Um dos fatos mais surpreendentes da física é este:
tudo no universo, da luz aos elétrons, aos átomos,
comporta-se como uma partícula e uma onda ao mesmo tempo.
Todas as coisas esquisitas que você ouviu falar da física quântica,
o gato de Schrodinger, Deus jogando dados,
a ação misteriosa à distância,
tudo isso decorre diretamente do fato
de que tudo possui ao mesmo tempo a natureza de partícula e de onda.
Isso pode até parecer loucura.
Mas se você olhar ao redor, verá ondas na água e partículas de rocha,
e elas parecem totalmente diferentes.
Então como podemos querer combiná-las?
Os físicos não decidiram simplesmente juntar esses conceitos a partir do nada.
Em vez disso, eles deduziram a natureza dual do universo
por um processo de pequenas etapas,
encaixando muitas pequenas evidências, como as peças de um quebra-cabeça.
A primeira pessoa que sugeriu seriamente a natureza dupla da luz
foi Albert Einstein, em 1905,
mas ele aproveitou uma ideia anterior de Max Planck.
Planck explicou as cores da luz emitida por objetos quentes,
como o filamento de uma lâmpada incandescente.
Mas para fazê-lo, precisou usar um artifício ousado:
ele afirmou que o objeto era constituído de osciladores
que podiam emitir luz apenas em pedaços discretos,
unidades de energia que dependem da frequência da luz.
Planck nunca ficou satisfeito com isto, mas Einstein levou a ideia adiante.
Ele aplicou a ideia de Planck na luz, dizendo que a luz,
que todos sabiam ser uma onda, é na verdade uma corrente de fótons,
cada qual com uma quantidade discreta de energia.
Einstein disse que isso foi a única coisa realmente revolucionária que ele fez,
mas isso explica como a luz arranca elétrons
de uma superfície metálica, ao atingi-la.
Até as pessoas que odiavam esta ideia admitiram que ela funciona brilhantemente.
Outra peça do quebra-cabeça foi fornecida por Ernest Rutherford, na Inglaterra.
Em 1909, Ernest Marsden e Hans Geiger, trabalhando para Rutherford,
bombardearam partículas alfa contra átomos de ouro
e ficaram surpresos ao constatar que algumas partículas batiam e voltavam.
Isto mostra que quase toda a massa do átomo
está concentrada em um núcleo minúsculo.
O desenho do átomo ensinado na escola,
com órbitas eletrônicas parecidas com um sistema solar em miniatura,
foi criado com as ideias de Rutherford.
Mas o modelo de Rutherford tem um problema: ele não funciona.
A física clássica diz que em um elétron,
quando viajando em círculos, deve emitir luz.
Isso é usado a todo instante para gerar ondas de rádio e raios-X.
O átomo de Ruterford espalharia raios-X por um breve instante,
até os elétrons caírem em espiral para dentro do núcleo.
Mas Niels Bohr, físico teórico dinamarquês, que trabalhava com Rutherford,
salientou que os átomos existem, obviamente,
e que talvez as leis da física tivessem que ser mudadas.
Bohr propôs que, em certas órbitas especiais,
um elétron não emite luz.
Átomos absorvem e emitem luz apenas quando elétrons mudam de órbita.
A frequência da luz depende da diferença de energia entre as órbitas,
como Planck e Einstein haviam sugerido.
O átomo de Bohr corrige o problema de Rutherford
e explica por que os átomos emitem somente cores de luz muito específicas.
Cada elemento tem suas órbitas especiais
e, assim, seu conjunto único de frequências.
O modelo de Bohr tem um pequeno problema:
não há razão para que as órbitas sejam especiais.
Mas Louis de Brolie, um doutorando francês,
colocou as coisas no lugar.
Ele destacou que se a luz, que todos sabiam ser uma onda,
se comportasse como uma partícula,
talvez o elétron, que todos sabiam ser uma partícula,
se comportasse como uma onda.
E se elétrons são ondas,
é fácil explicar por que a regra de Bohr escolhe órbitas especiais.
Aceitando a ideia de que elétrons comportam-se como ondas,
você pode tentar procurá-las.
E alguns anos depois, cientistas dos EUA e do Reino Unido
observaram o comportamento ondulatório dos elétrons.
Hoje, temos uma forma de demonstrar isso claramente:
disparando elétrons contra uma barreira com fendas.
Cada elétron é detectado em um local e momento específicos,
como uma partícula.
Mas se você repetir o experimento várias vezes,
o traçado de todos os elétrons individuais será um padrão de listras,
característico do comportamento de onda.
A ideia de que partículas comportam-se como ondas e vice-versa
é uma das mais estranhas e poderosas da física.
Richard Feyneman disse em uma declaração famosa
que isso ilustra o mistério central da mecânica quântica.
Todo o resto decorre disso,
como as peças de um quebra-cabeça se encaixando.