Princípio da Incerteza Heisenberg

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO
Instituto de Ciências Exatas, Naturais e da Educação (ICENE) 
Av. Doutor Randolfo Borges Jr, 1250 – Univerdecidade - 38064-200.
Uberaba–MG – Brasil.  (Campus Univerdecidade) - (2016/1).
secretaria@icene.uftm.edu.br  -  Tel.: (34) 3318-5909 – Lic. em Física
Física Moderna: Introdução à Mecânica Quântica
Estudos do princípio da incerteza de Heisenberg
Docente: Prof. Dr. José Roberto Siqueira Junior
Discente: Lucas de Oliveira Damante 			 Disciplina: Física-Básica IV
Uberaba – Minas Gerais 
Princípio da Incerteza de Werner Heisenberg 
	Um limite imposto pela natureza é identificado no instante em que tentamos medir simultaneamente a posição e o momento de uma partícula. Pois, é a partir desta indeterminação da natureza que é introduzido o caráter probabilístico da mecânica quântica, o qual é possível de se fazer apenas medidas de probabilidades no sistema. Para esta particularidade, é necessário compreender um princípio conhecido sobre incertezas experimentais na precisão de medidas.
	Werner Heisenberg foi quem formulou este princípio em 1927, o chamado princípio da incerteza. De acordo com esse princípio, não podemos determinar com precisão e simultaneamente a posição e o momento de uma partícula. Isto é, numa só experiência não se pode determinar simultaneamente o valor exato de um componente do momento px de uma partícula e nem o valor exato de sua coordenada correspondente, neste caso em x. O processo é análogo para as coordenadas. Em vez disso, a precisão de medidas está limitada pelo processo de medida em si, de tal forma que para o eixo x temos que:  ∆x ≥ ; px é conhecido como a incerteza de ∆px, e a posição x no mesmo instante é a incerteza ∆x,   (“h cortado”) é um símbolo normalizado e h é a constante de Planck. 
	São muitas as discussões centradas sobre a ideia de que o ato de medir algo afeta a própria quantidade do sistema que está sendo medido. Um bom exemplo macroscópico para expor esta abstração é quando queremos determinar a temperatura de uma xícara de café quente com um termômetro frio. No instante em que inserimos o termômetro frio na xícara, o café quente cederá energia para o termômetro frio, e, neste momento o homem estará perturbando o sistema pelo aparelho de medição. Porém, este exemplo da física clássica, no processo de observação e interação que perturba os resultados, pode ser reduzido, em princípio, a um nível arbitrariamente pequeno. 
	Pensando em um sistema que envolve grandezas e elementos microscópicos, a exemplo quando se pretende determinar a posição de um elétron, ocorre algo semelhante com as medidas. Deste modo não podemos prever a trajetória exata de nenhum elétron individual a partir do conhecimento de seu estado inicial. O máximo que podemos dizer é que muitos elétrons incidem em uma região, aos quais alguns poucos incidem em outra, e assim podemos apenas dizer qual é a probabilidade de que um elétron atinge uma determinada área da placa. Assim nota-se que as incertezas dessas grandezas, são descritas com base em conceitos estatísticos chamado de desvio-padrão, os quais fornecem uma medida de afastamento dos valores de um conjunto de números em relação ao valor médio desses números. 
	Com as incertezas e um caráter probabilístico, o homem é levado a supor que a fim de obter medidas mais precisas da posição e do momento de uma partícula, utilizando-se de detectores e aparelhos mais sofisticados poderia ele resolver o problema. Porém verificou-se que isso é impossível, pois, ao detectar uma partícula o detector deve interagir com ela. E essa interação perturba o sistema e o movimento da partícula, introduzindo a ela a incerteza de seu próprio estado inicial. 
	Uma análise mais detalhada sobre o experimento de dupla fenda mostra que essas incertezas são fundamentais e intrínsecas, e não podem ser evitadas mesmo que haja a princípio um aperfeiçoamento da técnica experimental, por mais sofisticada que ela seja. Os resultados dessa conspiração da natureza é que as amplitudes de probabilidade associada a duas possibilidades diferentes (fenda 1 ou fenda 2) interferem quando não é possível saber qual das duas foi seguida, e não interferem quando é possível distingui-las. 	Contudo, é condizente e pertinente que façamos perguntas a nós pesquisadores e futuros pesquisadores, sobre a realidade. Se a realidade é determinada antes de medir, ou se simplesmente o ato de medir é que determina a realidade?
	Foi defendido por Bohr e seus seguidores, incluindo Werner Heisenberg que em certo sentido, o átomo não medido não é real e seus atributos são criados ou realizados no ato de medição. Esta interpretação foi contestada por Albert Einstein, pois, considerava como incompleta. Einstein e Schrödinger conceberam “experimentos imaginados” que pareciam levar a conclusões paradoxais. 	
	Tal interpretação se dá pela explicação quântica da medida. Uma medida realizada sobre um sistema quântico que resulta da interação do observador, no fato de que um aparelho de medida geralmente clássico interage com um sistema quântico. Como a medida resulta numa incerteza sobre um valor de uma grandeza observável, a função de onda associada representa uma função de probabilidade em termos da posição e tempo. Tal estimativa implica dizer que o ato de medir afeta a realidade quântica e acarreta um colapso da função de onda. De modo que o ato de medir destrói a possibilidade de emaranhamento quântico e literalmente cria uma realidade experimentalmente mensurada.
	 Neste critério de realidade, um físico chamado Bell enuncia, de maneira sucinta e forte “que a realidade não deve ser local”, sendo que o ato de medir, não é um ato privado, e sim um acontecimento público de cujos detalhes participam, instantaneamente, grandes porções do Universo. Para Bell, ao estudarmos o momento de um átomo, utilizando um instrumento de medida específico para tal finalidade, o momento real do átomo é perturbado. De acordo com o seu teorema, não só pelo instrumento utilizado, mas também por uma grande quantidade de eventos os quais ocorrem no instante de medição em outros locais, outros países, outras galáxias.
	Assim concluo que de forma geral, somos incapazes de medir um sistema sem interagirmos com ele, e, consequentemente sob análises mais detalhadas do experimento de dupla fenda, seus resultados nos mostram que são conspirações da natureza e que as incertezas e indefinições são intrínsecas ao mundo quântico. Sendo assim, pode ser visto então que na escala quântica, o processo de medição e observação do observador pode ter uma influência decisiva no resultado observado. Conforme foi observado por Dirac, isso permite definir, pela primeira vez na física, uma escala absoluta de tamanho, em que grande e pequeno deixam de ser apenas conceitos relativos. A escala atômica e subatômica é pequena no sentido absoluto de que nela se encontram limitações absolutas às possibilidades de observação. Deste modo, os objetos atômicos são “frágeis”, e é preciso sempre especificar de que forma estão sendo observados. 
Referências
 
H. MOYSÉS NUSSENZVEIG. Curso de Física Básica, vol. 4: Física Quântica. 2ª ed. São Paulo: Blucher, 2015.
HALLYDAY ; RESNICK Curso de Física Básica, Óptica e Física Moderna, 8ª edição, Editora LTC, 2008.
SEARS & ZEMANSKY. Física IV, Física Moderna: 12º ed. São Paulo: Pearson, 2009.