Há algum tempo
publicou-se uma estimativa de que mais de 50% do Produto Interno Bruto (PIB)
dos Estados Unidos eram oriundos de tecnologias que dependiam da teoria
quântica. Ou seja, tecnologias viabilizadas pelo conhecimento da estrutura da
matéria proporcionado pela teoria quântica, como já enfatizado em ensaios
anteriores. Não me preocupei em verificar a porcentagem exata e nem se houve
variação da percentagem ao longo dos últimos anos, porque é fácil constatar a
importância crescente da informática e dos dispositivos eletrônicos em nossa
sociedade.
Não tive oportunidade
ainda de explicar essa teoria, o que tento fazer agora. Inicio com uma
comparação com a mecânica clássica, desenvolvida por Isaac Newton, para
explicitar depois as diferenças.
A mecânica clássica de
Newton é baseada em três leis fundamentais: i) a lei de inércia, segundo a qual
na ausência de forças um corpo permanecerá parado ou em movimento retilíneo com
velocidade constante; ii) a segunda lei define que força é igual a massa vezes
a aceleração de um corpo (F = ma); iii) a lei de ação e reação, que prevê
forças de mesma intensidade mas sentidos contrários na interação entre dois
corpos. Com essas leis é possível estudar o movimento de planetas e estrelas, além
de corpos na Terra. É possível também projetar construções que sejam estáveis,
mesmo contra a ação de terremotos.
Outra característica
importante da mecânica clássica é que ela é determinística. Isto é, o movimento
de um corpo pode ser previsto com exatidão se as forças que sobre ele agem
forem conhecidas. Podemos determinar sua velocidade e posição em qualquer tempo
do futuro (ou do passado). Isso será importante no contraste com a mecânica
quântica.
Todas as experiências
científicas até o final do século XIX confirmavam a validade da mecânica
clássica. Entretanto, à medida que se tornou possível realizar experimentos com
partículas submicroscópicas, como átomos isolados, notou-se que a mecânica clássica
não era mais válida. Por mais de duas décadas no início do século XX
desenvolveu-se a teoria quântica, assim chamada porque algumas grandezas são
quantizadas. Estas não podem assumir quaisquer valores, mas somente múltiplos
de uma quantidade unitária. A primeira dessas grandezas é a energia, que não
pode variar continuamente. Como a quantidade unitária é muito pequena, não
percebemos a quantização no mundo macroscópico.
A teoria quântica
engloba a mecânica clássica quando os sistemas físicos são macroscópicos, mas
quando se trata de matéria subatômica faz previsões surpreendentes, que são
confirmadas experimentalmente. Algumas das esquisitices da mecânica quântica
são mencionadas abaixo:
1) Dualidade partícula-onda: toda partícula
pode se comportar como partícula ou como onda. É possível prever como a
partícula se comportará pelo tipo de experimento. Se a partícula estiver se
propagando, comporta-se como onda. Se interagir com o ambiente e trocar
energia, comporta-se como partícula.
2) Princípio da Incerteza de Heisenberg –
não é possível determinar a posição e velocidade de uma partícula com precisão
absoluta. Se soubermos com exatidão a posição da partícula nada saberemos sobre
sua velocidade. O mesmo vale para a velocidade: se for conhecida com exatidão,
nada poderá ser dito sobre a posição da partícula. Uma consequência importante
desse Princípio é que as coisas na Natureza nunca podem estar completamente
paradas, sem nenhum movimento.
3) A Mecânica Quântica é probabilística:
não se pode determinar a trajetória de uma partícula, ao contrário da mecânica
clássica. Esta característica da mecânica quântica sempre desagradou a
Einstein, que não estava completamente convencido de sua validade e proferiu a
famosa frase “Não acredito que Deus jogue dados”.
As manifestações dessas
esquisitices não são percebidas no nosso mundo essencialmente macroscópico,
porque seus efeitos não são mensuráveis. A incerteza na medida de posição e
velocidade prevista pelo Princípio de Heisenberg para um carro em movimento,
por exemplo, é ordens de grandeza menor do que a precisão com que essas
grandezas podem ser medidas.
A teoria quântica é
abstrata e mesmo sua interpretação é controversa, em razão das previsões que
contrariam o senso comum. Entretanto, a aplicação do formalismo matemático a
ela subjacente sempre leva a resultados corretos, confirmados
experimentalmente. Pelo menos até hoje!
Destacar uma teoria
abstrata como a mecânica quântica em um ensaio cujo título menciona um país
rico é minha maneira de dar ênfase à constatação de que está no conhecimento a
verdadeira riqueza de um país.
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