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Mecnica QunticaSelecionado por www.fisica.net

ContedoPginas

Introduo mecnica quntica 1Antiga teoria quntica 5Mecnica quntica 7Efeito fotoeltrico 15Postulados da mecnica quntica 17Albert Einstein 18Constante de Planck 31Dualidade onda-corpsculo 32Efeito tnel 32Entrelaamento quntico 33Equao de Dirac 34Equao de KleinGordon 35Equao de Pauli 36Equao de Schrdinger 37Estado quntico 38Experimento de DavissonGermer 38Experimento de Stern-Gerlach 39Experincia da dupla fenda 41Funo de onda 43Gato de Schrdinger 45Gravitao quntica 50Histrias consistentes 53Integrao funcional 54Interpretao de Bohm 55Interpretao de Copenhaga 59Interpretao de muitos mundos 60Interpretao transacional 69Interpretaes da mecnica quntica 70Lgica quntica 76Mecnica matricial 77Princpio da incerteza de Heisenberg 77Princpio de excluso de Pauli 81Representao de Dirac 84Representao de Heisenberg 87

Representao de Schrdinger 89Sobreposio quntica 91Teorema de Ehrenfest 92Teoria das variveis ocultas 93Teoria de tudo 95Teoria do campo unificado 99

RefernciasFontes e Editores da Pgina 102Fontes, Licenas e Editores da Imagem 104

Licenas das pginasLicena 105

Introduo mecnica quntica 1

Introduo mecnica quntica

Werner Heisenberg e Erwin Schrdinger, criadores da mecnicaquntica.

Mecnica quntica (ou teoria quntica) um ramo dafsica que lida com o comportamento da matria e daenergia na escala de tomos e partculas subatmicas. Amecnica quntica fundamental ao nossoentendimento de todas as foras fundamentais danatureza, exceto a gravidade.

A mecnica quntica a base de diversos ramos dafsica, incluindo eletromagnetismo, fsica de partculas,fsica da matria condensada, e at mesmo partes dacosmologia. A mecnica quntica tambm essencialpara a teoria das ligaes qumicas (e portanto de todaqumica), biologia estrutural, e tecnologias como aeletrnica, tecnologia da informao, e nanotecnologia.Um sculo de experimentos e trabalho na fsicaaplicada provou que a mecnica quntica est correta etem utilidades prticas.

A mecnica quntica comeou no incio do sculo 20,com o trabalho pioneiro de Max Planck e Niels Bohr.Max Born criou o termo "mecnica quntica" em 1924.A comunidade de fsica logo aceitou a mecnica quntica devido a sua grande preciso nas previses empricas,especialmente em sistemas onde a mecnica clssica falha. Um grande sucesso da mecnica quntica em seuprncipio foi a explicao da dualidade onda-partcula, ou seja, como em nveis subatmicos o que os humanosvieram a chamar de partculas subatmicas tm propriedades de ondas e o que era considerado onda tem propriedadecorpuscular. A mecnica quntica tambm pode ser aplicada a uma gama muito maior de situaes do que arelatividade geral, como por exemplo sistemas nos quais a escala atmica ou menor, e aqueles que tm energiasmuito baixas ou muito altas ou sujeitos s menores temperaturas.

Um exemplo elegante

A luz no segue uma trajetria retlnea entre afonte e a tela de deteco.

(Perceba as trs franjas direita.)

O personagem mais elegante do palco quntico o experimento dadupla fenda. Ele demonstra a dualidade onda-partcula, e ressaltadiversas caractersticas da mecnica quntica. Ftons emitidos dealguma fonte como um laser se comportaro diferentementedependendo da quantidade de fendas que esto em seu caminho.Quando apenas uma fenda est presente, a luz observada na telaaparecer como um padro de difrao estreito.

Entretanto, as coisas comeam a ficar estranhas se duas fendas foremintroduzidas no experimento. Com duas fendas presentes, o quechegar em uma tela de deteco remota ser uma superposioquntica de duas ondas. Como a ilustrao mostra, uma onda da fenda

do topo e outra da de baixo tero sobreposio na tela de deteco, e ento elas so superpostas. O mesmo

experimento bsico pode ser feito atirando um eltron em uma fenda dupla. A natureza ondulatria da luz faz com que as ondas luminosas passando por ambas fendas se interfiram, criando um padro de interferncia de faixas claras

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Werner_Heisenberghttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Erwin_Schr%C3%B6dingerhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ficheiro:Quantum_intro_pic-smaller.pnghttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsicahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Mat%C3%A9riahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Energiahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%81tomohttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Part%C3%ADculas_subat%C3%B4micashttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=For%C3%A7as_fundamentaishttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Gravidadehttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Eletromagnetismohttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_de_part%C3%ADculashttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_da_mat%C3%A9ria_condensadahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Cosmologiahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Liga%C3%A7%C3%B5es_qu%C3%ADmicashttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Qu%C3%ADmicahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Biologia_estruturalhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Eletr%C3%B4nicahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Tecnologia_da_informa%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanotecnologiahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Max_Planckhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Niels_Bohrhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Max_Bornhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Emp%C3%ADricohttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Mec%C3%A2nica_cl%C3%A1ssicahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Dualidade_onda-part%C3%ADculahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Part%C3%ADculas_subat%C3%B4micashttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Relatividade_geralhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ficheiro:Young+Fringes.gifhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Experimento_da_dupla_fendahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Experimento_da_dupla_fendahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%B3tonshttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Difra%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Superposi%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%A2nticahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Superposi%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%A2ntica

Introduo mecnica quntica 2

e escuras na tela. Porm, na tela, a luz sempre absorvida em partculas discretas, chamadas ftons.O que ainda mais estranho o que ocorre quando a fonte de luz reduzida ao ponto de somente um fton seremitido por vez. A intuio normal diz que o fton ira atravessar ou uma ou outra fenda como uma partcula, eatingir a tela como partcula. Entretanto, qualquer fton solitrio atravessa ambas fendas como onda, e cria umpadro de onda que interfere consigo mesmo. E ainda mais um nvel de estranheza - o fton ento detectado comopartcula na tela.Onde um fton ou eltron aparecer na tela de deteco depender das probabilidades calculadas ao se adicionar asamplitudes das duas ondas em cada ponto, e elevando essa soma ao quadrado. Conquanto, a localizao de onde umfton, ou um eltron, ir atingir a tela, depender de um processo completamente aleatrio. O resultado final estarde acordo com as probabilidades que podem ser calculadas. Como a natureza consegue realizar essa proeza ummistrio.Os ftons funcionam como se fossem ondas enquanto eles atravessam as fendas. Quando duas fendas estopresentes, a "funo de onda" pertencente a cada fton atravessa cada fenda. As funes de onda so superpostas aolongo de toda tela de deteco, ainda assim na tela, apenas uma partcula, um fton, aparece e sua posio est deacordo com regras de probabilidade estritas. Ento o que os homens interpretam como natureza ondulatria dosftons e como natureza corpuscular dos ftons deve aparecer nos resultados finais.

Viso geral

O inesperadoNo final do sculo 19, a fsica clssica parecia quase completa para alguns, mas essa percepo foi desafiada porachados experimentais que tal fsica no era capaz de explicar. Teorias fsicas que funcionavam bem para situaesna escala humana de espao e tempo falhavam para explicar situaes que eram muito pequenas, muito massivas, ouque se moviam a velocidades muito elevadas. Uma viso do universo que havia sido imposta por observaescomuns estava sendo desafiada por observaes e teorias que previam corretamente onde a mecnica clssica haviadado resultados impossveis. Mas a figura que emergia era a de um universo que se recusava a comportar-se deacordo com o senso comum humano.Nas grandes escalas a teoria da relatividade dizia que o tempo no passa mesma proporo para todosobservadores, que a matria poderia se converter em energia e vice-versa, que dois objetos, se movendo avelocidades maiores que a metade da velocidade da luz, no poderiam se aproximar a uma velocidade que excedesseaquela da luz, que o tempo progride a taxas menores prximo a corpos massivos, etc. As coisas no funcionavam damaneira que as experincias com rguas e relgios aqui na terra haviam levado os humanos a esperar.Nas pequenas, as maravilhas eram ainda mais abundantes. Um fton ou eltron no tm nem uma posio nem umatrajetria entre os pontos onde so emitidos e onde so detectados. Os pontos onde tais partculas podem serdetectadas no so onde algum esperaria que fosse baseado nas experincias cotidianas. Com uma pequenaprobabilidade, o ponto de deteco pode at mesmo ser do outro lado de uma barreira slida. A probabilidade umfator saliente nas interaes nessa escala. A trajetria de qualquer objeto de escala atmica imprecisa no sentido deque qualquer medida que faa a posio de um objeto tornar-se mais precisa reduz a preciso com a qual nspodemos observar sua velocidade e vice-versa.Na era da fsica clssica, Isaac Newton e seus seguidores acreditavam que a luz era constituda por um feixe departculas, e outros acreditavam que a luz co