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Mecânica quântica

Mecânica quântica ou física quântica é um ramo da física que estuda o mundo em escala atômica e subatômica. Desse modo, ela explica sobre átomos, moléculas, elétrons, prótons e outros, assim como a interação que há entre esses. Mas ela ainda é capaz de, em distintos casos, explicar sobre os fenômenos microscópicos.

mecânica quântica
A mecânica quântica é um dos ramos da física

Mesmo que em grande parte dos casos a mecânica quântica seja importante para explicar sistemas microscópicos, os efeitos específicos dela não são apenas notados nessa escala.  Algumas explicações são possíveis somente se for levado em conta que o comportamento microscópico da matéria seria então quântico.

Quântica é uma palavra que vem do latim e possui o significado de quantidade. Já o termo mecânica, que também do latim machanusmus, significa aparelho.

A mecânica quântica recebe tal nome devido a prever um fenômeno muito conhecido dos físicos, que é a quantização. No que tange os estados ligados (a exemplo de um elétron orbitando em volta um núcleo positivo) a mecânica quântica antecipa que a energia (do elétron) precisa então ser quantizada. Este fenômeno é alheio ao que antevê a teoria clássica.

Outros conceitos importantes são a função de onda, que na mecânica quântica se trata de uma função que relata o estado quântico de um sistema quanto a uma ou mais partículas. Há ainda o efeito túnel que é um fenômeno da mecânica quântica onde as partículas conseguem transpor um estado de energia que por natureza é proibido. Há ainda outros conceitos como computação quântica, criptografia quântica e teletransporte quântico.

Se você tem apenas alguns segundos, leia estes pontos chave:
  • A mecânica quântica é essencial para o entendimento da estrutura e o comportamento dos átomos, sendo fundamental na compreensão de como os elétrons orbitam o núcleo, a formação de moléculas e as reações químicas.
  • Essa área da ciência também é crucial para compreender fenômenos relacionados à energia, como a fusão nuclear, que ocorre nas estrelas e é a principal fonte de energia no universo, e a fissão nuclear, que é utilizada para a geração de energia em usinas nucleares.
  • Na tecnologia da informação, os princípios da mecânica quântica foram fundamentais para o desenvolvimento de computadores quânticos, que conseguem efetuar cálculos mais rapidamente que os computadores clássicos em algumas tarefas.
  • Na área da medicina, a mecânica quântica é extremamente importante em técnicas como a ressonância magnética nuclear e a imagem por ressonância magnética, que fornecem imagens detalhadas do interior do corpo humano e auxiliam no diagnóstico de doenças e lesões.

Sobre a importância da mecânica quântica

A mecânica quântica possui uma utilidade que vai além das aplicações cotidianas. A mesma se estende a variadas áreas da ciência e da tecnologia. Sem a mecânica quântica, haveria limitação na compreensão das pessoas sobre o universo e a aptidão de desenvolver tecnologias avançadas.

Um dos pontos mais importantes da mecânica quântica é sua contribuição para o entendimento da estrutura e comportamento dos átomos. Ela permite compreender como os elétrons rodeiam o núcleo, como os átomos são ligados para formar moléculas e como sucedem as reações químicas. Essa compreensão ajuda então em inúmeras áreas, da fabricação de materiais a síntese de novos compostos químicos.

A mecânica quântica ainda é essencial para entender fenômenos pertinentes à energia. Ela fornece informações sobre processos como é o caso da fusão nuclear, que acontece dentro das estrelas e se trata da fonte primária de energia no universo. Ela ainda descreve como ocorre a fissão nuclear, processo essencial nas usinas nucleares em prol da geração de energia.

Outra aplicação da mecânica quântica é na tecnologia da informação.

A compreensão sobre os princípios quânticos ajudou no desenvolvimento de computadores quânticos. Esses computadores são capazes de realizar cálculos em um tempo menor do que os computadores clássicos em determinadas tarefas. Isso teria impactos importantes na solução de problemas complexos, como a quebra de criptografia ou a simulação de sistemas químicos como moléculas, por exemplo.

Mas a mecânica quântica ainda é importante na área da medicina. Ali, ela é especial crucial na ressonância magnética nuclear (RMN) e na imagem por ressonância magnética (IRM). Essas técnicas se fundamentam nos princípios quânticos para proporcionar imagens detalhadas da parte interna do corpo humano, ajudando no diagnóstico de doenças e de lesões.

Importantes contribuições

conceito de mecânica quântica
Einstein foi um dos que contribuíram para a mecânica quântica

O físico alemão Max Planck é considerado como o pai da física quântica. Ele foi uma figura de extrema importância para o desenvolvimento da teoria quântica no começo do século XX.

Planck nasceu no ano de 1858 em Kiel, Alemanha, e passou grande parte de sua carreira pesquisando sobre a termodinâmica e a física teórica. E em 1900 ele realizou uma grande contribuição ao sugerir a ideia dos “quanta” de energia.

O físico formulou a proposição de que a energia não é emitida e nem absorvida de maneira contínua, mas em pequenos pacotes discretos denominados de quanta. Tal ideia se tornou uma solução em prol de explicar fenômenos vistos na emissão de radiação através de corpos aquecidos, chamada de radiação do corpo negro, que a teoria clássica não era capaz de explicar apropriadamente.

A fórmula de Planck, chamada ainda de Lei de Planck, explica a distribuição espectral da radiação emitida através de um corpo negro e se configurou em um marco no desenvolvimento da teoria quântica. Em tal formulação, Planck adicionou a constante de Planck (h), tida como uma constante fundamental na mecânica quântica.

Novos estudos, resultados e contribuições

O trabalho de Planck dava espaço para que outros físicos desenvolvessem a mecânica quântica, como foi o caso de Albert Einstein (junto a Planck, Einstein fora um dos maiores teóricos sobre a mecânica quântica), Werner Heisenberg (que desenvolveu terias ligadas aos raios cósmicos, partículas subatômicas, átomos, etc.), Erwin Schrödinger, Niels Bohr, entre outros nomes.

Esses cientistas ajudaram a construir uma nova estrutura teórica que desafiaria as intuições clássicas e traria uma compreensão totalmente diferente do comportamento da matéria e da energia nas escalas subatômicas.

No ano de 1925, por exemplo, Bohr e Heisenberg publicaram os resultados de estudos que completavam a teoria quântica. E partindo da postulação de Einstein sugira então diversos debates, teorias e também testes compreendendo o campo da física quântica, resultando na quinta Conferência de Solvay que aconteceu em 1927, onde estiveram vários físicos e químicos de muitos países.

Citação

SOUSA, Priscila. (5 de Janeiro de 2024). Mecânica quântica - O que é, importância, conceito e definição. Conceito.de. https://conceito.de/mecanica-quantica