O que é a física quântica?

A Física Quântica é a teoria física que descreve o comportamento e interações das partículas subatômicas, como elétrons e fótons. 

Ela se diferencia da Física Clássica, que se aplica a objetos maiores, como planetas e galáxias, porque a Física Quântica utiliza conceitos como a incerteza quantificada e a superposição de estados.

Em vez de seguir leis deterministas precisas, como é o caso da Física Clássica, a Física Quântica descreve o comportamento dos sistemas quânticos com probabilidades. Por exemplo, é possível determinar apenas a probabilidade de encontrar uma partícula em uma determinada posição ou com uma determinada energia.

A Física Quântica também descreve fenômenos como a tunelamento quântico, onde uma partícula pode passar através de uma barreira potencial, e a entrelaçamento quântico, onde duas partículas podem estar correlacionadas mesmo a grandes distâncias. 

A Física Quântica é fundamental para a compreensão da natureza da matéria e da luz, e tem aplicações importantes em áreas como a tecnologia da informação, onde é utilizada na criptografia quântica, e na física nuclear, onde é usada para explicar a estrutura e a estabilidade dos núcleos atômicos.

Origem da palavra quântica

A palavra "quântica" vem do latim "quantus", que significa "tanto". A Mecânica Quântica é chamada assim porque descreve o comportamento de partículas subatômicas em termos de quantidades discretas de energia, chamadas quanta.

A ideia de que a energia pode ser quantizada foi proposta pela primeira vez por Max Planck em 1900. Planck descobriu que a radiação eletromagnética não pode ser descrita como uma onda contínua, mas sim como pequenas quantidades discretas de energia. Essa ideia foi posteriormente aplicada ao comportamento de outras partículas subatômicas, resultando no desenvolvimento da Mecânica Quântica.

Mecânica quântica

Créditos: Peter Jurik - stock.adobe.com

A Mecânica Quântica é uma teoria científica que descreve o comportamento de partículas subatômicas, como elétrons, prótons e nêutrons. É uma das teorias mais bem estabelecidas e bem sucedidas da física, tendo sido desenvolvida no início do século XX.

A Mecânica Quântica é baseada na ideia de que a natureza de uma partícula é descrita por uma função de onda, em vez de ser descrita por uma posição e velocidade definidas. Isso significa que, ao invés de prever exatamente onde uma partícula estará em um momento específico, a Mecânica Quântica fornece uma descrição probabilística do estado de uma partícula.

A Mecânica Quântica também inclui conceitos como a superposição, que permite que uma partícula exista em vários estados ao mesmo tempo, e o entrelaçamento, que descreve a correlação estreita entre as propriedades de partículas quânticas mesmo quando estão separadas por grandes distâncias.

A Mecânica Quântica tem sido aplicada com sucesso a uma ampla gama de fenômenos físicos, desde o comportamento de átomos e moléculas até o comportamento de materiais condensados e estruturas cristalinas. Além disso, tem uma ampla gama de aplicações em campos como a tecnologia de dispositivos quânticos, a criptografia quântica e a computação quântica.

Tunelamento quântico

O tunelamento quântico é um fenômeno quântico que permite a uma partícula passar através de uma barreira potencial que, de acordo com a Física Clássica, seria impossível de ser ultrapassada. Em outras palavras, o tunelamento quântico permite que uma partícula tenha uma probabilidade não nula de ser encontrada do outro lado da barreira, mesmo que a sua energia inicial seja menor que a da barreira.

Este fenômeno é resultado da natureza ondulatória das partículas quânticas, que permite que a partícula exista em vários estados de superposição ao mesmo tempo. Isto significa que a partícula pode existir em vários lugares ao mesmo tempo, incluindo o outro lado da barreira.

O tunelamento quântico tem muitas aplicações importantes, incluindo a tecnologia de dispositivos quânticos, como as diodos emissores de luz (LEDs), os transistores de efeito de campo e os transistores de tunelamento quântico (QTFs). Além disso, é fundamental para a compreensão de vários fenômenos quânticos, como a radioatividade alpha e a fusão termonuclear controlada.

Entrelaçamento Quântico

O entrelaçamento quântico é um dos fenômenos mais surpreendentes e misteriosos da Física Quântica. É uma correlação estreita entre as propriedades de partículas quânticas, como elétrons ou fótons, mesmo quando as partículas estão separadas por grandes distâncias. Isso significa que a medida de uma das partículas instantaneamente afeta o estado da outra partícula, independentemente da distância entre elas.

O entrelaçamento quântico é resultado da natureza ondulatória das partículas quânticas, que permite que uma partícula exista em vários estados de superposição ao mesmo tempo. Quando duas partículas são entrelaçadas, elas formam um sistema quântico unitário, cujo estado geral é descrito por uma função de onda compartilhada.

O entrelaçamento quântico tem muitas aplicações importantes na ciência e na tecnologia, incluindo a criptografia quântica, onde é usado para criar chaves criptográficas seguras, e a computação quântica, onde é usado para criar processadores quânticos mais rápidos e eficientes do que os computadores clássicos. Além disso, o entrelaçamento quântico é fundamental para a compreensão da natureza da realidade quântica e da relação entre a matéria e a informação.

Conheça alguns teóricos da Física Quântica

A Física Quântica é uma área da física que foi desenvolvida por muitos físicos talentosos ao longo do século XX. Aqui estão alguns dos físicos mais importantes que contribuíram para o desenvolvimento da Física Quântica:

1. Max Planck: Planck é amplamente considerado como o pai da Mecânica Quântica. Ele propôs a ideia de que a energia pode ser quantizada em pequenas quantidades discretas, o que levou ao desenvolvimento da Mecânica Quântica.
2. Albert Einstein: Einstein contribuiu de maneira significativa para a Física Quântica, especialmente em relação ao comportamento de fótons, partículas de luz. Ele desenvolveu a teoria da luz quântica e é conhecido por sua formulação da lei de conversão de massa-energia.
3. Niels Bohr: Bohr é amplamente conhecido por sua teoria do átomo quântico, que descreve o comportamento dos elétrons em volta do núcleo de um átomo. Sua teoria foi fundamental para o entendimento do comportamento de partículas subatômicas.
4. Wolfgang Pauli: Pauli é conhecido por sua teoria da exclusão, que diz que dois elétrons em um átomo não podem ter os mesmos valores para todas as suas propriedades quânticas. Sua teoria foi fundamental para o entendimento da estrutura dos átomos.
5. Erwin Schrödinger: Schrödinger desenvolveu a equação de onda de Schrödinger, que descreve como a função de onda de uma partícula evolui ao longo do tempo. A equação de onda de Schrödinger é uma ferramenta fundamental para descrever o comportamento quântico de partículas subatômicas.

Estes são apenas alguns dos muitos físicos importantes que contribuíram para o desenvolvimento da Física Quântica. Além destes, muitos outros físicos trabalharam na área e continuam a fazê-lo, o que resultou em uma compreensão mais profunda da natureza da matéria e da energia.