Partículas e ondas: O mistério central da mecânica quântica - Chad Orzel
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0:06 - 0:10Um dos fatos mais surpreendentes
da física é este: -
0:10 - 0:14tudo no universo,
da luz aos elétrons, aos átomos, -
0:14 - 0:18comporta-se como uma partícula
e uma onda ao mesmo tempo. -
0:18 - 0:22Todas as coisas esquisitas que
você ouviu falar da física quântica, -
0:22 - 0:24o gato de Schrodinger,
Deus jogando dados, -
0:24 - 0:26a ação misteriosa à distância,
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0:26 - 0:29tudo isso decorre diretamente do fato
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0:29 - 0:33de que tudo possui ao mesmo tempo
a natureza de partícula e de onda. -
0:33 - 0:34Isso pode até parecer loucura.
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0:34 - 0:38Mas se você olhar ao redor,
verá ondas na água e partículas de rocha, -
0:38 - 0:40e elas parecem totalmente diferentes.
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0:40 - 0:42Então como podemos
querer combiná-las? -
0:42 - 0:46Os físicos não decidiram simplesmente
juntar esses conceitos a partir do nada. -
0:46 - 0:49Em vez disso, eles deduziram
a natureza dual do universo -
0:49 - 0:52por um processo de pequenas etapas,
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0:52 - 0:56encaixando muitas pequenas evidências,
como as peças de um quebra-cabeça. -
0:56 - 1:00A primeira pessoa que sugeriu seriamente
a natureza dupla da luz -
1:00 - 1:03foi Albert Einstein, em 1905,
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1:03 - 1:06mas ele aproveitou
uma ideia anterior de Max Planck. -
1:06 - 1:10Planck explicou as cores da luz
emitida por objetos quentes, -
1:10 - 1:12como o filamento
de uma lâmpada incandescente. -
1:12 - 1:14Mas para fazê-lo, precisou
usar um artifício ousado: -
1:14 - 1:17ele afirmou que o objeto era
constituído de osciladores -
1:17 - 1:20que podiam emitir luz
apenas em pedaços discretos, -
1:20 - 1:24unidades de energia que dependem
da frequência da luz. -
1:24 - 1:28Planck nunca ficou satisfeito com isto,
mas Einstein levou a ideia adiante. -
1:28 - 1:32Ele aplicou a ideia de Planck na luz,
dizendo que a luz, -
1:32 - 1:36que todos sabiam ser uma onda,
é na verdade uma corrente de fótons, -
1:36 - 1:39cada qual com
uma quantidade discreta de energia. -
1:39 - 1:44Einstein disse que isso foi a única coisa
realmente revolucionária que ele fez, -
1:44 - 1:46mas isso explica
como a luz arranca elétrons -
1:46 - 1:49de uma superfície metálica, ao atingi-la.
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1:49 - 1:53Até as pessoas que odiavam esta ideia
admitiram que ela funciona brilhantemente. -
1:53 - 1:57Outra peça do quebra-cabeça foi fornecida
por Ernest Rutherford, na Inglaterra. -
1:57 - 2:02Em 1909, Ernest Marsden e Hans Geiger,
trabalhando para Rutherford, -
2:02 - 2:05bombardearam partículas alfa
contra átomos de ouro -
2:05 - 2:09e ficaram surpresos ao constatar que
algumas partículas batiam e voltavam. -
2:09 - 2:11Isto mostra que
quase toda a massa do átomo -
2:11 - 2:14está concentrada em um núcleo minúsculo.
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2:14 - 2:16O desenho do átomo ensinado na escola,
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2:16 - 2:19com órbitas eletrônicas parecidas com
um sistema solar em miniatura, -
2:19 - 2:21foi criado com as ideias de Rutherford.
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2:21 - 2:24Mas o modelo de Rutherford
tem um problema: ele não funciona. -
2:24 - 2:27A física clássica diz que em um elétron,
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2:27 - 2:29quando viajando em círculos,
deve emitir luz. -
2:29 - 2:33Isso é usado a todo instante
para gerar ondas de rádio e raios-X. -
2:33 - 2:37O átomo de Ruterford espalharia raios-X
por um breve instante, -
2:37 - 2:41até os elétrons caírem em espiral
para dentro do núcleo. -
2:41 - 2:46Mas Niels Bohr, físico teórico dinamarquês,
que trabalhava com Rutherford, -
2:46 - 2:48salientou que os átomos existem,
obviamente, -
2:48 - 2:51e que talvez as leis da física
tivessem que ser mudadas. -
2:51 - 2:55Bohr propôs que,
em certas órbitas especiais, -
2:55 - 2:57um elétron não emite luz.
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2:57 - 3:01Átomos absorvem e emitem luz
apenas quando elétrons mudam de órbita. -
3:01 - 3:05A frequência da luz depende da
diferença de energia entre as órbitas, -
3:05 - 3:08como Planck e Einstein haviam sugerido.
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3:08 - 3:11O átomo de Bohr corrige
o problema de Rutherford -
3:11 - 3:15e explica por que os átomos emitem
somente cores de luz muito específicas. -
3:15 - 3:17Cada elemento tem suas órbitas especiais
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3:17 - 3:20e, assim, seu conjunto único
de frequências. -
3:20 - 3:23O modelo de Bohr tem um pequeno problema:
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3:23 - 3:26não há razão para que
as órbitas sejam especiais. -
3:26 - 3:29Mas Louis de Brolie,
um doutorando francês, -
3:29 - 3:31colocou as coisas no lugar.
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3:31 - 3:34Ele destacou que se a luz,
que todos sabiam ser uma onda, -
3:34 - 3:35se comportasse como uma partícula,
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3:35 - 3:39talvez o elétron,
que todos sabiam ser uma partícula, -
3:39 - 3:41se comportasse como uma onda.
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3:41 - 3:42E se elétrons são ondas,
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3:42 - 3:46é fácil explicar por que a regra de Bohr
escolhe órbitas especiais. -
3:46 - 3:49Aceitando a ideia de que elétrons
comportam-se como ondas, -
3:49 - 3:51você pode tentar procurá-las.
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3:51 - 3:54E alguns anos depois,
cientistas dos EUA e do Reino Unido -
3:54 - 3:57observaram o comportamento
ondulatório dos elétrons. -
3:57 - 4:00Hoje, temos uma forma
de demonstrar isso claramente: -
4:00 - 4:04disparando elétrons
contra uma barreira com fendas. -
4:04 - 4:09Cada elétron é detectado em um local
e momento específicos, -
4:09 - 4:10como uma partícula.
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4:10 - 4:12Mas se você repetir o experimento
várias vezes, -
4:12 - 4:16o traçado de todos os elétrons individuais
será um padrão de listras, -
4:16 - 4:19característico do comportamento de onda.
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4:19 - 4:22A ideia de que partículas comportam-se
como ondas e vice-versa -
4:22 - 4:26é uma das mais estranhas
e poderosas da física. -
4:26 - 4:28Richard Feyneman disse
em uma declaração famosa -
4:28 - 4:31que isso ilustra o mistério central
da mecânica quântica. -
4:31 - 4:33Todo o resto decorre disso,
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4:33 - 4:36como as peças de um quebra-cabeça
se encaixando.
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- Partículas e ondas: O mistério central da mecânica quântica - Chad Orzel
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Assista à aula completa: http://ed.ted.com/lessons/particles-and-waves-the-central-mystery-of-quantum-mechanics-chad-orzel
Um dos fatos mais surpreendentes da física é que tudo no universo, da luz aos elétrons, aos átomos, comporta-se ao mesmo tempo como uma partícula e uma onda. Mas como os físicos chegaram a esta estonteante conclusão? Chad Orzel relembra a série de cientistas que aprimoraram as descobertas uns dos outros para chegar ao ‘mistério central’ da mecânica quântica.
Aula de Chad Orzel, animação de Joana Bartolomeu.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 04:52