Dualidade onda-partícula
A dualidade onda-partícula é talvez um dos conceitos mais confusos em física, porque é tão diferente de tudo o que vemos no mundo comum.
Os físicos que estudaram a luz nos anos 1700 e 1800 tiveram uma discussão sobre se a luz era feita de partículas ou ondas. A luz parece fazer as duas coisas. Às vezes, a luz parece ir apenas em linha reta, como se fosse feita de partículas. Mas outras experiências mostram que a luz tem freqüência e comprimento de onda, assim como uma onda sonora ou uma onda na água. Até o século 20, a maioria dos físicos pensava que a luz era uma ou outra, e que os cientistas do outro lado do argumento estavam simplesmente errados.
Situação atual
Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Niels Bohr trabalharam sobre este problema. A teoria científica atual é que todas as partículas agem tanto como ondas quanto como partículas. Isto foi verificado para partículas elementares, e para partículas compostas como átomos e moléculas. Para partículas macroscópicas, por causa de seus comprimentos de onda extremamente curtos, as propriedades das ondas geralmente não podem ser detectadas.
Experiência
Em 1909, um cientista chamado Geoffrey Taylor decidiu que iria resolver este argumento de uma vez por todas. Ele tomou emprestado um experimento inventado anteriormente por Thomas Young, onde a luz brilhava através de dois pequenos buracos bem ao lado um do outro. Quando a luz brilhante brilhava através destes dois pequenos buracos, ele criava um padrão de interferência que parecia mostrar que a luz era na verdade uma onda.
A idéia de Taylor foi tirar uma foto da luz saindo dos buracos com uma câmera especial que era invulgarmente sensível à luz. Quando a luz brilhante brilhava através dos buracos, a foto mostrava um padrão de interferência, assim como Young mostrou anteriormente. Taylor então baixou a luz para um nível muito baixo. Quando a luz estava suficientemente fraca, as fotos de Taylor mostravam pequenos pontos de luz espalhados para fora dos furos. Isto parecia mostrar que a luz era na verdade uma partícula. Se Taylor permitiu que a luz fraca brilhasse através dos buracos por tempo suficiente, os pontos eventualmente encheram a foto para fazer um padrão de interferência novamente. Isto demonstrava que a luz era de alguma forma tanto uma onda quanto uma partícula.
Para tornar o assunto ainda mais confuso, Louis de Broglie sugeriu que a matéria poderia agir da mesma forma. Os cientistas realizaram então estas mesmas experiências com elétrons, e descobriram que os elétrons também são de alguma forma partículas e ondas. Os elétrons podem ser usados para fazer o experimento de dupla abertura de Young.
Hoje, essas experiências têm sido feitas de tantas maneiras diferentes por tantas pessoas diferentes que os cientistas simplesmente aceitam que tanto a matéria quanto a luz são de alguma forma ondas e partículas. Os cientistas ainda estão inseguros sobre como isto pode ser, mas eles têm certeza de que deve ser verdade. Embora pareça impossível entender como qualquer coisa pode ser tanto uma onda quanto uma partícula, os cientistas têm várias equações para descrever estas coisas que têm variáveis tanto para o comprimento de onda (uma propriedade de onda) quanto para o momento (uma propriedade de partícula). Esta aparente impossibilidade é referida como a dualidade onda-partícula.
Teoria básica
A dualidade onda-partícula significa que todas as partículas mostram tanto as propriedades de onda como as de partícula. Este é um conceito central da mecânica quântica. Conceitos clássicos como "partícula" e "onda" não descrevem completamente o comportamento de objetos em escala quântica.
Partículas como ondas
Um elétron tem um comprimento de onda chamado "de Broglie wavelength" (comprimento de onda de Broglie). Ele pode ser calculado usando a equação
λ D = h ρ {\displaystyle lambda _{D}={\frac {h}{\rho }}} 
λ D {\displaystyle {\displaystyle {\d}}
é o comprimento de onda de Broglie.
h
{\i1}é a constante de Planck
Isto fez com que a idéia de que os elétrons em átomos mostram um padrão de onda em pé.
Ondas como partículas
O efeito fotoelétrico mostra que um fóton leve que tem energia suficiente (uma freqüência suficientemente alta), pode fazer com que um elétron seja liberado da superfície de um metal. Neste caso, os elétrons podem ser chamados de fotoelétrons.
Páginas relacionadas
- Max Planck
- Mecânica quântica
