orifício. A radiação emitida de seu interior depende da temperatura (não reflete nada). A emissão de radiação por corpos em determinada temperatura está intimamente relacionada a constante agitação de átomos no interior da matéria
Hipótese de Plank
 “A radiação é absorvida ou emitida por um corpo aquecido não sob a forma de ondas, mas por meio de pequenos “pacotes” de energia.”
A esses pequenos “pacotes” de energia Max Planck deu o nome de quantum (seu plural é quanta), que vem do latim e significa “quantidade”, literalmente “quanto?”, passando a ideia de unidade míni­ma, indivisível; já que o quantum seria uma unidade definida de energia proporcional à frequência da radiação. Foi a partir daí que surgiu a expressão teoria quântica.
Atualmente um quantum é chamado de fóton.
Além disso, esse cientista forneceu uma função que permitia determinar a radiação das partículas oscilantes que emitem radiação em um corpo negro:
E = n . h . v
Sendo que:
n = número inteiro positivo;
h = constante de Planck (6,626 . 10-34 J . s - valor muito pequeno se comparado à energia que se requer para realizar mudanças físicas ou químicas dos materiais do cotidiano. Isso nos mostra que “h” remete-se a um mundo muito pequeno, o mundo quântico);
v = frequência da radiação emitida.
Efeito fotoelétrico
O efeito fotoelétrico ocorre quando uma placa metálica é exposta a uma radiação eletromagnética de frequência alta, por exemplo, um feixe de luz, e este arranca elétrons da placa metálica.
Einstein com a teoria dos fótons explicou que, a intensidade de luz é proporcional ao número de fótons e que como consequência determina o número de elétrons a serem arrancados da superfície da placa metálica e, quanto maior a frequência maior é a energia adquirida pelos elétrons assim eles saem da placa e abaixo da frequência de corte, os elétrons não recebem nenhum tipo de energia, assim não saem da placa. 
 
Placa metálica incidida por luz e perdendo elétrons devido o efeito fotoelétrico.
O princípio da incerteza
O mundo em que vivemos é feito de átomos. Os átomos são feitos de coisas ainda menores chamadas quarks e elétrons. Ainda não sabemos se os quarks são feitos de coisas ainda menores. Os átomos, elétrons, quarks e outra coisa tão pequena que ainda não sabemos muito sobre ela, chamada fóton, têm comportamentos bizarros de vez em quando: nunca podemos saber exatamente onde estão. Não é por falta de instrumentos potentes, é uma lei da física, chamada Princípio da Incerteza de Heinsenberg, que diz que nunca saberemos a exata posição das coisas. Nunca saberemos onde os elétrons de um átomo estão exatamente. Nunca. É algo estranhíssimo, mas é a verdade. Há elétrons que, inclusive, somem de um lugar e reaparecem em outro, algo como um teletransporte. Não dá para ver que caminho seguiram para ir de um lugar a outro, só sabemos que eles fazem isso.
Experimento do Gato de Schroedinger
O gato de Schroedinger ou paradoxo de Schroedinger é um experimento imaginário proposto por Erwin Rudolf Josef Alexander Schroedinger, brilhante físico austríaco, com o objetivo de mostrar comovigora no mundo quântico o Princípio da Incerteza.
O experimento consiste em colocar um gato dentro de uma caixa e fechá-lo lá dentro. Junto ao gato, dentro da caixa, é colocado um frasco contendo um gás venenoso, um elemento radioativo emissor de partículas alfa e um dispositivo composto de um martelo e um detector de radiação. Se o detector registrar a presença de pelo menos uma partícula alfa, o martelo é acionado e quebra o frasco, liberando o gás venenoso e, consequentemente, matando o gato. Mas vamos considerar que a fonte radioativa possa liberar partículas alfa dentro de um intervalo de tempo determinado, e que também possa não liberar essas partículas nesse tempo. Existe 50% de chance de que o elemento libere a partícula e 50% de chance de que ele não libere. Se ele não libera a partícula, o gato não morre, ou seja, o resultado será “gato vivo”. Mas se o veneno é liberado, o resultado do experimento será “gato moto”. Então podemos dizer que temos 50% de gato vivo e 50% de gato morto. Mas se não abrirmos a caixa para olhar dentro, não poderemos ter certeza se o gato está ou não vivo. A única forma de ter certeza é se abrirmos a caixa. Mas é aí que vem o mais estranho! Para a mecânica quântica, o gato pode estar vivo e morto! Ele pode estar nos dois estados! Como?!
Pelo formalismo quântico, a matéria também tem natureza ondulatória, e pode ser representada por uma função de onda. O gato morto é representado por uma função de onda, e o gato vivo é representado por outra função de onda. O fato do gato estar vivo e morto indica que houve uma superposição dessas duas funções de onda que indicava os dois estados possíveis. Você pode estar pensando: Por que não abrimos logo a caixa e olhamos?!
A resposta a essa pergunta vem do Princípio da Incerteza de Heinsenberg, que estabelece que não é possível fazer uma medida sem interferir nos resultados dessa própria medida. Quer dizer, se abrirmos a caixa para olhar o estado do gato dentro, estaremos interferindo no sistema e alterando seus resultados. Aliás, essa é uma diferença fundamental entre a mecânica quântica e a mecânica clássica. Na clássica poderíamos abrir a caixa e conferir o que tinha acontecido com o gatinho. Na quântica isso não é possível!
 
Teoria das Cordas
A teoria das cordas é uma tentativa de unificar a Teoria da Relatividade e a Mecânica quântica. Ela afirma que todas as partículas do universo são formadas por cordas.
De acordo com a teoria das cordas, os quarks são formados por pequenos filamentos de energia semelhantes a pequenas cordas vibrantes, daí o nome dado à teoria. Essas cordas estariam vibrando em diferentes padrões, com frequências distintas, produzindo as diferentes partículas que compõem o nosso mundo. Observe o esquema da figura a seguir:
A figura mostra que se a matéria for descomposta em suas menores partes, veremos que ela é constituída por pequenas cordas
 
Para facilitar a compreensão, podemos fazer uma analogia entre essas cordas e as cordas de um violão: da mesma forma que as diferentes vibrações das cordas de violão produzem sons diferentes, as vibrações desses pequenos filamentos de energia produzem partículas diferentes.
Ao afirmar que tudo que forma o universo é constituído de uma única forma, a teoria das cordas consegue unificar todas as teorias da Física. Já que todas as partículas que formam a matéria são formadas por apenas uma entidade, todas elas podem ser explicadas por apenas uma teoria. É por isso que a teoria das cordas também pode ser chamada de teoria de todas as coisas (Theory of Everything - TOE).
A principal consequência da teoria das cordas está na sua demonstração matemática: ela não funciona em um universo com três dimensões espaciais, mas, sim, em um com dez dimensões de espaço e uma de tempo! Isso quer dizer que, se a teoria for comprovada, existem sete dimensões espaciais que não conseguimos perceber e que vão além da altura, comprimento e largura. Isso representa uma nova visão do universo bem diferente do que já conhecemos.
Apesar de todos os avanços já apresentados, a teoria das cordas é, ainda, apenas uma ideia e não pode ser demonstrada experimentalmente. Espera-se que, com o avanço das pesquisas em torno dos aceleradores de partículas, seja possível comprová-la nos próximos anos.
Teoria do Emaranhamento Quântico
O entrelaçamento ou emaranhamento quântico, portanto, é um evento estudado pela Mecânica Quântica. Segundo esta teoria, dois ou mais objetos podem estar de tal forma conectados que uma face não pode ser analisada adequadamente sem que a contra face seja igualmente afetada, ainda que ambos estejam localizados em dimensões espaciais distintas.
Assim, mesmo que uma partícula esteja neste Planeta e sua contra face esteja situada em outra esfera, portanto distantes anos-luz uma da outra, se uma for movida para baixo a outra também será movimentada na mesma direção simultaneamente, independentemente do tempo que a luz levar para viajar de um lugar a outro. Este fenômeno é conhecido como tele transporte quântico.
É a essa forte ligação entre determinados objetos que os estudiosos se referem quando afirmam que se criam intensas interações entre as virtudes materiais dos vários subsistemas que se afinam. Desta forma, por mais longínquos que os sistemas estejam uns dos outros, se eles estão entrelaçados há sempre alguma ascendência a se estabelecer entre eles.
Os dados são transmitidos entre estes sistemas por meio das diversas condições de emaranhamento que se entrelaçam a um tradicional meio de informação, o teletransporte quântico. Este recurso possibilita o transporte de informações – spin ou polarização, nunca fluidos energéticos ou corpos materiais - por canais quânticos, à revelia da utilização de vias de comunicação.
A teoria do entrelaçamento quântico sustenta diversas inovações tecnológicas recentes, tais como a computação quântica, a criptografia quântica e os experimentos com teletransporte quântico. Por outro lado, ela alimenta algumas das especulações teóricas e filosóficas mais desconcertantes, uma vez que as relações mútuas previstas por esta Ciência contradizem as leis do realismo local, segundo as quais cada partícula apresenta condições bem delineadas, independente de se recorrer a dimensões correlatas remotas.