Deus não joga dados com o universo?  Ao que tudo indica, não é bem assim. A célebre frase proferida por Albert Einstein para referir-se às incertezas da mecânica quântica resume seu descontentamento diante da teoria que ele mesmo ajudou a construir. O início do século XX foi marcado pela revolução quântica e sua assombrosa gama de aplicações práticas e científicas. Até então, a física clássica gozava de uma excelente reputação, e era capaz de descrever quase todos os sistemas físico. Quase todos…

Um dos problemas que afligia os cientistas da época estava relacionado à impossibilidade de descrever matematicamente a curva observada de emissão de um corpo incandescente. Em 1900, o físico Max Planck faz uma proposta ousada, desacreditada por ele mesmo como parte da realidade, mas que finalmente resolvia a catástrofe do ultravioleta. Uma ferramenta matemática somente. A energia não seria emitida pelo corpo continuamente, mas sim em pequenos pacotes, os quanta de energia. Inspirado por esse “artifício” matemático, Einstein descreve o também intrigante efeito fotoelétrico, introduzindo a ideia dos quanta de luz. Mas ele vai além, e postula que a luz é, de fato, quantizada.  Na teoria clássica, a luz é uma onda eletromagnética, e experimentos comprovam sua natureza ondulatória. Qual a solução para esse impasse? Simplesmente, assumimos ambas as características como verdadeiras. Dependendo das circunstâncias, a luz pode se comportar como onda, ou como partícula, na chamada dualidade onda-partícula.

Esse conceito também “estabilizou” o átomo de hidrogênio. No modelo de Rutherford, os elétrons,  emitindo radiação continuamente, teimavam em cair sobre o núcleo em torno do qual orbitavam.  O físico dinamarquês Niels Bohr então propôs que o elétron somente perdia energia, emitindo um fóton (a tal partícula de luz), ao saltar de uma órbita de maior energia para outra de menor energia, dentro de um conjunto de órbitas discretas possíveis. Dessa maneira, o elétron somente poderia perder energia até chegar na órbita de menor energia possível, mais próxima do núcleo, formando um átomo estável.

O mundo quantizado ainda parecia muito estranho aos olhos dos cientistas. Apesar de descrever as observações com precisão, toda a teoria não parecia ser fundamentada em bases sólidas e as regras de quantização pareciam ter sido criadas somente com o objetivo de legitimar os novos conceitos, mas sem que a realidade dos fenômenos fosse realmente compreendida. Não obstante, o duque francês Louis de Broglie também contribui, em 1923, com uma dose de ousadia, para o cenário já bastante excêntrico produzido pela realidade quântica. Percebam que ousadia era a palavra de ordem. Em sua tese de doutorado ele levantou a hipótese de que se ondas eletromagnéticas (luz) poderiam se comportar como partículas (fótons), então partículas (digamos, elétrons, átomos) poderiam se comportar como onda. Ondas de matéria? A ideia parecia tão estapafúrdia que a banca examinadora decidiu convocar um membro externo para julga-la. Imagine ter sua tese de doutorado avaliada por ninguém menos que Albert Einstein? Para sorte de de Broglie, e para a nossa, Einstein deu parecer favorável, a tese foi aceita.  Em 1927, a hipótese foi confirmada no experimento de Davisson-Germer, estabelecendo-se a dualidade onda-partícula da matéria.

Experimento com elétrons

Parece-te estranho que todos os cientistas mencionados neste post foram laureados com o prêmio Nobel? Mas a pergunta que fica é: se os átomos são ondas, onde está a equação de onda? Quais as implicações desses conceitos?