Física quântica para crianças/Como surgiu a física quântica

A Física é um ramo da ciência que se preza pela sua consistência de sua teoria. Uma Lei da física é algo que deve ser seguido independentemente da situação em que esteja sendo analisada. No início do século XIX a física parecia já ter mapeado grande parte dos fenômenos naturais com suas leis. Até o momento grandes nomes já haviam sido consagrados com suas teorias explicando fenômenos como o movimento de corpos (mecânica newtoniana e gravitação), movimento da luz (óptica), máquinas térmicas, eletromagnetismo... Foi exatamente então que começaram surgir furos na teoria clássica; furos esses que só seriam explicados com teorias completamente inovadoras e bem diferentes das tendências estudadas até então. Apresentaremos agora alguns fenômenos (esses furos) que foram analisados, e que consequentemente deram inicio à Mecânica Quântica.

A Catástrofe do Ultravioleta

A teoria clássica da física apresentava um dos seus primeiros furos ao se estudar a emissão de um corpo negro. Corpo negro é qualquer corpo que absorve totalmente a energia emitida sobre ele. Um corpo negro ao ser incidido com certa energia emitirá energia na forma de energia eletromagnética (produzindo luz e calor). Naturalmente, deveria existir uma lei matemática que nos dá a dependência da intensidade emitida com a temperatura e a frequência emitida. Os conhecimentos da Física Clássica nos davam a seguinte expressão (elaborada pelo trabalho de Rayleigh-Jeans e Boltzmann):

O gráfico da intensidade em função do comprimento de onda é decrescente com o aumento do comprimento de onda. Isso gera o absurdo em questão. Para frequências no espectro do ultravioleta teríamos uma intensidade tendendo a infinito, o que viola a lei da conservação de energia. Os gráficos experimentais mostravam que a função deveria ter um máximo global, o que não acontecia até então com as teorias conhecidas.

O Efeito Fotoelétrico

O efeito fotoelétrico foi primeiramente estudado por Hertz, e posteriormente Einstein. O fenômeno consiste do seguinte: a partir de uma placa metálica, incide-se uma frequência crescente de energia. A partir de certo instante, elétrons são arrancados dessa placa. Isso pode ser evidenciado com o seguinte experimento de Einstein. Um circuito é montado com duas placas metálicas. Ao aumentarmos a frequência de luz incidida sobre a placa metálica, o amperímetro indica passagem de corrente. Tal fenômeno ajudará nas teses (que veremos mais a frente) da dualidade partícula-onda. Por enquanto, fique registrado o caráter não usual de que apenas a partir de certa frequência houve emissão de elétrons, não importando a intensidade de energia emitida.

Referências

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