(Microsoft PowerPoint - TFTQ 6 - Algumas considera\347\365es Hist
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6 - Algumas considerações Históricas Final do séc. XIX Tópicos Fundamentais em Teoria Quântica e Física Contemporânea 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 1/120 23-mar-2010 Modelo Atômico de Rutherford © www.fisica-interessante.com 2/120 Röntgen & Von Laue • coroamento do átomo clássico • propriedades macroscópicas resultantes das interações • átomo material, com propriedades microscópicas 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 3/120 • Em 1895 e 1896 Röntgen elabora pesquisas que evidenciam a emissão de uma radiação diferente que chamam de raio X, von Laue confirma em 1912 estes trabalhos. 23-mar-2010 O Fim da Física © www.fisica-interessante.com 4/120 O Fim da Física • “Agora, não há mais nada novo para ser descoberto pela Física. Tudo o que nos resta são medições cada vez mais precisas.” (Lord Kelvin, matemático, físico e • Os raios catódicos são identificados no final do século XIX por Hottorf, e aperfeiçoados por Goldstein e Crookes • No final do século XIX, parece que a física está acabada para a maioria dos físicos. 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 5/120 presidente da Royal Society Britânica) (em palestra para a British Association for the Advancement of Science em 1900) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 6/120 1 Art Nouveau • artistas descontentes • arte ‘comercial’: Art Nouveau 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com – arquitetura: caixote decorado ‘mecanicamente’ • • • • 7/120 ordens gregas ← estruturas de madeira novos padrões ← aço? Horta: curvas orientais ⇒ Art Nouveau Mecânica Clássica (geométrica) → Mecânica Quântica (ondulatória) ? 23-mar-2010 Hotel Tassel, Horta 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com 8/120 Casa Batló, Gaudí 9/120 23-mar-2010 Art Nouveau 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com 10/120 Art Nouveau 11/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 12/120 2 Pierre e Marie Curie • Pierre e Marie Curie: pesquisa em química sobre as substâncias a que dão o nome de radioativas Séc. XX 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 13/120 23-mar-2010 Radioactividade © www.fisica-interessante.com 14/120 Efeitos biológicos • natural: urânio, tório • artificial: reactores, plutônio, tecnécio 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com • 1. Ionização atômica: radicais livres • 2. Átomos excitados: reacções químicas • 3. Alterações biológicas no núcleo 15/120 23-mar-2010 Aplicações das radiações © www.fisica-interessante.com 16/120 Rutherford & Soddy • imageologia: radiografia, TAC, termografia • terapias: infravermelhos, ultravioletas, raios X, laser • Entre 1900 e 1904, Rutherford e Soddy lançam a hipótese da transmutação dos átomos radioativos, hipótese ousada para a época, que sofreu várias críticas. 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 17/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 18/120 3 Radiação de Corpo Negro • corpo quente emite radiação • a frequência é característica da temperatura (Lei do corpo negro) • hipótese de radiação em pacotes, que denominou, no singular de quantum. • freqüência proporcional à energia contida – infravermelho (calor) – luz visível (rubro) – raios X – raios gama 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com Planck 19/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 20/120 Radiação de Corpos Negros • h: cte. de Planck: 6,63×10-34 J·s • k: cte. de Boltzmann: 1,38×10-23 J/K • 12/1900: “elemento de energia” → quantum • radiação contínua E(ν ) = 2hν 3 1 hν 2 c e kT − 1 Pontilhismo U n = Nε ε = hν 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 21/120 23-mar-2010 Georges Seurat © www.fisica-interessante.com Descontinuidade • estudou Maxwell e Helmholtz buscando colocar a óptica científica a serviço da representação pictórica. • além de querer pintar de acordo com idéias solidamente científicas, ele quis representá-las sobre a tela. • pinta a primeira obra descontínua desde o Renascimento, inaugurando o pontilhismo (divisionismo). • Física: teoria quântica • Biologia: desenvolvimento da genética 23-mar-2010 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 22/120 23/120 © www.fisica-interessante.com 24/120 4 Tarde de Domingo na Ilha de Grande Jatte, Seurat 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 25/120 Detalhe de La Parade, Seurat 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com Espectros de emissão 26/120 Bohr • conhecidos desde 1860 • início da visão quântica • utiliza a teoria quântica de Planck – estados estacionários – órbitas clássicas 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 27/120 Modelo Atômico de Bohr © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com 28/120 Interpretação de Espectros • 1913 • ação quantizada • freqüência proporcional à diferença de energias 23-mar-2010 23-mar-2010 • cte. de Rydberg: 1,097×107 m-1 • raio de Bohr: 5,292×10-11 m 29/120 23-mar-2010 h 2π me4 1 ⇒E=− 8ε 0 h2 n2 1 1 1 = R 2 − 2 λ n1 n2 L=n © www.fisica-interessante.com 30/120 5 Interpretação de Espectros • deu sólida base experimental à elaboração da mecânica quântica • estudou as variações progressivas das propriedades químicas dos elementos • racionaliza dados espectroscópicos • passo decisivo no conhecimento do átomo • comparável à introdução do sistema de Copérnico 23-mar-2010 Modelo Atômico de Bohr © www.fisica-interessante.com 31/120 23-mar-2010 Einstein • 1905 - publica a TR sob o título de “sobre a Termodinâmica dos corpos em movimento” • 1916 - enuncia a Teoria da Relatividade Geral • 1921 - Prêmio Nobel de Física por seus estudos sobre o efeito fotoelétrico © www.fisica-interessante.com 33/120 23-mar-2010 Efeito Fotoelétrico • probl. da intensidade • probl. da freqüência • 03/1905: radiação quantizada • Teoria corpuscular da luz • Planck (1913): Einstein “perdeu o rumo nas suas especulações” 32/120 Einstein • Aos 3 anos é considerado retardado pelo pai • Aos 23 anos começa a elaborar a Teoria da Relatividade (Restrita) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com 34/120 de Broglie E = hν E = Ec + mc2 E 2 = ( pc) 2 + (mc2 ) 2 ⇒ p=h λ E = hν = φ + eV0 • raciocinou por analogia: existem cargas positivas e negativas, frio e o calor, etc. • o universo observável é composto inteiramente de matéria e energia (luz, raios cósmicos, etc.). • previu o comprimento de onda de uma radiação associada a um elétron ⇒ V0 = (h e)ν − φ e 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 35/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 36/120 6 Princípio da Complementaridade Dualismo Partícula-Onda • Einstein, de Broglie & Schrödinger • energia quantizada: partícula • momento linear como função do comprimento de onda: onda • de Broglie (1923): extensão à matéria • difração de elétrons (1927) 23-mar-2010 h λ= p © www.fisica-interessante.com 37/120 • Bohr (1928): partícula e onda: aspectos complementares mas não simultâneos • Davies: “não tente visualizar uma ondapartícula!” 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 38/120 Incompreensibilidade • “Durante a história da humanidade, nenhum estilo foi completamente incompreensível para o público como a arte que se produziu a partir do início do século XX. Em certa medida, o aparecimento de uma arte impenetrável tem uma ligação com o surgimento de uma ciência que também desnorteou o público das suas noções básicas da realidade.” Surrealismo (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 39/120 23-mar-2010 • • • • Surrealismo: prega o sonho, a negação da consciência, o abandono da razão sobre o ato criativo Física Clássica: ancorada em equações matemáticas Física Moderna: parece necessitar a negação da consciência do mundo trouxeram uma forma nova de ver e interpretar a Natureza aproxima-se da noção de complementaridade: vida e morte, real e imaginário, passado e futuro, o comunicável e o incomunicável, a altura e a profundidade (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 40/120 O império das luzes, de Magritte Surrealismo • © www.fisica-interessante.com 41/120 • “A paisagem leva-nos a pensar na noite, o céu no dia. Na minha opinião, esta simultaneidade de dia e noite tem o poder de surpreender e de encantar. Chamo a este poder poesia.” (Magritte) • Só percebemos a noite porque existe o dia. Noite e dia são noções que não existem isoladamente. Podemos dizer que, mais do que opostos, noite e dia são conceitos complementares. (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 42/120 7 Incompreensibilidade Realidade • “Tanto o átomo quanto o instrumento de medida são incompreensíveis. Não podemos compreender o mundo quântico porque este é estranho ao entendimento humano. A pintura surrealista também é, por vezes, incompreensível a partir de uma racionalidade clássica, ou melhor, de uma consciência realista. É necessário buscar uma suprarealidade.” • “A interpretação de Copenhague nos diz que não podemos falar do real, mas apenas das representações que fazemos dele. Além disso, afirma que devemos abandonar as imagens e as linguagens clássicas se quisermos compreender os fenômenos atômicos. Só a matemática nos dá acesso a esses fenômenos. Novamente, Magritte nos ajuda a entender o que a interpretação de Copenhague fala sobre a realidade.” (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) (Herbert, A realidade quântica) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 43/120 Efeito Compton 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com Princípio de Incerteza • Compton (1923): dois picos: λ e λ’ • fóton perde energia na colisão com elétron livre ⇒ λ’< λ • colisão com elétron não livre: elástica ⇒ λ • colisão c/ conservação de momento e de energia • extensão do modelo dualístico ao raio-X • Heisenberg (1927) • não se pode saber ao mesmo tempo onde está e com qual velocidade 23-mar-2010 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 44/120 45/120 ⇒ abandonar a “falácia da bolinha” ∆x ⋅ ∆px ≈ h ∆E ⋅ ∆t ≈ h ∆x = L 2h ∆p = 2 p = 2L ∆x ⋅ ∆p ≈ h © www.fisica-interessante.com 46/120 Schrödinger • físico austríaco • 1933: deixou Alemanha devido ao Nazismo • 1933: em Oxford mas com problemas por ser adúltero, bem como sua mulher, com seu amigo Weyl • 1934: não conseguiu Princeton nem Edimburgo por causa do seu relacionamento • 1936: conseguiu posição em Graz • 1938: Hitler invade Áustria, foge p/ Itália • 1940: convidado para estabelecer o Instituto de Estudos Avançados em Dublin • mantém casos escandalosos com estudantes Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 47/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 48/120 8 Experiência de Young para elétrons Schrödinger • 1944: publica O que é a vida?, discussão sobre a Neguentropia e sobre uma molécula complexa que contém o código genético que inspira Watson e Crick a pesquisar o ‘gene’ e acabar descobrindo a molécula de DNA • sempre teve interessa na filosofia Vedanta do Hinduísmo, inspirando especulações sobre a possibilidade de que a consciência individual seja apenas a manifestação de uma consciência unitária que pervade o Universo 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 49/120 23-mar-2010 Experiência de Young para elétrons © www.fisica-interessante.com 50/120 Função de onda • na Mecânica Clássica, um sistema é completamente descrito pela posição e velocidade de todas as partículas. Sua evolução é determinista. • P1 = |ψ1(z)|2 • P2 = |ψ2(z)|2 • P1,2 = |ψ1(z)+ψ2(z)|2 = |ψ1(z)|2 + |ψ2(z)|2 + 2|ψ1(z)ψ2(z)| ≠ |ψ1(z)|2 + |ψ2(z)|2 • |ψ1(z)ψ2(z)| : termo de interferência • na Mecânica Quântica, a descrição do sistema termina ao nível da função de onda. Sua evolução é probabilista. • ψ1(z), ψ2(z) : funções de onda 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 51/120 23-mar-2010 Função de onda © www.fisica-interessante.com 52/120 Função de onda • função complexa das coordenadas • Onda plana: • ψ1(x,t) = Aei(kx-ωt) ∂ψ( x, t ) ∂Aei( kx −ωt ) = ∂t ∂t = −iωAei( kx −ωt ) = −iωψ( x, t ) ∂ 2 ψ( x, t ) ∂ 2 Aei(kx −ωt ) = ∂x 2 ∂x 2 = −k 2 Aei( kx −ωt ) = −k 2 ψ( x, t ) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 53/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 54/120 9 Equação de Schrödinger Função de onda • Born (1926): interpretação probabilística • Schrödinger: • obteve a ‘equação de movimento’ quântica • descreve a evolução da ‘função de onda’ da partícula • embora seja chamada de ‘equação de onda’, é, na verdade, uma equação de difusão 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 55/120 – eΨΨ*: densidade de carga – Ψ: no espaço de configurações 23-mar-2010 Orbitais atômicos © www.fisica-interessante.com 56/120 Schrödinger • 1922: publica artigo "Quantisierung als Eigenwertproblem“ na Annalen der Physik, contendo sua equação, que dava os níveis de energia corretos para o átomo de Hidrogênio 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 57/120 Irrealidade • 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 58/120 Princípio da Correspondência “Os físicos estão se acostumando, pouco a pouco, a considerar as órbitas eletrônicas etc., não como realidade e sim como uma espécie de ‘potência’. A linguagem terminará se acostumando, ao menos até certo ponto, a esta situação real. Mas não é uma linguagem precisa com que se possa empregar os modelos lógicos normais, é uma linguagem que produz imagens em nossa mente, porém junto com elas provoca também a sensação de que as imagens só têm uma vaga relação com a realidade, que representam somente uma tendência até a realidade.” • “As equações da Física Quântica reduzem-se às leis clássicas, nas condições em que há concordância entre essas leis clássicas e a experiência.” (Bohr & Heisenberg) Heisenberg 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 59/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 60/120 10 Equação de Dirac • 1928: quântica + relatividade = Equação de Dirac Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984 ) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 61/120 23-mar-2010 Dirac • 1930: publica Principles of Quantum Mechanics, livro-texto até hoje • inclui a notação braket ⇒ pósitron (1932) ⇒ antimatéria © www.fisica-interessante.com 62/120 Dirac • soluções quadridimensionais • 2 para os estados do elétron • e as outras 2? 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 63/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 64/120 Dirac • 1930: eleito para Royal Society • 1933: Prêmio Nobel com Schrödinger 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com Abstracionismo 65/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 66/120 11 Desmaterialização White, Kandinsky • “Kupka, Kandinsky e Malévich foram motivados pela completa desmaterialização descrita pela nova física (Miller, 2001). Hoje, a natureza não é mais apenas o que vemos diretamente, pois a ciência criou novas possibilidades de pensarmos o mundo ao nosso redor. A essência dos objetos pode estar fora da aparência visual. A arte abstrata e a ciência do século XX parecem nos dizer isso.” (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 67/120 23-mar-2010 Composição, Mondrian © www.fisica-interessante.com 68/120 Indeterminação • “A obra de Salvador Dalí também nos permite análises próximas da mecânica quântica, particularmente em relação ao princípio da indeterminação. Em vários quadros, Dalí pinta uma figura composta de diversas outras, de tal maneira que não podemos apreciar todas detalhadamente. Se optarmos por algum aspecto, perderemos outro e viceversa. Exemplos disto podem ser vistos em Espanha (1938) e Mercado de escravos com o Busto de Voltaire (1940). No primeiro quadro, a visão da mulher nos faz perder os detalhes das batalhas que são travadas em seu interior. Já no segundo, o busto de Voltaire é formado por diversas outras figuras. Como em Espanha, não é possível visualizar com a mesma riqueza de detalhes todo o quadro. Utilizando a linguagem da mecânica quântica, podemos dizer que existe uma indeterminação intrínseca ao quadro.” (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 69/120 © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com 70/120 Mercado de Escravos com Aparição do Busto Invisível de Voltaire, Dali Espanha, Dali 23-mar-2010 23-mar-2010 71/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 72/120 12 Duchamp Duchamp • “O quadro Nu descendo a escada é uma resposta ao Cubismo sob a influência da descoberta dos raios X, em 1895. Duchamp busca a realidade invisível, onde o nu não está apenas despido de suas roupas, mas está, também, descarnado. Vários outros quadros da série Nus, todos de 1912, foram feitos sob forte influência da ciência contemporânea sobre Duchamp, em particular pesquisas relacionadas com elétrons e eletricidade.” • “Shearer e Gould (1997) afirmam que ele era um discípulo de Poincaré e entendia as geometrias nãoeuclidianas. Segundo Shearer, essa obra influenciou Lionel e Roger Penrose em um trabalho de 1958, onde eles anunciaram a descoberta de figuras impossíveis. Esse seria um exemplo no qual trabalho artístico teria influenciado uma descoberta científica. O que é mais típico é que a influência corra em sentido contrário, da ciência para a arte, como está bem documentado na história da arte.” (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 73/120 (REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 74/120 Nu descendo a escada, Duchamp Interpretações 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 75/120 Sucesso 76/120 • Aaron O'Connell (UC /Santa Barbara) & col. • ressoador piezoelétrico (40 µm) • T=20x10-3 K • efeitos quânticos: • bons resultados experimentais: ⇒formalismo ↔ dados experimentais ⇒valor previsto ↔ valor medido © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com Superposição macroscópica • a Mecânica Quântica tem sido descrita como a teoria "mais comprovada e de maior sucesso na história da ciência" (Jackiw and Kleppner, 2000.) 23-mar-2010 23-mar-2010 – amplitude quantizada – superposição de estados vibrante e não-vibrante 77/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 78/120 13 Interpretações Interpretações • no entanto, ainda não há acordo sobre • origem histórica – o que significa a Mecânica Quântica, – o que trata exatamente a Mecânica Quântica 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 79/120 • é não-intuitiva! descrição matemática abstrata medições interferem no estado do sistema processos não determinísticos e irreversíveis entrelaçamento e alta correlação entre eventos não locais complementaridade de descrições alternativas da realidade 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com 80/120 Descrição matemática abstrata Dificuldades • • • • • 23-mar-2010 81/120 • Física Clássica: funções reais em no máximo 3 dimensões • Mecânica Quântica: espaço abstrato de Hilbert (com número arbitrário de dimensões) e seus operadores nãocomutativos sobre o conjunto dos complexos 23-mar-2010 Medições © www.fisica-interessante.com 82/120 Transformações • interferem no estado do sistema • reversíveis: resultado da Equação de Schrödinger • Ex.: experimento de dupla fenda • se se observa o fóton, não há interferência! (como é que ele ‘sabe’?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 83/120 • irreversíveis e não determinísticos: ex.: colapso da função de onda 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 84/120 14 Não-localidade • Complementaridade Ex.: Paradoxo de Einstein-PodolskyRosen: • viola a lógica proposicional do tertium non datur (ou é uma coisa ou outra): 1. singleto de spins (↑↓ + ↓↑) (superposição) 2. mede-se um spin (colapsa a superposição) para um estado qualquer 3. o outro spin fica instantaneamente determinado (mesmo que muito longe) – as descrições de partícula e de onda do objeto quântico são complementares! • Física clássica: ou é partícula ou é onda ⇒ viola localidade 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 85/120 23-mar-2010 Complementaridade © www.fisica-interessante.com 86/120 Visão instrumentalista • se os vetores-ket |↑> e |↓> são projeções do estado do observável O numa certa direção no espaço de Hilbert, • No meu jardim, há uma rosa vermelha. • No meu jardim, há uma rosa branca. • No meu jardim, há só uma rosa. • P↑=<↑|O> e P↓=<↓|O> são números tais que (JUNG) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 87/120 • numa série infinita de experimentos, a proporção de medições do observável O com valor ↑ e medições com valor ↓ é P↑ / P↓ 23-mar-2010 • espaço de • vetores-ket unitários, dependentes do tempo • operadores auto-adjuntos sobre o espaço • operações de medida: transformação de um vetor-ket em uma distribuição de probabilidades de vetores-ket • • • • 23-mar-2010 23-mar-2010 89/120 88/120 Elementos de uma interpretação Elementos do Formalismo © www.fisica-interessante.com © www.fisica-interessante.com estados, transições entre estados, operações de medição, possíveis informações a respeito da extensão espacial destes elementos, • etc. • esses elementos são tratados como realidade física © www.fisica-interessante.com 90/120 15 Elementos da Realidade Teoria Física Completa • quantidades para as quais valores podem ser preditos com certeza, antes de serem medidos ou perturbados de alguma forma • uma Teoria, na qual cada elemento da Realidade física é considerado pela Teoria ∀ r,t; r ∈ R, t ∈ T; r ↔ t (EINSTEIN) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 91/120 23-mar-2010 Interpretação completa © www.fisica-interessante.com 92/120 Determinismo • uma Interpretação, na qual cada elemento da estrutura da interpretação é considerado pelo Formalismo matemático • se o estado num instante de tempo no futuro é uma função do estado no presente: ∀ i,f; i ∈ I, f ∈ F; i ↔ f ϕ(t)=f(ϕ(0)) • Ex.: S(t)=S(0)+v(0)t 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 93/120 23-mar-2010 Determinismo • pode não ser claro se uma interpretação é determinista ou não © www.fisica-interessante.com 94/120 Realismo • propriedade das mudanças de estado com a passagem do tempo 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 95/120 • propriedade dos elementos do formalismo • um elemento matemático do formalismo é real se corresponde a um elemento na estrutura da interpretação • Ex.: em algumas interpretações, o vetor-ket é tido como correspondendo a um elemento da realidade física, enquanto em outras, não 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 96/120 16 Realismo local Não intuitiva • o valor da medição deve corresponder ao valor de alguma função no espaço de estado (é um elemento da realidade) • os efeitos da medição não se devem propagar mais rápido do que alguma barreira universal (a velocidade da luz) • as operações de medição devem ser espacialmente localizadas • Mecânica Quântica: OK 23-mar-2010 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 97/120 • se se exigir localidade, realismo, etc. (razoável) ⇒ contradições Principais Interpretações © www.fisica-interessante.com 98/120 Ondulatória Realista • Ondulatória Realista (Schrödinger) • ‘onda’ de ‘função de onda’ é real • Corpuscular Realista (Landé) • mas a ‘onda’ colapsa à medida que evolui! • Dualista Realista (de Broglie, Bohm) • Dualista Positivista (Bohr) • pior: colapsos são não-locais! • ‘Espiritual’ (Wigner, Goswami) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 99/120 23-mar-2010 Corpuscular Realista © www.fisica-interessante.com Dualista Realista • objeto quântico=partícula+onda piloto (ambos reais) • objeto é, na verdade, partícula (real) • probabilidade vem dos ‘enxames’ de partículas (questão Estatística) • onde as ondas se cancelam, a partícula não pode ir • mas, e os padrões de interferência? • mas, e a não-localidade? • comum nos livros e nos alunos • Bohm incluiu o aparelho de medição 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 100/120 101/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 102/120 17 Dualista Positivista ‘Espiritual’ • somos incapazes de representar a realidade ao nível quântico • é a consciência e não a medição que causa o colapso • não se pode falar sobre a ‘verdadeira natureza’ (ontologia) do objeto, só sobre os resultados das medidas (positivista) • consciência e objeto são entrelaçados • conforme o experimento, pode ser descrito como onda ou como partícula • base para misticismo oriental da ‘unicidade’ 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 103/120 23-mar-2010 Várias interpretações Determinística? Função de onda real? História única? Variáveis ocultas? Funções de onda colapsantes? Observador tem papel? Interpretação de Copenhague Não Não Sim Não N/A N/A Intepretação estatística Não Não Sim Agnóstica Não Não Teoria dos colapsos objetivos Não Sim Sim Não Sim Não Histórias consistentes Agnóstica Agnóstica Não Não Não Interpretacional Lógica quântica Agnóstica Agnóstica Sim Não Não Interpretacional Interpretação de muitos mundos Sim Sim Não Não Não Não Interpretação de muitas mentes Sim Sim Não Não Não Interpretacional Interpretação de Bohm-deBroglie Sim Sim Sim Sim Não Não Interpretação transacional Não Sim Sim Não Sim Não Consciência causa colapso Não Sim Sim Não Sim Sim Mecânica Quântica Relacional Não Sim Agnóstica Não Sim Não Medições incompletas Não Não Sim Não Sim Interpretacional © www.fisica-interessante.com 104/120 Interpretações Interpretação 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 105/120 • posição da maioria dos físicos: "Cale-se e calcule” , (atribuído a Feynman) • i.e.: questões não instrumentais (ontológicas) são irrelevantes para a Física (é coisa de filósofo) • ou seja, o que interessa é que dê bons resultados experimentais (positivista? utilitarista?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 106/120 Importância para o Ensino • cursos excessivamente matemáticos e nãoconceituais Importância para o Ensino • desconhecimento do processo histórico/epistemológico de construção da MQ (teoria completa, acabada) • defesa acrítica da interpretação ortodoxa de Copenhague 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 107/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 108/120 18 Importância para o Ensino • concepções errôneas (deu no Fantástico) arraigadas sobre MQ • Ex.: ‘sempre dual’ • tal como na Relatividade: tudo é relativo • realistas (conservadores) • particulistas (bolinha)(imagética dos livrostexto?) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 109/120 Importância para o Ensino • os alunos desenvolvem suas próprias “interpretações” • diferentes interpretações incompatíveis convivem simultaneamente num mesmo indivíduo (Perfil Conceitual?) • as aparentes contradições da MQ parecem sugerir ao aluno que o ponto acima é OK 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 110/120 Contribuições • “A indústria que tem como finalidade a produção de equipamentos eletrônicos ou seus subprodutos (como os softwares) está na liderança da economia mundial. Hoje, uma fração significativa do Produto Interno Bruto (PIB) dos países avançados está associada a tecnologias baseadas na física quântica. O físico Leon Lederman (vencedor do Nobel de 1988) afirmou que um terço do PIB norteamericano em 2001 era proveniente dessas tecnologias. Conclusão 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 111/120 23-mar-2010 Contribuições • • © www.fisica-interessante.com Conclusão No entanto, a contribuição da mecânica quântica e de seus desdobramento na área da física, não tem contribuído na economia apenas pela criação de objetos. Analistas de grandes centros financeiros usam cotidianamente métodos de simulação que envolve conhecimentos de física e estatística para prever a evolução dos preços de ações e outros ativos financeiros. Os países mais bem sucedidos no campo social e econômico são exatamente aqueles que mais tem estimulado os avanços científicos e as pesquisas de base. Há uma correlação direta entre a rapidez do crescimento econômico e a ação sólida e consistente de governos que estimulam o avanço científico.” • “30% da economia mundial depende dos conhecimentos de Mecânica Quântica. O que você está fazendo aí parado? Vá estudar Quântica!” (fisica.net) (NUNES, 2007) 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 112/120 113/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 114/120 19 Referências • HALLIDAY, RESNICK & WALKER, Fundamentos de Física, vol. 4, cap. 43, 44 e 45 • MORTIMER, Linguagem e formação de conceitos no ensino de Ciências, cap. 3 • PESSOA, Jr., Osvaldo. Conceitos de Física Quântica. • HERBERT, Nick. A realidade quântica: nos confins da nova física. Rio de Janeiro: Francisco Alves, 1989. Referências 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 115/120 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 116/120 Referências Referências • MONTENEGRO, Roberto Luiz; PESSOA, Jr., Osvaldo. Interpretações da Teoria Quântica e as Concepções dos Alunos do Curso de Física. Investigações em Ensino de Ciências, v. 7, n. 2, maio 2002. Disponível em <http://www.if.ufrgs.br/ienci/artigos/Artigo_ID84/ v7_n2_a2002.pdf>. Acesso em 4 abr. 2008 • NUNES, Anderson Lupo. A Física Quântica para Todos. In: Atas do XVII SNEF, São Paulo : SBF, 2007. Disponível em <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xvii /sys/resumos/T0071-1.pdf>. Acesso em 4 abr. 2008 • REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis? História, Ciências, Saúde - Manguinhos, out./2006.Disponível em <http://www.scielo.br/pdf/hcsm/v13s0/04.pdf> 23-mar-2010 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 117/120 Referências © www.fisica-interessante.com 118/120 Referências • JACKIW, R. and KLEPPNER, D., One Hundred Years of Quantum Physics, Science, v. 289 n. 5481, p. 893, ago. 2000. • JAMMER, Max. The Conceptual Development of Quantum Mechanics. Wiley, 1974. • GOMBRICH, E.H. História da Arte. • http://pt.wikipedia.org/wiki/Mecânica_quân tica • http://pt.wikipedia.org/wiki/Interpretações_ da_mecânica_quântica • http://pt.wikipedia.org/wiki/Paradoxo_EPR • http://pt.wikipedia.org/wiki/Computador_qu ântico • http://www.scientificamerican.com/article.c fm?id=quantum-microphone 23-mar-2010 23-mar-2010 © www.fisica-interessante.com 119/120 © www.fisica-interessante.com 120/120 20
