Quando iniciamos a segunda parte da disciplina Física Moderna, mencionamos que iríamos estudar fenômenos completamente diferentes daqueles revelados pelos efeitos relativísticos que havíamos discutido ao longo do primeiro mês de aula da disciplina. Em vez de um fenômeno ser estudado por dois observadores, agora ele voltaria a ser estudado por apenas um observador, conforme abordagem usada de física I até física IV, mas com uma diferença fundamental: ele seria observado a partir de uma escala espacial muito pequena, ou seja, as distâncias em que os fenômenos ocorrem são inferiores a
. Dissemos que nesse cenário os fenômenos relacionados às partículas e suas interações apresentavam-se muito diferente do que estávamos acostumados. Como exemplo, a possibilidade de suas propriedades (localização, velocidade, quantidade de movimento e energia) aparecerem discretas. Foi dito que isso seria diferente de tudo que já havíamos estudado desde o início do curso. Na verdade, o único momento que você viu um fenômeno apresentar propriedades discretas foi quando estudou ondas estacionárias em cordas, tubos e caixas na disciplina física II e física IV. Mas as ondas estudadas ou eram geradas por uma partícula que oscilava em torno de uma posição de equilíbrio ou gerada pelas alterações nos valores do campo eletromagnético. Entretanto, o fenômeno ondulatório a ser estudado de agora em diante não é criado exatamente por uma partícula oscilante, mas é um tipo diferente de ondulação que reflete a chance de se medir a propriedade de uma partícula e achar um valor específico, ou seja, o que ondula é a “chance de achar o resultado de uma medida” e não a própria partícula. Pense um pouco sobre isso antes de continuar para as próximas questões e certifique-se de entender bem o que significa uma onda quântica, mais conhecida na literatura como onda de de Broglie. Escreva algumas frases sobre o que você entendeu.
Passo 1
O enunciado nos apresenta a transição da física clássica/relativística para a física quântica, onde passamos a estudar partículas isoladas a micro-escala (distâncias da ordem de
m ou menores) e percebemos que suas propriedades aparecem de forma discreta. Em vez de ondas físicas geradas por vibração de cordas ou campos, agora surge a onda de de Broglie, que é justamente a “onda” da probabilidade de medir certa posição, energia ou momento de uma partícula.
Passo 2
Para responder, vamos escrever frases que capturem a essência desse novo tipo de ondulação probabilística, destacando as diferenças em relação às ondas clássicas e explicando seu significado físico.
Resposta
- Eu entendi que a onda de de Broglie não é a própria partícula balançando, mas sim a distribuição de probabilidade de encontrá-la em cada ponto do espaço.
- A cada partícula associamos uma função de onda
, cujo quadrado do módulo dá a chance de medir posição, energia ou momento. - Essa abordagem probabilística é radicalmente diferente das ondas clássicas, pois não descreve deslocamento de um meio, mas sim a incerteza inerente às medidas.
- Como consequência, os valores possíveis de energia e momento ficam “quantizados” e só aparecem certos níveis discretos, assim como vimos em ondas estacionárias em cordas, mas agora para partículas.