2025: Ano da Ciência e Tecnologia Quânticas
A Organização das Nações Unidas para a Educação e a Cultura (Unesco) declarou que 2025 seria o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quânticas. O motivo é a passagem do centenário da publicação dos trabalhos do físico alemão Werner Heisenberg (1901-1976) e do físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-1971), entre outros, que deram à teoria quântica a sua forma atual. Neste artigo, iremos definir de forma sintetizada o que é a física quântica, a sua origem e as suas aplicações nas diversas áreas.
Há cem anos atrás, em 1925, foram estes dois génios que, seguindo caminhos diferentes, chegaram à formulação de uma teoria que revolucionou a ciência. Heisenberg definiu a chamada “mecânica das matrizes” numa tentativa de descrever matematicamente os estados possíveis do eletrão num átomo de Hidrogénio, os quais tinham sido postulados em 1913 pelo dinamarquês Niels Bohr, o criador da “teoria quântica antiga”.
Anteriormente, o cientista alemão Max Planck sugeriu em 1900 que a luz, os raios-x e as outras ondas eletromagnéticas não podiam ser emitidas em quantidades arbitrárias, mas apenas em certas quantidades pequenas a que chamou quanta. A hipótese dos quanta explicava muito bem a emissão de radiação por meio de corpos quentes, mas as suas aplicações no determinismo só foram compreendidas em 1926, quando Heisenberg formulou o seu famoso princípio da incerteza. O princípio da incerteza teve implicações profundas na maneira como víamos o mundo, que ainda hoje continuam a ser objeto de grande controvérsia por parte dos filósofos. Tanto a ideia de quantum como o princípio da incerteza levaram, nos anos 20, a reformularem a mecânica numa nova teoria, chamada mecânica quântica. Em geral, a mecânica quântica não prevê um único resultado definido para cada observação, em vez disso, prevê um número de resultados diferentes possíveis e informa-nos sobre a probabilidade de cada um.
Albert Einstein, por sua vez, protestou fortemente contra esta ideia, apesar do papel importante que desempenhou no seu desenvolvimento tendo recebido o prémio Nobel pela descoberta da lei do efeito fotoelétrico. No entanto, nunca aceitou que o universo fosse governado pelo acaso, estando resumidos os seus sentimentos numa afirmação famosa: “Deus não joga aos dados”. Em contrapartida e respondendo ao que Einstein havia dito, Bohr respondeu “Não compete a si, Einstein, dizer a Deus o que Ele deve fazer”.
Schrödinger partilhou em boa parte as dúvidas de Einstein: o famoso problema do gato que tem o seu nome não passa de uma objeção à sua própria teoria. De referir que a questão do gato diz respeito a um paradoxo mental proposto por Erwin Schrödinger, no qual se coloca um gato dentro de uma caixa, juntamente com veneno, um material radioativo e um contador Geiger para detetar radiação. Existe a mesma probabilidade de o material sofrer decaimento radioativo ou não. Caso ocorra o decaimento, o contador ativará um martelo que libertará o veneno, matando o gato. Caso contrário, o gato permanece vivo. A grande questão deste experiência é que só saberemos se o gato está vivo ou morto quando abrirmos a caixa. Enquanto esta permanecer fechada, o gato encontra-se numa superposição de estados — ou seja, simultaneamente vivo e morto. Desta maneira foi possível ilustrar as peculiaridades da mecânica quântica, especialmente a ideia de superposição de estados. Neste paradoxo interessante está explícita a dificuldade de aplicar os conceitos da física quântica à realidade quotidiana, e como os fenómenos quânticos podem parecer estranhos ou pouco intuitivos.
Neste sentido, tudo indica que o mundo das partículas atómicas é mesmo regido por probabilidades. Na realidade, tem sido uma teoria com um êxito notável comprovada pelas suas imensas aplicações, sendo, por isso, o mundo das probabilidades a base de toda a ciência e tecnologia modernas. Com efeito, há imensas aplicações onde a física quântica está presente, nomeadamente, na regulação do comportamento de transístores e circuitos integrados, que são componentes essenciais de aparelhos eletrónicos, como televisões e computadores, sendo, ao mesmo tempo, a base da química e da biologia modernas.
Não se pode dizer que são conceitos fáceis e que muitas vezes temos que nos abstrair da realidade para compreendê-los. A verdade é que a física quântica é essencial na atualidade e atualmente é uma área de contínuo progresso e evolução, como é exemplo com a projeção do computador quântico que revolucionará o mundo.
Até mesmo a arte encontrou inspiração na física quântica, como o compositor brasileiro Gilberto Gil e seu álbum “Quanta”.
A Escola Secundária de Arouca não ficou de parte das comemorações do Ano da Ciência e Tecnologia Quânticas, e contou com uma exposição feita pelos alunos do 12.º ano da disciplina de Física.
Os progressos na ciência podem ser cada vez mais complexos mas são sem dúvida facilitados pela curiosidade do Homem em compreender o Universo. Que nunca ninguém perca o interesse pela descoberta, pois tal como já Einstein dizia “A coisa mais incompreensível sobre o mundo é que ele é compreensível”. Resta-nos a todos procurar essa compreensão.