Física Quântica – Aula 01 – Breve História da Física Quântica

[Música] é bom [Música] o lanús vamos começar essa disciplina contando uma história bem cursa da teoria quântica vamos cobrir um período de 50 anos apenas desde 1900 quando em fase pra até o ano de 1932 é claro que o que a gente escolhe para dar destaque numa história é uma coisa muito pessoal de forma que eu escolhi alguns pontos que eu considero relevantes em relação ao desenvolvimento dos conceitos das idéias e das teorias quânticas que temos duas teorias quânticas lá muito bem então vamos a essa curta ou breve história da física quântica na quando uma

teoria não dá conta de explicar tudo você precisa de uma nova teoria o que aconteceu com a teoria clássica ou com uma física clássica porque sabemos de muitos fenômenos que a teoria clássica não dá conta de explicar muitas o magnetismo da matéria a tabela periódica no entanto na virada do século 19 para o século 21 eu gostaria de destacar nesse período algumas questões que a física clássica não dava conta de explicar então vamos começar pelo efeito fotoelétrico é um efeito curioso de acordo com o que eu tenho aqui nessa segunda né nós eliminamos uma placa

metálica e o resultado aqui nós conseguimos arrancar elétrons fazendo incidir luz na luz na região do violeta o fato é que ao incidir luz numa placa sign elétrons emissão de elétrons esse efeito não era possível explicar com uma física clássica nós vamos depois é comentar isso uma aula inteira inclusive para falar sobre isso um outro problema que a física clássica não conseguia explicar né é isto seja um espectro discreto do átomo de hidrogênio por exemplo na usuário no átomo de hélio na isso a física clássica não conseguia física clássica ela na verdade prevê um espectro

contínuo porque o elétron orbitando em torno de um átomo vai emitir radiação e não há nenhuma razão para essa radiação exibir esse espectro na que o espectro discreto e espectro discretos sabemos hoje levar as grandezas físicas mas o espectro discreto do átomo de hidrogênio a esse representavam um grande problema que a física clássica não conseguia explicar isso de forma moderna e aí temos mais um outro problema não é interessante claro acontece no dia a dia você aquece um objeto no que você gostaria de saber qual é intensidade na pacata freqüência da radiação emitida e não

havia uma boa teoria não existe uma boa teoria clássica para explicar isso o objeto aquecido pode ser você mesmo você a temperatura por exemplo de 27 graus na 300 graus kelvin mesmo nessa temperatura você emite é na verdade a partir daí que a gente lança mão dessa idéia nada a visão noturna que captam a radiação é medida por você mas a teoria clássica não conseguia explicar o espectro da radiação emitida em que frequência por exemplo um objeto que se de emitir com a máxima intensidade a famosa lei divina ou essa lei aqui na intensidade quando

eu levo em conta todas as frequências omo sobre todas as freqüências depende da temperatura com a quarta potência da temperatura do corpo aquecido isso aqui vale para o sol por exemplo então questões ou problemas para as quais a física clássica não conseguia dar a resposta era basicamente esse tipo de comportamento aqui né a intensidade como função do câmbio médio anda ou da frequência de um corpo aquecido pra várias temperaturas a curva realmente é diferente ea física clássica não conseguia e não consegue não podemos não conseguir não consegue explicar não é basicamente explicar acordo os objetos

quando estão aquecidos a uma outra questão e aí essa é muito interessante né é que na física clássica o ato é instável a matéria instalar roda mas nós estamos aqui portanto a matéria estava na realidade o átomo na teoria clássica duraria coisa de um segundo apenas a esse é um grande programa para a teoria clássica é explicar porque nós vivemos tantos anos ou veja os átomos existem há 13,7 bilhões de anos aproximadamente um pouco menos do que isso mas a teoria clássica não conseguia explicar isto é um ultraje ford foi quem na verdade estabelece um

modelo do átomo mas de novo esse ato não seria estava na teoria clássica e desapareceria no martim moniz esse é um grande problema ele vai emitindo radiação emitindo emitindo até cair no núcleo duraria pouco a isso a teoria clássica não consegue explicar é um errado isso é absolutamente fundamental lá muito bem a teoria clássica começou no ano de 1900 quando planto max planck deu origem a teoria quântica como para explicar a radiação do corpo negro vamos simplificar corpo negro é um corpo aquecido há uma certa temperatura e planck fez uma hipótese e que na verdade

não havia uma base para ela mas eles descobriu que aquilo dava certo ponto final e dava mesmo certo e dá certo depois que entendi melhor dar certo isso pra explicar a radiação do corpo negro e ele propôs a gente vai estudar isso com calma na verdade é que a energia naquela época chamavam de um conjunto de osciladores harmônicos vamos explicar isso depois a esses os jogadores só poderiam ter energias dadas por ele um número inteiro ele pode ser serpa 123456 é assim por diante de forma que essas energias eram energias quants a sair o nome

quanto uma quantidade elementar de alguma coisa de forma que a gases ne seria o quanto de energia desses osciladores né ele propôs isso isso foi suficiente em que vai estudar isso com calma uma hora pra isso é um fato é que com essa hipótese da teoria quântica onde ele propõe que uma grande usar a energia de um oscilador amônio é quantização no sentido mais simples da palavra n n o número inteiro vezes o quanto daquela grandeza o conteúdo é dada a grandeza ea a ganir né a garrafa uma constante que planta introduziu na teoria dele

porque na verdade depende tudo depende dessa constante h junto vivido por max planck a gente sabe que ela hoje é igual a 6,67 vez 10 a menos - 34 aqui tem um problema em relação a esse número né mas o fato é que deu origem na a a teoria quântica fazendo essa hipótese de forma que tudo dependia dessa constante a gente vai ver isso depois esse foi o nascimento da teoria quanto a assistente de a outra contribuição para a teoria quântica e até mesmo para explicar o que o pânico havia feito em 1905 a einstein

ganhou o prêmio nobel por esse trabalho na verdade a esteem foi quem iniciou o que nós chamamos hoje de segunda quantização e planck também não é a primeira atualização não é mecânica quântica muito bem a proposta de reais tem pra explicar para explicar o efeito fotoelétrico é que a luz deveria ser composta por diminutas partículas depois denominadas fótons seriam partículas de acordo com a própria teoria de einstein de massa 0 de forma que em 1905 einstein deu uma contribuição absolutamente fantástica para a teoria quântica mas a teoria quântica da radiação a radiação agora seria composta

por partículas diminutas de massa 0 tidos como foto cada fóton um destes aqui eles têm uma energia na de radiação eletromagnética têm freqüência e então ela seria composta por fótons cuja energia é dada por essa expressão que a proposta de oe instem para explicar o efeito fotoelétrico a gente vai estudar também o efeito fotoelétrico o fato é que agora a esteem propôs uma natureza corpúsculo lar para a radiação para a luz para as ondas eletromagnéticas de uma maneira geral informa que aliás só em 1905 já aprendemos que a luz que as ondas eletromagnéticas exibir e

comportamento do all ou a natureza do ao da radiação e isso é fundamental porque ela requer uma teoria quântica que a teoria quântica de campos neto é pra explicar esses comportamentos vejo que foi descoberto no início na verdade nós aprendemos é como formular esse tipo de teoria quântica para descrever natureza do ao da radiação algum tempo depois ela veio depois da mecânica quântica o fato é que esse essa proposta de ainstein na ela foi revolucionária porque ele introduziu o conceito de natureza do ao da radiação para explicar o efeito fotoelétrico alguns anos depois contam ele

trará explicar o que nós chamamos hoje de efeito como vamos depois explicar isso ele sugeriu que esse efeito poderia ser explicado mediante e colisões isso parecendo colisões de bola de bilhar né sim mas era a colisão entre um fato que pode acontecer articula na verdade para explicar o efeito fotoelétrico a gente já havia também lançado mão dessa idéia de forma que hoje nós sabemos né o os fótons essas partículas elas experimentam colisões a colisões como se for realmente duas bolinhas de bilhar e se praticamente com ao explicar esse fenômeno ele deu mais uma razão para

a está hoje nós sabemos que isto é absolutamente verdadeiro com isso nós encerramos a discussão sobre a descoberta da dualidade onda partícula essa é a primeira parte da história que praticamente poderia se encerrar em 1905 ou com o trabalho de conta uns vinte anos depois na mesma maneira assim o é descobrimos a dualidade onda partícula logo no início dos anos de chumbo do século 20 no início do século 20 agora isso que demorou mais tempo já que demorou mais tempo a dualidade onda partícula mas agora levando em conta a a matéria falei até a hora

da dualidade onda partícula na a teoria quântica que depois foi desenvolvida para descrever dualidade onde as partículas da radiação agora não vou falar da dualidade onda partículas até esta demorou mais muito bem vamos começar pelo ano de 1913 com nilson borges ele acabou ganhando o prêmio nobel também por isso mas ele deu grandes contribuições à teoria quântica news boy ele fez algumas hipóteses que vamos discutir com calma depois né mas ele realmente tinha algumas regras que ele chamava e regras de quantização uma delas a essa na componente z do momento angular é igual a r

voltou de novo aquela idéia na dn vezes h sobre do isp conhecido como hh cortá lo e com isso news bola também fazendo uma hipótese na sobre as órbitas na de elétrons em torno de átomos no caso estava mais preocupado com mato de hidrogênio na gente vai estudar isso realmente ao longo de uma aula mas essa foi uma grande contribuição em 1913 pra explicar o espectro discreto do átomo de hidrogênio ora esse na visão de boston onde os elétrons fugiram num primeiro modelo em torno do átomo em órbita circular isso né então que em quando

um átomo faz uma transição de um nível de energia mais alta para um nível de energia mais baixa e limite iria o fato a isto foto um lado descoberto lá porém sem e com isso ele conseguiu explicar o espectro discreto do átomo de hidrogênio fazendo hipóteses relativamente simples vamos a esse ponto depois né agora eu queria chamar a atenção aqui pra um trabalho que também todos os trabalhos ganharão prêmio é nova então não vou mais falar de pressionado para os filhos ganharam esse indivíduo de nome de blog é um físico francês na tese dele de

1923 ele teve uma brilhante idéia de dizer o seguinte se a radiação tem uma natureza corpúsculo lar o elétron ft também uma natureza ondulatória apoia a ideia é associar o momento de um elétron de uma partícula um comprimento de onda que é uma característica ondulatória está fazendo então uma espécie de mistura entre o comportamento de partícula p momento e onda freqüência é igual a e sobre h então eu associo uma grandeza corpúsculo lar como energia momento há uma grandeza um donatário em comprimento de onda e freqüência idéia de de blob pronto ele estava coberto de

razão porque com isso ele introduz a idéia de igualidade um da partícula mas agora pensando nas partículas nos corpúsculos na como nós diríamos hoje né e não é que houve uma comprovação experimental várias comprovações experimentais da natureza um dólar torna a da matéria sim nós estamos falando aqui de experiências por exemplo de davis em guerra eles fizeram várias experiências e comprovaram que de fato o elétron exibe fenômenos típicos de fenômenos ondulatórios a saber quando nós estamos aqui analisando na é a questão do que nós chamamos de difração os elétrons exibe fenômenos de difração passam por

máximos dependendo do ângulo a e por mínimos máximos e mínimos de forma que este indivíduo em 1927 ele público o primeiro trabalho com o trabalho também revolucionário todos eles ganharam o prêmio nobel praticamente eles acabaram comprovando que a idéia e citaram outra ajude de brooklyn que essa idéia realmente fazia todo o sentido porque em determinadas experiências ou sob determinadas circunstâncias veja bem os elétrons exibem o fenômeno da inflação que é típico do comportamento um dos relatórios esta sim foi uma experiência importantíssima agora já tínhamos praticamente uma certa garantia na de que de fato corpúsculos como

elétrons exibiu na natureza um do vitória também e eis que vem rais é mary sugere o seguinte se tudo acontece em relação à matéria como acontece em relação às ondas logo deve haver uma limitação experimental a gente não pode determinar o momento de uma grandeza e à posição do elétron e o seu momento simultaneamente que se é típico de comportamento do relatório vamos dá uma aula sobre isto aqui é muito bem de forma que este já foi também um outro avanço e esse mesmo raiva never werner heisenberg ele deu início a uma nova teoria a

teoria quântica é claro que no primeiro momento isso não ficou muito claro mas depois dos avanços nos trabalhos e max born e de jasão isso ficou bem claro a preocupação de raios ainda era digamos uma nova proposta envolvendo a criação que coisa curiosa envolvendo a cinemática envolvendo a cinemática posição no momento porque na teoria e anotou o nome ana essas variáveis cinemática na então ele propunha uma nova cinemática onde eu não represento uma grandeza clássica como a posição de uma partícula é o momento dela como números não ele propõe como se fora operadores há na

verdade matrizes atriz ea preocupação deles num primeiro momento era apenas a contratação com a concretização do oscilador harmônico e devolveu entanto no formalismo para o oscilador harmónio com la hora franga foi quem obteve ainda antes dos anos 30 praticamente ao mesmo tempo não é daqueles desenvolvimentos são de ondas da matéria a equação de fred vamos utilizar muito equação de janeiro que é um dos elementos importantes mas não é o elemento mais importante da teoria quântica mas é um elemento importante para uma função na conhecida como função de onda de forma que ele escreveu a equação

de ondas de matéria é claro ganhou o prêmio nobel merecedor mas as coisas foram evoluindo ea partir da descoberta da enzima do desdobramento de nível de energia quando o átomo se encontra sobre o efeito de um campo magnético externo não tenho aqui essas figuras para ilustrar isso isso aqui é assim o campo magnético isso é com o campo magnético sem o campo magnético isso aqui é com o campo magnético passamos a suspeitar que as partículas seriam dotadas de um novo atributo início não foi bem assim que eles pensavam não é quem realmente propôs o isp

estava de fato pensando eu estava de fato pensando no elétrico algo que gira mas a gente sabe que isso não é verdade spin é na verdade um atributo das partículas elementares e isso é muito importante e foi muito importante sempre né a questão do spin das partículas em pouco anos de 1930 um experimento famoso de stern revela que praticamente comprovou experimentalmente na a existência dos pin das partículas se tenha que um feixe de partículas passando por uma região na qual o campo magnético não é um campo magnético uniforme e isso faz com que esse feixe

se divida em dois um aqui e outro atingindo esse é outro ponto e é fácil explicar levando em conta a interação do spin com o campo magnético dessa região mas isso a gente vai também e explicar um pouco depois um outro grande desenvolvimento para teve a quantia importantíssima foi devido dirá que ajudou muito no desenvolvimento da teoria quântica vamos ter tempo para falar sobre isso dirá que escreveu uma equação relativística levando em conta também a teoria da relatividade muito bem essa equação marcou um tento famoso fantástico porque a interpretação da solução dessas equações ou da

equação de didira levou dica concluir que uma das soluções da equação dele escreviam partículas de carga elétrica ao postar a do elétron que chamamos hoje de pósitrons não demorou muito né e descobriram o pósitron em 1932 e chegamos praticamente a aos desenvolvimentos mais importantes nos primórdios poderíamos encerrar a história aqui mas devemos continuar porque afinal de contas ainda faltava o movimento da segunda quantização a teoria quântica para descrever por exemplo a interação de elétrons utilizando a ideia de que fótons seriam partículas intermediárias dessas interações né e essa teoria ela foi na verdade desenvolvida lá pelos

anos 50 essa teoria é a teoria quântica de campos agora voltada para descrever as interações eletromagnéticas essa teoria eletrodinâmica a eletrodinâmica quântica desenvolvida por faymann pode tomar a vaga por ruir mas muitas pessoas dais são muitos cientistas deram grandes contribuições à teoria quântica de campo e que é a teoria que na verdade leva em conta a natureza granular da matéria e da radiação essa teoria por outro lado é uma teoria quântica que é compatível com uma teoria da relatividade ea única teoria envolvendo campos e que leva em conta os dois princípios na quântico e da

teoria da relatividade a gente deve parar aqui mas sempre lembrando que existem duas teorias quânticas né a teoria quântica de campos associa cada partícula um campo ou um campo eventualmente associada duas partículas mas o fato é que é uma teoria mais fundamental e mais difícil também de se lidar com ela o fato é que tivemos aqui um breve histórico é uma história muito bonita e eu estou com citando os alunos a lerem um pouco mais sobre a história da teoria quântica [Música] o [Música] [Música] [Música] [Música]