Our notion of reality is built on everyday experiences. Mas a dualidade onda-partícula é tão estranha que somos forçados a reexaminar nossas concepções comuns.
a dualidade onda-partícula refere-se à propriedade fundamental da matéria onde, em um momento, ela aparece como uma onda, e ainda em outro momento ela age como uma partícula. para compreender a dualidade onda-partícula, vale a pena olhar para as diferenças entre partículas e ondas.
estamos todos familiarizados com partículas, sejam elas mármores, grãos de areia, sal num saleiro, átomos, electrões, e assim por diante.
as propriedades das partículas podem ser demonstradas com um mármore. O mármore é um pedaço esférico de vidro localizado em algum ponto no espaço. Se mexermos o mármore com o dedo, damos – lhe energia-isto é energia cinética, e o mármore em movimento leva esta energia com ele., Um punhado de berlindes atirados para o ar desabam, cada mármore transmitindo energia onde atinge o chão.
Em contraste, as ondas estão espalhadas. Exemplos de ondas são os grandes rolos no oceano aberto, ondulações em um lago, ondas sonoras e ondas de luz. se em um momento a onda estiver localizada, algum tempo depois ela terá se espalhado por uma grande região, como as ondulações quando deixamos cair uma pedra em um lago., A onda transporta consigo energia relacionada com o seu movimento. Ao contrário da partícula, a energia é distribuída sobre o espaço porque a onda é espalhada.
por que as ondas são tão diferentes das partículas
as partículas colidindo irão saltar umas das outras, mas as ondas colidindo passam umas pelas outras e emergem inalteradas. Mas ondas sobrepostas podem interferir-onde um vale sobrepõe uma crista A onda pode desaparecer completamente.
isto pode ser visto quando partes de uma onda passam por buracos bem espaçados em uma tela. As ondas se espalham em todas as direções e interferem, levando a regiões no espaço onde a onda desaparece e regiões onde ela se torna mais forte.,
A imagem à esquerda mostra um exemplo do experimento de fenda dupla inventado pelo Polimata Inglês Thomas Young. Este fenômeno é chamado de difração.
em contraste, um mármore jogado no ecrã ou salta ou passa directamente por um dos buracos. Do outro lado da tela, o mármore será encontrado viajando em uma de duas direções, dependendo do buraco que passou.
Wave goodbye to waves
o fenômeno da difração é uma propriedade bem conhecida das ondas de luz., Mas no início do século XX, um problema foi encontrado com as teorias das ondas de luz emitidas por objetos quentes, tais como carvão quente em um fogo ou luz do sol.
This light is called black-body radiation. Essas teorias sempre previam energia infinita para a luz emitida além da extremidade azul do espectro – a catástrofe ultravioleta.,
A resposta foi assumir que a energia das ondas de luz não era contínua, mas veio em quantidades fixas, como se fosse composta de um grande número de partículas, como o nosso punhado de bolinhas de gude. Então a noção surgiu de que as ondas de luz agem como partículas – essas partículas são chamadas fótons. se a luz, que pensávamos ser como uma onda, também se comporta como uma partícula, Será Que objetos como elétrons e átomos, que são como partículas, podem se comportar como ondas?para explicar a estrutura e o comportamento dos átomos, considerou-se necessário assumir que as partículas têm propriedades ondulantes., Se isso for verdade, uma partícula deve difractar através de um par de buracos bem espaçados, assim como uma onda.os experimentos provaram que as partículas atômicas agem como ondas. Quando nós o fogo elétrons em um lado de uma tela com dois furos espaçados e medir a distribuição de elétrons por outro lado, não vemos dois picos, um para cada buraco, mas um padrão de difração, como se nós tivéssemos sido usando ondas. este é outro exemplo do experimento de fenda que mostramos acima, mas desta vez usando ondas elétricas., Estas noções formam a base da teoria quântica, talvez as teorias mais bem sucedidas que os cientistas alguma vez desenvolveram.
a coisa bizarra sobre o experimento de difração é que a onda eletrônica não deposita energia sobre toda a superfície do detector, como você poderia esperar com uma onda caindo na costa.
A energia do elétron é depositada em um ponto, como se fosse uma partícula. Então, enquanto o elétron se propaga através do espaço como uma onda, ele interage em um ponto como uma partícula. Isto é conhecido como dualidade onda-partícula.,se o elétron ou fóton se propaga como uma onda, mas deposita sua energia em um ponto, o que acontece com o resto da onda?desaparece, de todo o espaço, para nunca mais ser visto! De alguma forma, aquelas partes da onda distantes do ponto de interação sabem que a energia foi perdida e desaparece instantaneamente.,
Se isso aconteceu com as ondas do oceano, um dos surfistas na onda gostaria de receber toda a energia e naquele momento, a onda do mar iria desaparecer, ao longo de todo o comprimento da praia. Um surfista estaria atirando ao longo da superfície da água e o resto estaria sentado na superfície.
isto é o que acontece com fótons, elétrons e até mesmo ondas atômicas. Naturalmente, este enigma perturbou muitos cientistas, incluindo Einstein., É geralmente varrido para baixo do tapete e glibly referido como “o colapso da função de onda” em medição.quando a onda se propaga, onde está a partícula? Não temos a certeza. Ele está localizado em algum lugar na região do espaço com uma dimensão semelhante à distribuição de comprimentos de onda que definem sua onda. Isto é conhecido como o princípio da incerteza de Heisenberg.para partículas comuns do dia-a-dia, como mármores, sal e areia, seus comprimentos de onda são tão pequenos que sua localização pode ser medida com precisão., Para átomos e elétrons, isso se torna menos claro.
no experimento de difração o comprimento de onda dos elétrons é grande de modo que a localização do elétron é muito incerta. O elétron realmente viaja através de ambas as fendas ao mesmo tempo, assim como uma onda. Em termos de partículas torna-se impossível para nós realmente imaginar isso porque entra em conflito com a experiência cotidiana.,
Einstein preocupado sobre onde a partícula está realmente localizado e decidiu informação estava ausente na teoria quântica. Em um célebre artigo sobre variáveis ocultas, Einstein e seus colegas Nathan Rosen e Boris Podolsky derivaram duas alternativas: ou a teoria quântica estava errada ou o problema residia em nossa noção da própria realidade.,
uma série de experimentos precisos e inteligentes provou que a teoria quântica estava correta e que a nossa noção de realidade está em falha (ver desigualdade de Bell e o paradoxo de Einstein, Rosen e Podolsky).
comportamento fantasmagórico
mas este não é o fim da história. Os experimentos que refutaram nossas noções de realidade envolveram duas partículas ligadas entre si como uma única onda. Medições em uma partícula afetam as propriedades físicas da outra partícula, mesmo que possam estar muito distantes. Isto é conhecido como” ação assustadora a uma distância ” e é uma consequência do entrelaçamento quântico.,
é um conceito muito sutil, mas está formando a base de computadores quânticos e criptografia quântica!o que há de errado com a realidade?
neste ponto todo o problema fica muito difícil de colocar sua mente ao redor. Mas não te preocupes muito com isto. Como Richard Feynman, laureado com o Nobel e um homem verdadeiramente brilhante, disse: “Acho que posso dizer com segurança que ninguém entende a mecânica quântica.”
A maioria das pessoas que trabalham neste campo apenas se acostumam com o conceito e seguir com suas vidas, ou se tornam filósofos. e quanto à realidade?, o paradoxo é apenas um conflito entre a realidade e o seu sentimento do que a realidade deveria ser.”
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