A mecânica quântica obedece a leis muito diferentes das físicas clássicas. Muitos cientistas influentes trabalharam nesse campo, incluindo Albert Einstein, Erwin Schrodinger, Werner Heisenberg, Niels Bohr, Louis De Broglie, David Bohm e Wolfgang Pauli.

A interpretação padrão de Copenhague da física quântica afirma que tudo o que pode ser conhecido é dado pela função de onda. Em outras palavras, não podemos conhecer certas propriedades das partículas quânticas em termos absolutos. Muitos acharam essa noção perturbadora e propuseram todo tipo de experimentos mentais e interpretações alternativas, mas a matemática consistente com a interpretação original ainda se mantém.
Comprimento de onda e posição

Pense em sacudir uma corda repetidamente para cima e para baixo , criando uma onda viajando por ela. Faz sentido perguntar qual é o comprimento de onda - isso é fácil de medir - mas faz menos sentido perguntar onde está a onda, porque a onda é realmente um fenômeno contínuo ao longo de toda a corda.

Em contraste, se um único pulso de onda é enviado pela corda, identificando onde fica mais simples, mas determinar seu comprimento de onda não faz mais sentido porque não é uma onda.

Você também pode imaginar tudo o que há entre eles: enviar um pacote de ondas abaixo da corda, por exemplo, a posição é um pouco definida e o comprimento de onda também, mas não ambos completamente. Essa diferença está no coração do princípio da incerteza de Heisenberg.
Dualidade entre partículas e ondas

Você ouvirá as pessoas usarem as palavras fóton e radiação eletromagnética de maneira intercambiável, mesmo que pareçam coisas diferentes. Ao falar de fótons, eles normalmente falam sobre as propriedades das partículas desse fenômeno, enquanto quando falam sobre ondas eletromagnéticas ou radiação, estão falando com propriedades semelhantes a ondas.

Fótons ou radiação eletromagnética exibem o que é chamado dualidade de ondas de partículas. Em certas situações e em certos experimentos, os fótons exibem comportamento semelhante a partículas. Um exemplo disso é o efeito fotoelétrico, onde a luz que atinge uma superfície causa a liberação de elétrons. As especificidades desse efeito só podem ser entendidas se a luz for tratada como pacotes discretos que os elétrons devem absorver para serem emitidos.

Em outras situações e experimentos, eles agem mais como ondas. Um excelente exemplo disso são os padrões de interferência observados em experimentos com uma ou várias fendas. Nessas experiências, a luz é passada através de fendas estreitas e estreitamente espaçadas e, como resultado, produz um padrão de interferência consistente com o que você veria em uma onda.

Ainda mais estranho, fótons não são a única coisa que exibem essa dualidade. De fato, todas as partículas fundamentais, mesmo elétrons e prótons, parecem se comportar dessa maneira! Quanto maior a partícula, menor o seu comprimento de onda, portanto, menos essa dualidade aparece. É por isso que não percebemos nada disso em nossa escala macroscópica cotidiana.
Interpretando a Mecânica Quântica

Ao contrário do comportamento claro das leis de Newton, as partículas quânticas exibem uma espécie de imprecisão. Você não pode dizer exatamente o que eles estão fazendo, mas apenas fornece probabilidades dos resultados da medição. E se o seu instinto é assumir que isso se deve à incapacidade de medir as coisas com precisão, você estaria incorreto, pelo menos em termos das interpretações padrão da teoria.

A chamada interpretação de Copenhague da teoria quântica afirma que tudo o que se pode saber sobre uma partícula está contido na função de onda que a descreve. Não há variáveis ocultas adicionais ou coisas que simplesmente não descobrimos que dariam mais detalhes. É fundamentalmente confuso, por assim dizer. O princípio da incerteza de Heisenberg é apenas mais um desenvolvimento que solidifica essa imprecisão.
Princípio da incerteza de Heisenberg

O princípio da incerteza foi proposto pela primeira vez por seu homônimo, físico alemão Werner Heisenberg, em 1927, enquanto trabalhava no instituto de Neils Bohr ", 3, [[Ele publicou suas descobertas em um artigo intitulado "Sobre o conteúdo perceptivo da cinemática e mecânica teórica quântica".

O princípio afirma que a posição de uma partícula e o momento de uma partícula (ou a energia e o tempo de uma partículas) não podem ser conhecidas simultaneamente com absoluta certeza. Ou seja, quanto mais precisamente você souber a posição, menos precisamente conhecerá o momento (que está diretamente relacionado ao comprimento de onda) e vice-versa.

As aplicações do princípio da incerteza são numerosas e incluem confinamento de partículas (determinando energia necessária para conter uma partícula dentro de um determinado volume), processamento de sinal, microscópios eletrônicos, compreensão de flutuações quânticas e energia de ponto zero.
Relações de incerteza

A relação de incerteza primária é expressa como a seguinte desigualdade:
\\ sigma_x \\ sigma_p \\ geq \\ frac {\\ hbar} {2}

onde ℏ é a constante reduzida de Planck e σ _{x
e σ p
são o desvio padrão de posição e momento, respectivamente. Observe que quanto menor o desvio padrão se tornar, maior o outro para se compensar. Como resultado, quanto mais precisamente você souber um valor, menos precisamente você conhecerá o outro.
Relações de incerteza adicionais incluem incerteza nos componentes ortogonais do momento angular, incerteza no tempo e frequência no processamento do sinal, incerteza na energia e tempo, e assim por diante.
A fonte da incerteza}

Uma maneira comum de explicar as origens da incerteza é descrevê-la em termos de medição. Considere que, para medir a posição de um elétron, por exemplo, é necessário interagir com ele de alguma maneira - normalmente atingindo-o com um fóton ou outra partícula.

No entanto, o ato de atingi-lo com o fóton causa sua momento para mudar. Além disso, há uma certa imprecisão na medição com o fóton associado ao comprimento de onda do fóton. Uma medição de posição mais precisa pode ser alcançada com um fóton de comprimento de onda menor, mas esses fótons transportam mais energia e, portanto, podem causar uma mudança maior no momento do elétron, tornando impossível medir a posição e o momento com perfeita precisão.

Embora o método de medição certamente dificulte a obtenção dos valores de ambos simultaneamente, conforme descrito, o problema real é mais fundamental que isso. Não é apenas uma questão de nossos recursos de medição; é uma propriedade fundamental dessas partículas que elas não tenham uma posição e um momento bem definidos simultaneamente. As razões estão na analogia "onda em uma corda" feita anteriormente.
Princípio da Incerteza Aplicado às Medições Macroscópicas

Uma pergunta comum que as pessoas fazem com relação à estranheza dos fenômenos da mecânica quântica é como eles não fazem isso. não vê essa estranheza na escala de objetos do cotidiano?

Acontece que não é que a mecânica quântica simplesmente não se aplique a objetos maiores, mas que os efeitos estranhos são desprezíveis em grandes escalas. A dualidade das ondas de partículas, por exemplo, não é percebida em larga escala porque o comprimento de onda das ondas de matéria se torna extraordinariamente pequeno, daí o comportamento de partículas que domina.

Quanto ao princípio da incerteza, considere como grande o número no lado direito da desigualdade é. ℏ /2 \u003d 5,272859 × 10 -35 kgm 2 /s. Portanto, a incerteza na posição (em metros) vezes a incerteza no momento (em kgm /s) deve ser maior ou igual a isso. Na escala macroscópica, chegar perto desse limite implica níveis impossíveis de precisão. Por exemplo, um objeto de 1 kg pode ser medido como tendo um momento de 1.00000000000000000 ± 10 ^{-17 kgm /s, enquanto na posição de 1.00000000000000000 ± 10 -17 me ainda mais do que satisfazendo a desigualdade. < Macroscopicamente, o lado direito da desigualdade da incerteza é relativamente pequeno a ponto de ser desprezível, mas o valor não é desprezível nos sistemas quânticos. Em outras palavras: o princípio ainda se aplica a objetos macroscópicos - apenas se torna irrelevante devido ao seu tamanho!}