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O microcosmo das partículas

A viagem ao mundo minúsculo, onde as leis são diferentes das que governam o universo visível.

De revolucionário, o físico alemão Max Planck (1858-1947) não tinha nada. Homem de temperamento cauteloso e idéias conservadoras, ele não imaginava o terremoto que provocaria ao tentar resolver um problema científico espinhoso, em 1900. Planck tinha passado os seis anos anteriores analisando a energia existente nos raios luminosos emitidos por objetos aquecidos. Pela teoria da época, a intensidade da luz deveria variar gradualmente. Mas os resultados da experiência teimavam em desmentir a cartilha. Em certas temperaturas, a luz dava saltos de uma intensidade para outra. O pesquisador hesitou, hesitou, mas enfim tentou um caminho diferente – e achou a solução. Descobriu que a energia não é absorvida ou gerada de modo contínuo, mas sim em pequenos “pacotes” que batizou de quantum (ou quanta, no plural), palavra que significa quantidade, em latim. Planck, na realidade, não tinha a intenção de romper com a Física tradicional, mas apenas de resolver um problema.“Foi um ato de desespero”, confessou mais tarde, assustado com os desdobramentos de sua descoberta.

A teoria quântica, nascida da inspiração de Planck, explica os fenômenos num mundo onde os corpos têm as dimensões dos átomos. Nesse microcosmo, as leis que regem o universo visível nem sempre funcionam. Obedecem à mesma probabilidade que regem um jogo de roleta num cassino. Um raio de luz é ao mesmo tempo uma onda eletromagnética – que se propaga como o som – e um feixe de partículas. E certos corpúsculos podem se mover de um ponto a outro sem percorrer a distância que os separa. Einstein relutou em aceitar a idéia.“Deus não joga dados”, protestou. Mas o gênio estava, dessa vez, errado. A teoria quântica passou em todos os testes experimentais a que foi submetida. Hoje é aceita por todos.

A incerteza por princípio

Em 1927, o físico alemão Werner Heisenberg (1901-1976) apresentou ao mundo uma das idéias mais intrigantes da teoria quântica: o Princípio da Incerteza. Segundo ele, é impossível calcular ao mesmo tempo a posição e a velocidade de objetos muito pequenos. O próprio ato de medir a velocidade muda a posição da partícula – e vice-versa. Por isso, os cientistas se contentam em calcular com exatidão apenas uma dessas medidas.

Um lago de ondas microscópicas

Esta imagem, obtida em 1994 por um microscópio supermoderno comprova que os elétrons se comportam não só como partícula, mas também como onda, conforme havia definido, em 1924, o físico francês Louis de Broglie (1892-1987). Esse tipo de dupla personalidade ficou conhecido como dualidade partícula-onda, um conceito que mais tarde foi estendido para todo o mundo subatômico. A imagem mostra a superfície de uma placa de cobre na qual foi incrustado um anel com 48 átomos de ferro. Os elétrons das camadas superiores dos átomos de cobre flutuam até se chocar com o obstáculo, quando refluem para trás. Os elétrons dentro do anel formam círculos. Os que estão do lado de fora produzem ondas como as produzidas pelo vento soprando sobre o mar.

O gato quântico

Nesta experiência teórica, não é possível saber se o animal já morreu ou continua vivo.

A Mecânica Quântica não tem respostas exatas para algumas questões. A rotação dos elétrons, por exemplo, só pode ser determinada a partir de cálculos de probabilidades. Ou seja, nunca se sabe ao certo para que lado um elétron gira ao redor do núcleo do átomo. O físico austríaco Erwin Schroedinger (1887-1961) resolveu ironizar as incertezas da Física do século XX, sugerindo uma experiência fictícia em que um gato poderia ser considerado, ao mesmo tempo, vivo e morto.

1. O gato fica preso dentro de uma caixa fechada, ao lado de uma substância que pode emitir uma radiação. Caso isso aconteça, um martelo é acionado e quebra a tampa de um vidro com veneno.

2. Em 1 hora, a radiação pode quebrar o vidro ou não. As probabilidades são iguais para qualquer uma dassituações. Como não dá para prever o que aconteceu com o gato a menos que a caixa seja aberta, pode-se dizer que, durante o período de 1 hora, o gato está vivo e morto ao mesmo tempo.