Função de Onda...

Como referi no post anterior existem algumas coisas neste mundo que nos passam totalmente ao lado.

Uma dessas coisas é a dualidade onda – partícula de objectos com massa que a mecânica quântica nos trouxe e que ainda é dos maiores mistérios que a física moderna tem de resolver.

A Função de Onda, por sua vez, surge obviamente das equações matemáticas que tentam demonstrar a Interferência Quântica, expressão utilizada pelo Físico Inglês Paul Dirac quando verificou esta extraordinária dualidade numa experiência com fotões, actividade que demonstrou a característica de onda que estas partículas possuem.

Acontece que em 1961 Claus Jönsson, decide utilizar nessa mesma experiência electrões... e verificou que essas partículas também possuem a mesma característica de onda...

E em 1991 foram utilizados átomos... e a Interferência Quântica estava lá...

Mais tarde em 1999 Markus Arndt utiliza um átomo de Carbono 60, um verdadeiro mastodonte atómico, e a dualidade onda – partícula foi verificada.

Ora bem... a experiencia que Dirac utilizou é a da ‘Dupla Fenda’ de Thomas Young que foi e é utilizada para estudo dos comportamentos de ondas e de partículas, quando ‘disparadas’ contra uma 'parede opaca' com duas fendas paralelas, tendo por detrás um ecrã onde se verifica o natureza do 'impacto'.

Penso que todos nós que passamos pela Disciplina de Física e Química do secundário se lembra de utilizar esta experiencia para observar a difracção (Interferência) da luz no ecrã quando se faz passar um feixe de luz pelas duas fendas, verificando assim o seu comportamento de onda.

Quando, nesta experiência, se utilizam projécteis normais, o resultado é este:

Os projécteis, passam pelas fendas e surgem no ecrã mais ao menos conforme passam pelas fendas havendo uma soma coerente de impactos (P12= P1 + P2) quando ambas as fendas estão abertas.

Quando se utilizam ondas, por exemplo, de água, o resultado é este:

Ou seja, as ondas ao passarem pelas fendas interferem umas nas outras criando um padrão de interferência no ecrã (I12). Algo que conseguimos observar na superfície de um lago quando, por exemplo, atiramos duas pedras... as ondas que elas formam na água ao encontrar-se interferem umas nas outras...



Contudo, esta experiência com electrões veio a revelar o seguinte:

Já há algum tempo que se sabia que os electrões tinham algumas características associadas a ondas. Então quando os utilizaram nesta experiência acharam-se alguns resultados invulgares.

Ao contrário das ondas que chegavam ao ecrã com intensidades variáveis, quando apenas uma das fendas estava aberta, os electrões, na mesma circunstância, criavam impactos mesuráveis individuais, como se de uma pedra atirada se tratassem - tinham características de projecteis.

Contudo, apesar de quando uma das fendas se encontrava fechada o resultado no ecrã ser correspondente ao do disparo de um projéctil, quando as duas fendas se encontravam abertas, verificava-se, pelo contrário, um resultado consistente com a interferência de ondas.

O resultado era estranho...

Estaria-se perante a dualidade quântica onda-partícula? Sem dúvida... mas o que era então um electrão na realidade? Uma partícula ou uma onda?

O resultado de tal busca, não poderia ser mais estonteante.

Após variações várias à experiência, chegou-se à fase de se diminuir então as emissões de electrões contra o alvo até se disparar apenas um electrão contra a parede com ambas as fendas abertas....

Estupidamente e contra todo o senso comum continuou-se a verificar a Interferência de Onda no ecrã?! ... como poderia ser possivel??

Uma partícula de repente interferia com ela própria, como se tivesse passado ao mesmo tempo pelas duas fendas em separado! Mas era impossível tal resultado, o electrão tem massa, é uma partícula, não é divisível, a própria experiência o revelava até aqui devido aos primeiros resultados. O que estava a acontecer?

A realidade é que as leituras empíricas deste último resultado da experiência mostravam que a partícula esteve em dois lugares ao mesmo tempo... passando pela fenda 1 e pela fenda 2 ao mesmo tempo e interferindo consigo própria.

Sabendo-se que os electrões são indivisíveis, isto tornou-se num dos maiores mistérios da física quântica..

Na experiência, passou agora a ser necessária a observação directa do electrão, algo de que falarei mais tarde pois introduz o conceito de 'observador' na história, conceito esse que irá 'atirar mais lenha para a fogueira' deste novo mundo quântico...

Na conclusão destas evidências surge uma reformulada Função de Onda que não é mais que a solução de uma equação (em derivadas parciais) de onda para o 'mundo quântico' - a Equação de Schrödinger. Estas equações e funções e demais 'coisas' matemáticas vêem estabelecer a probabilidade de se determinar as várias posições de uma partícula num determinado momento, colocando assim por equações matemáticas o resultado da experiência acima descrita.

Fiquem apenas, e para já, com a ideia de que as partículas sub-atómicas têm uma Função de Onda associada que determina probabilisticamente todas as localizações dessa mesma partícula num determinado momento.

Aliás, melhor:

Em teoria não existe um limite de massa para a Interferência Quântica.

Ou seja, a toda a matéria existente pode ser aplicada uma Função de Onda... simplesmente torna-se literalmente impossível medir a interferência quântica em objectos muito maiores do que um átomo, pelo menos até agora... o átomo de Carbono 60 terá sido, que eu tenha conhecimento, o maior 'objecto' de que se conseguiu fazer a verificação. - CORRECÇÃO de 04.08.2010 - Descobri agora que afinal já se verificou, através da experiência de dupla fenda, interferência quântica em moléculas de fulereno fluoradas C₆₀F₄₈

_{Em função desta conclusão podemos deduzir então que qualquer 'bocado' de matéria pode, em teoria, estar em vários lugares ao mesmo tempo... será isso? Vamos ver...}

Confusos?? É natural, todos ficam, inclusive os próprios físicos que lidam com isto, por isso mesmo espero não ter metido os pés pelas mãos nesta descrição.

É esta a natureza quântica das coisas...