A DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA (Física quântica para principiantes 4)

Este vídeo é parte integrante da aula contida em:
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Como uma partícula pode ter uma frequência como Einstein propos para resolver o problema do efeito fotoelétrico (E=h.f)?

Frequência é uma característica das ondas e não das partículas.

Onda e partícula são entidades muito diferentes. Nesta aula (clique aqui para acessar) explicamos as características das ondas.

Onda e partícula têm comportamentos e características totalmente diferentes.

PARTÍCULA X ONDA

Partícula:

Ao ouvirmos a palavra partícula quase que imediatamente imaginamos uma bolinha, não é? Bem, a idéia é mais ou menos essa. Isso quer dizer que uma partícula é “algo material” que possui certa quantidade de massa bem localizada, concentrada, como uma bolinha mesmo.

Assim, essa porção bem localizada de matéria se desloca de um ponto a outro do espaço carregando energia e informação.

Ondas:

Diferente das partículas que são objetos materiais que tem massa e carrega com ela a informação, no caso das ondas, há transmissão de energia e de informação, porém sem que massa alguma carregue essa energia. Elas fazem isso sem transportar matéria, apenas por perturbações em um meio (no caso das ondas mecânicas) ou em campos elétricos e magnéticos (no caso das ondas eletromagnéticas).


EVIDÊNCIAS EXPERIMENTAIS DO FÓTON

Robert Millikan
APESAR DE TODA A CONTROVÉRSIA, a hipótese de Einsten, de que a luz é contituída de pacotes de energia, os quanta ou fótons, foi validada experimentalmente no ano de 1914 (9 anos depois de ser proposta) pelo físico estadunidense Robert Andrews Millikan.

O interessante nessa história é que Millikan confirmou a hipótese de Einstein, mas seu objetivo ao realizar os experimentos era justamente o oposto, ele queria provar na verdade que Einstein estava errado.

Reconhecidamente um competente experimentalista, Millikan passou 10 anos da sua vida tentando mostrar que Einstein estava errado. No entanto, obteve resultados tão precisos da constante de Planck que não apenas validou a equação de Einstein, como teve seu trabalho reconhecido na outorga do prêmio Nobel de Física de 1923.

No ano de 1921 Einstein recebeu o prêmio Nobel por ter previsto teoricamente a lei do efeito fotoelétrico.

EFEITO COMPTON

Em 1922 o físico estadunidense Arthur Holly Compton, após realizar alguns estudos sobre a interação radiação-matéria, percebeu que quando um feixe de raios X incidia sobre um alvo de grafite, sofria um espalhamento. Compton observoui que a frequência dos raios X espalhados era sempre menor do que a frequência dos raios X incidentes, dependendo do ângulo de desvio. Nunca maior, mas sempre menor. A figura abaixo nos mostra o esquema da ocorrência desse fenômeno, conhecido como Efeito Compton.
Para explicar esse fenômeno, Compton inspirou-se na abordagem de Einstein, ou seja, ele interpretou os raios X como sendo feixes de partículas (fótons) e a interação como sendo uma colisão de partículas (como colisão de bolinhas de bilhar). A energia do fóton incidente, de acordo com Einstein e Planck, seria E =h.f .

Quando o fóton "bate" no elétron, ele transfere uma parte de sua energia para o elétron (que adquire energia cinética). Como A ENERGIA SEMPRE SE CONSERVA, esse energia ciética adquirida pelo elétron veio do fóton que tem sua energia diminuída depois da colisão, logo, sua frequencia também diminui (pois E = h.f)



O PRINCÍPIO DA COMPLEMENTARIDADE

No início de 1927, Bohr teve a ideia de que as radiações e também a luz (e ainda outras entidades fundamentais do mundo) não eram partículas, muito menos ondas. Nem faria sentido dizer o que eram essas entidades fundamentais, pois nosso conhecimento tem limite (como já dissera o filósofo Kant, no século XVIII)

“Lidamos com ‘representações’ da realidade, portanto, não temos acesso às coisas em si”.

O uso de um determinado esquema: ’corpuscular’ — ou ‘ondulatório’ — dependeria do tipo de experimento usado. Assim, pelo princípio da complementaridade, um fenômeno pode ser, ou ‘corpuscular’ ou ‘ondulatório’; mas nunca ambos ao mesmo tempo.

Mas o que faria um experimento enquadrar-se num quadro ou outro?

Se pudermos inferir a trajetória do quantum (fóton) detetado o fenômeno é corpuscular.

Logo, quando se produzem interferências – não temos trajetória; e vice-versa.

Essas 2 descrições dão conta de descrever os fenomenos; ou seja, não haveria uma maneira mais completa de representar uma entidade quântica que em alguns experimentos se comportaria como partícula – e, em outros, como onda.

Desta forma, a luz (radiações em geral) e outras entidades quânticas que estudaremos mais tarde, não são ondas nem partículas mas são as duas coisas.

As características ondulatórias e corpusculares não se excluem, mas SE COMPLEMENTAM.

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