October 13, 2020
De parte de Midia Independente
277 puntos de vista


Texto publicado inicialmente no site do PAC.

The Quantum Postulate and the Recent Development of Atomic Theory (O postulado qu√Ęntico e o recente desenvolvimento da teoria at√īmica), tamb√©m chamado Como Lecture[1], √© o artigo publicado pelo f√≠sico Niels Bohr, em 1927, tido como um dos principais na fundamenta√ß√£o da teoria qu√Ęntica. Apesar dos quase 100 anos que datam o texto, a mec√Ęnica qu√Ęntica ainda √© uma √°rea da f√≠sica bastante movedi√ßa e de dif√≠cil compreens√£o (mesmo entre pesquisadores). Mas afinal, a despeito das ofertas de servi√ßos e procedimentos est√©ticos que diariamente utilizam o adjetivo qu√Ęntico como estrat√©gia de valida√ß√£o cient√≠fica e marketing (caso voc√™ queira reprogramar seu DNA usando qu√Ęntica, infelizmente n√£o poderei ajudar) , o que √© a teoria qu√Ęntica e por que ela √© t√£o pol√™mica assim ?

A palavra quantum √© um termo do latim e que tem significado interrogativo ‚Äúquanto?‚ÄĚ. Na f√≠sica, a palavra quanta (o plural em latim de quantum) j√° era utilizada em algumas √°reas, mas por volta de 1900 a palavra ganha outro significado. Quanta, de maneira geral, passa a designar a energia m√≠nima que entidades f√≠sicas podem ter durante um processo de intera√ß√£o. Este processo √© chamado de quantiza√ß√£o. Estas formula√ß√Ķes marcam a funda√ß√£o do que hoje chamamos de mec√Ęnica qu√Ęntica, rompendo drasticamente com a f√≠sica desenvolvida at√© ent√£o – a f√≠sica cl√°ssica (tamb√©m conhecida como newtoniana). Por que ocorre esse rompimento? Uma das principais bases da f√≠sica cl√°ssica √© o que chamamos de causalidade e determinismo que dizem, no geral, que fen√īmenos naturais podem ser descritos em rela√ß√Ķes de causa – efeito e que √© poss√≠vel acompanhar sua evolu√ß√£o temporalmente. Por exemplo, se arremessarmos uma bola de papel podemos observar e acompanhar sua trajet√≥ria e, sabendo suas condi√ß√Ķes iniciais, facilmente calcular onde ela ir√° cair, assim como sua posi√ß√£o e velocidade em cada instante. Na mec√Ęnica qu√Ęntica, al√©m de n√£o ser poss√≠vel observar diretamente os objetos em estudo (el√©trons, n√™utrons, f√≥tons, etc), com o processo de quantiza√ß√£o, quantidades caracter√≠stica da mat√©ria (como energia e momentum) passam a ter valores fixos espec√≠ficos, algo inconceb√≠vel na f√≠sica cl√°ssica.

Discutir a funda√ß√£o e o desenvolvimento da mec√Ęnica qu√Ęntica significa tamb√©m explorar a pol√™mica sobre a caracter√≠stica da luz, ou seja, se seu comportamento √© ondulat√≥rio ou corpuscular. Se olharmos a f√≠sica desenvolvida nos s√©culos XIX e anteriores veremos uma s√©rie de experimentos e desenvolvimentos te√≥ricos que corroboraram as duas hip√≥teses. A f√≠sica newtoniana, por exemplo, √© uma contribui√ß√£o de peso par a hip√≥tese corpuscular, enquanto a teoria de Maxwell para o eletromagnetismo refor√ßa a hip√≥tese ondulat√≥ria. Com o desenvolvimento dos estudos dos gases, dos primeiros microsc√≥pios, etc, uma caracter√≠stica peculiar chamou aten√ß√£o. Se observamos part√≠culas de poeira suspensa no ar podemos perceber que estas desempenham um movimento ‚Äúaleat√≥rio‚ÄĚ, assim como ocorre com diferentes gases. Em 1827, o f√≠sico e bot√Ęnico Robert Brown ao observar gr√£os de p√≥len na √°gua, com o aux√≠lio de um microsc√≥pio, percebeu que estes se movimentavam tamb√©m de ‚Äúforma aleat√≥ria‚ÄĚ (fato que o levou a pensar que se tratava de uma nova forma de vida). O que os dois exemplos possuem em comum? Justamente esse movimento ‚Äúaleat√≥rio‚ÄĚ a que tanto gases como o p√≥len pareciam estar sujeitos. Estas observa√ß√Ķes refor√ßavam a ideia de que a luz (fen√īmeno que em ambos os casos interagia com o objeto em estudo) se comportaria de forma corpuscular e, ao se chocar com mol√©culas de g√°s ou p√≥len, faria com que estes se movessem dessa forma ‚Äúaleat√≥ria‚ÄĚ. Tamb√©m no s√©culo XIX, outro importante experimento feito por Thomas Young contribuiu para refor√ßar a outra hip√≥tese, a ondulat√≥ria. Em um experimento que hoje √© denominado interfer√īmetro de Young, a luz do sol era refletida por um espelho, direcionada de forma a passar por uma pequena fenda e projetada em um anteparo. Ao observar a proje√ß√£o da luz solar no anteparo se observou um padr√£o caracter√≠stico em comportamentos ondulat√≥rios, chamado padr√£o de interfer√™ncia.

Figura 1: padr√£o de interfer√™ncia “claro – escuro” caracter√≠stico em fen√īmenos ondulat√≥rios

                Ou seja, diversos experimentos mostravam que a luz se comportava tanto de forma corpuscular quanto ondulat√≥ria, algo impens√°vel para a f√≠sica da √©poca, pois n√£o havia registro de fen√īmenos naturais que se comportassem como onda e part√≠cula ao mesmo tempo. Voltando para o in√≠cio do s√©culo XX e j√° considerando os primeiros estudos dos fen√īmenos qu√Ęnticos e a verifica√ß√£o da exist√™ncia de part√≠culas at√īmicas, uma vers√£o moderna do experimento de Young foi realizado, hoje conhecido como experimento da dupla fenda. Neste experimento, uma fonte fazia com que a luz passasse por duas fendas inicialmente abertas. Caso a luz fosse de fato corpuscular, um padr√£o como o mostrado na Fig. 2 deveria ser encontrado:

Figura 2: marcas de mais ou menos o tamanho da fenda por onde as partículas passaram deveriam ficar marcadas na chapa

No entanto, o encontrado foi novamente o padrão de ondulatório (como na Fig. 1) e exemplificados nas Fig. 3 e 4 a seguir:

Figura 3: padr√£o “claro – escuro” t√≠pico em fen√īmenos ondulat√≥rios.

Figura 4: luz solar utilizada no experimento da dupla fenda

Por√©m, ao fecharmos uma das fendas neste mesmo experimento algo curioso acontece: o padr√£o ondulat√≥rio desaparece e temos um comportamento corpuscular da luz (Fig. 2). Tal resultado foi um choque no meio f√≠sico, pois nenhuma teoria cl√°ssica podia explicar este resultado da luz se comportando como onda e como part√≠cula, a depender do modelo experimental. No caso da dupla fenda essa ‚Äúestranheza‚ÄĚ foi mais profunda pois o simples ato de fechar a fenda 1 (mantendo inalterada a outra) foi suficiente para mudar o padr√£o do que ocorreria na fenda 2. Experimentos nos mais diversos arranjos foram realizados, no entanto o resultado continuava sendo que a luz possu√≠a comportamento ondulat√≥rio e corpuscular. Problema que foi denominada dualidade onda-part√≠cula. Na √©poca, uma das hip√≥teses levantadas foi que o comportamento da luz poderia ter alguma liga√ß√£o com o arranjo experimental, de forma que era necess√°rio saber qual o formato dele para poder ent√£o dizer se a luz era uma onda ou part√≠cula. Algo que at√© ent√£o completamente inconcili√°vel com a f√≠sica cl√°ssica.

Retornamos ent√£o ao in√≠cio do texto, trazendo de volta o f√≠sico dinamarqu√™s Niels Bohr, que d√©cada de 1920 j√° possu√≠a bastante prest√≠gio internacionalmente. O Institut for Teoretisk Fysik (Copenhague – Dinamarca), fundado em 3 de mar√ßo de 1921 por Bohr e dirigido por ele rapidamente atraiu jovens intelectuais vindos da Europa, EUA e partes da √Āsia. Sob a dire√ß√£o de Bohr, a chamada Escola de Copenhague se tornou praticamente sin√īnimo de sucesso profissional na √°rea de f√≠sica te√≥rica, onde aqueles pertencentes a ela estariam entre os melhores de suas √°reas. Com um grupo de f√≠sicos que contava com nomes como Werner Heisenberg, Max Born, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, L√©on Rosenfeld, entre outros, Bohr e seu c√≠rculo se lan√ßaram na tentativa de n√£o apenas explicar essas estranhezas do mundo qu√Ęntico, mas tamb√©m deixar a marca da Escola de Copenhague na hist√≥ria do conhecimento. Em 1928, Bohr lan√ßa seu marcante artigo The Quantum Postulate and the Recent Development of Atomic Theory, apresentando uma das hip√≥teses mais importantes da teoria qu√Ęntica do modelo padr√£o, a Complementaridade (que ao longo dos anos se tornou uma esp√©cie de lei universal sacrossanta). Nela, Bohr indica a interfer√™ncia do observador (interfer√™ncia do aparelho de medi√ß√£o) como um dos princ√≠pios inviol√°veis em sua teoria. Para o f√≠sico, diferente de como ocorre no mundo cl√°ssico (macro), ao tentarmos medir a posi√ß√£o ou velocidade de uma part√≠cula, essa part√≠cula ganharia ou perderia energia e mudaria de posi√ß√£o, impossibilitando assim que uma boa medi√ß√£o fosse feita. Desta forma, de acordo com o f√≠sico, a √ļnica forma de obter algum tipo de descri√ß√£o do comportamento de uma part√≠cula seria atrav√©s de valores probabil√≠sticos que variam de acordo com o arranjo experimental (utilizando a matem√°tica constru√≠da por Heisenberg). Ou seja, para Bohr tudo que podemos fazer √© dizer que uma part√≠cula x tem 30% de chance de estar no estado y, por exemplo. Como essa part√≠cula foi parar no estado y e o que ocorreu durante esse processo √© imposs√≠vel saber, n√£o faz sentido querer saber. Tais coloca√ß√Ķes podem ser encontradas no pr√≥prio artigo de 1928, eu cito:

De acordo com o postulado qu√Ęntico, qualquer observa√ß√£o com respeito ao comportamento de um el√©tron no √°tomo ser√° acompanhada de uma mudan√ßa no estado do √°tomo. [….] Uma descri√ß√£o da ‚Äú√≥rbita‚ÄĚ do el√©tron no √°tomo com aux√≠lio de observa√ß√Ķes subsequentes √©, portanto, imposs√≠vel. […] (BOHR, 1928, p. 587).

Como tamb√©m no artigo do Heisenberg onde ele lan√ßa seu famoso Princ√≠pio da Incerteza e arquitetura matem√°tica para a teoria qu√Ęntica, publicado em 1927:

Quando algu√©m deseja ser claro sobre o que quer dizer com as palavras ‚Äúposi√ß√£o de um objeto‚ÄĚ, por exemplo do el√©tron, ele deve especificar os experimentos com os quais pretende medir tal posi√ß√£o; do contr√°rio essas palavras n√£o ter√£o significado (HEISENBERG, 1928, p. 64).

Juntas essas ideias formam o que √© chamado de indeterminismo do mundo qu√Ęntico. Em outras palavras, se no mundo cl√°ssico, o nosso mundo, podemos observar e descrever a todo instante um fen√īmeno (seja a olho nu ou usando algum aparelho de medida), no regime qu√Ęntico isto √© imposs√≠vel. Tudo que podemos fazer √© estipular previs√Ķes probabil√≠sticas do que pode acontecer, n√£o havendo motivos para discutir ou analisar o processo, pois na teoria ortodoxa este processo sequer existe. Previs√Ķes em porcentagens, sujeitas a altas e quedas sob as quais n√£o temos controle e que podemos apenas medir seus valores finais faz voc√™ lembrar de algo? Essas formula√ß√Ķes desagradaram diversos f√≠sicos, como Albert Einstein, David Bohm, Erwin Schr√∂dinger, que achavam absurda a ideia de descartar, de forma a priori, a possibilidade de descri√ß√Ķes onde a causalidade e o determinismo sejam relevantes. Inclusive, √© importante dizer que Bohr e seus paladinos eram categ√≥ricos ao afirmar que a √ļnica, repito, a √ļnica forma de descrever o mundo qu√Ęntico √© atrav√©s de suas formula√ß√Ķes, das ideias da famosa Escola de Copenhague (Esp√≠rito de Copenhague – Kopenhagener Geist[2] -, como diziam). Bohr e seu c√≠rculo direcionavam fortes cr√≠ticas e desqualifica√ß√Ķes a n√≠vel pessoal a seus ‚Äúopositores‚ÄĚ, caracterizando suas coloca√ß√Ķes como desnecess√°rias, pois a f√≠sica de Copenhague estava completa e funcionava experimentalmente. Mesmo assim, o in√≠cio da d√©cada de 1930 marca o in√≠cio da hegemonia de Copenhague ou, para melhor dizer, da Monocracia de Copenhague. De umas das teorias qu√Ęnticas em desenvolvimento, a constru√≠da por Bohr e seu c√≠rculo (que n√£o era homog√™nea internamente, haviam discord√Ęncias e at√© enormes contradi√ß√Ķes nas formula√ß√Ķes de seus integrantes) se tornou a √ļnica ‚Äúoficial‚ÄĚ autorizada e aceit√°vel.

Por fim, √© importante ressaltar que durante o processo de consolida√ß√£o da Monocracia de Copenhague, teorias alternativas que eram consistentes em sua l√≥gica, hip√≥teses f√≠sicas e chegavam nos mesmos resultados da ortodoxa, sem apelar para suas ‚Äúimpossibilidades‚ÄĚ, foram constru√≠das. A consolida√ß√£o da teoria de Copenhague envolveu muita jogada pol√≠tica, movimenta√ß√Ķes institucionais e estrat√©gias de propaganda em massa (at√© hoje maioria dos livros, document√°rios, canais de divulga√ß√£o cient√≠fica, etc., apresentam a teoria qu√Ęntica ortodoxa sem apresentar suas contradi√ß√Ķes internas e como √ļnica existente). Como assim? Quer dizer que teorias, numa √°rea das ci√™ncias ‚Äúexatas‚ÄĚ t√£o ‚Äúdura‚ÄĚ como a f√≠sica, foram aceitas como corretas e inviol√°veis mesmo havendo conflitos internos? Como isso ocorreu? Onde fica a racionalidade e exatid√£o do m√©todo cient√≠fico? Por que isso n√£o √© dito nos livros e recursos multim√≠dias? Quer dizer que mesmo uma √°rea como a mec√Ęnica qu√Ęntica n√£o √© t√£o neutra assim, como defendem seus paladinos? Como, onde e por que s√£o justamente os principais questionamentos que a teoria ortodoxa ainda recusa responder, odeia que sejam sequer pronunciados. Por isso a urg√™ncia de um pensamento plural, libert√°rio e cr√≠tico. Um pensamento que n√£o tenha medo de explorar a criatividade humana, que n√£o se acorrente nos ditos ‚Äúlimites da sociedade e conhecimento‚ÄĚ e pregue a inexist√™ncia do outro. Trazer √† tona o como, onde e por que √© fundamental, mas esse √© um papo que ficar√° para uma outra hora.

Rafael Velloso √© f√≠sico e mestrando em filosofia. √Č um dos fundadores e editores do Portal Aut√īnomo de Ci√™ncias.

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‚ÜĎ[1]Devido a apresenta√ß√£o do artigo nos Atti del Congresso Internazionale dei Fisici (Anais do Congresso Internacional de F√≠sica), em Como – It√°lia, em setembro de 1927.

‚ÜĎ[2] A palavra Geist tem seu significado diferente de esp√≠rito no portugu√™s. Enquanto em nossa l√≠ngua esp√≠rito possui significado m√≠stico, no alem√£o quer dizer algo como a cultura ou conjunto de ideias de determinada √©poca ou lugar.




Fuente: Midiaindependente.org