Física Quântica? Saiba por onde começar os estudos

A Física Quântica é um campo teórico que foca no estudo sobre partículas atômicas e subatômicas. Parece complicado, mas se você está lendo essa matéria é porque tem afinidade (ou curiosidade) para aprender mais sobre isso.

Voltando ao assunto, considere que o assunto tem a ver com o comportamento da matéria em escala atômica e subatômica, sendo que está por trás da física dos componentes da matéria. Isto é, estamos falando de átomos, moléculas, prótons e elétrons, especialmente.

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Física Quântica? Saiba por onde começar os estudos
Foto: (reprodução/internet)

Confira os conteúdos que vai encontrar neste post:

  • Diferença entre as físicas;
  • Principais nomes da física quântica;
  • Como se tornar um físico quântico.

Diferença entre Física, Física Quântica e Mecânica Quântica

Para iniciar o artigo, é preciso deixar claro aqui alguns pontos. A Física Quântica não é a mesma Física que quase todo mundo conhece. Isso porque a física clássica não tem influência com a Física Quântica, se a gente considerar a ótica do estudo.

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Fonte: (Reprodução/Internet)

Por outro lado, a Física Quântica também tem o nome de mecânica quântica, que é uma teoria descrita no início do século XX e que revolucionou todos os estudos da física moderna. O termo vem do latim quantum e quer dizer “quantidade”. Visto isso, vamos ao que interessa.

Até o fim do século 19, as partículas eram conhecidas por terem movimentos chamados de mecânica newtoniana. A radiação eletromagnética era explicada pelas equações de Maxwell advindas do eletromagnetismo. Posteriormente, outros estudos partiram dessas equações. Vejamos essa ae volução no próximo tópico.

Evolução da Física Quântica

Depois, surgiram a mecânica clássica e outros estudos que saíram do eletromagnetismo. Como por exemplo, a termodinâmica. Já no início do século 20, os estudiosos passaram a buscar soluções que até então não eram explicadas. Uma delas era sobre os fenômenos relacionados à luz e aos átomos.

Foi nessa época que começaram os estudos para se descobrir essas interrogações.  Até que os cientistas chegaram à ideia da Física Quântica, que é sim uma das maiores descobertas científicas de todos os tempos. Ela deu um novo conceito à matéria e aos integrantes. 

A revolução intelectual do século 20

O mais engraçado é que esse debate saiu do campo das ciências exatas e chegou também em áreas humanas, especialmente da filosofia. Devido a essa troca de conhecimento, a época ficou chamada de revolução intelectual do século 20.

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Fonte: (Reprodução/Internet)

E tudo começou com o físico Max Planck, que foi um dos primeiros cientistas a criar princípios básicos da Física Quântica e que contradiziam os princípios da física clássica. Esse novo conceito foi base teórica para novos campos, da física, da química e da filosofia. 

Partiu desse estudo inicial, novos métodos e conceitos, como da matéria condensada, do estado sólido, da física atômica, da física molecular, da química computacional, da química quântica, da física das partículas, da física nuclear e muito mais. 

Qual é a base teórica da Física Quântica

Sabendo que ela partiu de Planck, considere que sofreu algumas etapas sucessivas, que trazem a público nomes como de Albert Einstein, Neumann, Feynman, entre outros. Portanto, se você quer começar os seus estudos sobre a física quântica, comece por esses cientistas.

De um modo rápido, separamos aqui um pouco sobre cada um deles e a importância deles para o que viria a ser chamado mais tarde de Física Quântica. Inclusive, é praticamente impossível estudar o curso sem falar sobre esses estudiosos revolucionários.

Max Planck e Albert Einstein

Foi ele quem iniciou os estudos focados nas radiações eletromagnéticas. Era um físico alemão, que hoje é chamado de “o pai da Física Quântica”. Ele desenvolveu estudos que foram consolidados mais tarde por grandes teóricos, como Einstein.

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Atualmente, a Constante de Planck é usada para calcular a energia do fóton. Ele descobriu também a lei da radiação térmica, que recebeu o nome de Lei de Planck da Radiação. Por esses estudos, ele recebe o Prêmio Nobel da Física no ano de 1918.

Ao lado de Planck, o Einstein, que também era um físico alemão, foi um dos maiores teóricos da Física Quântica que o mundo já viu. Ele está por trás da Teoria da Relatividade e outros estudos sobre espaço-tempo. Todos fundamentais para a criação desse campo da física. 

Einstein criou a teoria quântica

O artigo Einstein chamado “Sobre um ponto de vista heurístico relativo à produção e transformação da luz”, resolveu um quebra-cabeça que até então não tinha respostas. Assim, sugeriu que a energia é trocada em quantidades discretas (quantum). A ideia faria surgir a teoria quântica.

Werner Heisenberg e Ernest Rutherford

O Werner é o nome por trás da criação de um modelo quântico para o átimo. Outro físico alemão da lista, o Heisenberg criou estudos que falavam de raios cósmicos e partículas subatômicas. Assim como Planck e Einstein, ele também recebeu o Nobel de Física.

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E isso se deve à criação da mecânica quântica. Em seu artigo publicado no ano de1927, chamado de “Uber den anschaulichen inhalt der quantentheoretischen kinematik und mechanik”, Werner discorre sobre o Princípio da Incerteza.

Nobel de Química de 1908, Ernest Rutherford é da Nova Zelândia e é chamado de “pai da física nuclear”. Ele também assina o modelo atômico de Rutherford e o experimento da folha de ouro. As experimentações dele sobre radioatividade foram importantes para toda a humanidade.

Niels Bohr

No ano de 1911, Ernest disse que os átomos têm as suas cargas positivas concentradas em um pequeno núcleo. Assim, nasceu o modelo atômico. Isso veio do experimento da folha de ouro, chamada de dispersão de Rutherford, que provou o interior do núcleo ao mundo. 

Outro nome importante é o de Niels Bohr. Estudou muito os átomos e a radiação, sendo que foi um dos físicos da Dinamarca de maior sucesso em seu tempo. Ele preencheu alguns pontos que haviam sido deixados para trás de outro físico, o Rutherford. Assim, criou uma nova teoria que fez nascer o modelo atômico.

Ele criou um novo modelo atômico, onde dizia que os níveis de energia dos elétrons são discretos e que os elétrons orbitavam estáveis em torno do núcleo atômico. Além disso, podiam “saltar” de um nível de energia para outro. 

Erwin Schrodinger e Max Born

Ao estudar a Física Quântica, você vai ler e ver muito sobre a equação de Schrodinger, que tem esse nome devido ao seu criador, o Erwin. Ele era um físico austríaco que fez descobertas relacionadas às mudanças dos estados quânticos de um sistema físico.

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Mais um Nobel de Física da nossa lista, considere que o experimento mais conhecido dele é chamado de “Gato de Schrodinger”. De todo modo, o que ele conseguiu foi unir temas como gravidade, eletromagnetismo e forças nucleares dentro da relatividade geral. 

Seguindo Einstein e Planck, Max Born é mais um dos físicos alemães importantes para a humanidade. Nobel da Física pela “investigação fundamental na mecânica quântica, especialmente na interpretação estatísticas da função de ondas”. 

Outros cientistas

Ainda sobre Born, após o governo nazista chegar na Alemanha, ele migrou para Grã-Bretanha e lá escreveu livros que tornaria acessível ao mundo vários temas científicos. Entre eles: The Restless Universe” e “Atomic Physics”.

Após você estudar esses cientistas acima, considere que a sua lista poderá ir aumentando gradativamente. Se já chegou nesse estágio, ótimo, temos ainda mais alguns nomes que merecem o seu tempo e a sua atenção. Entre eles, vale a pena saber sobre experimentos e estudos de John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli e Richard Feymann.

Então, não tem faculdade de Física Quântica?

Na verdade, não. O que acontece é que se você observou bem a maioria dos cientistas citados acima, eles são formados em Física ou em Química. O que quer dizer que esse pode ser um primeiro passo para você se especializar mais tarde. 

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No entanto, o que é importante saber é que para adentrar nesse tema, você vai precisar ter conhecimento em conceitos da mecânica clássica, do hamiltoniano e nas propriedades de ondas. Logo, uma graduação em exatas, como em física ou química, será necessária. 

É preciso também entender muito bem a física, mais do que no ensino médio, onde a maioria das pessoas não gosta do tema. Matemática em nível universitário também é legal de se ter no currículo. Após isso, comece a resolver problemas de física e depois se especialize.

Como se especializar em Física Quântica

A verdade é que só estudando é que você poderá se tornar um cientista da Física Quântica. No Brasil, um cientista é quem passa o tempo todo fazendo estudos, experimentos, equações. E isso você pode fazer independente da sua formação na graduação.

Por exemplo, supondo que você tenha se formado em química ou física ou outras áreas, então, você pode pensar em focar em se tornar um cientista. O cientista segue carreira acadêmica, trabalhando em institutos de pesquisas ou universidades. 

No Brasil, há algumas universidades que oferecem suporte para isso. Como é o caso da PUC Minas, da USP de São Paulo e outras instituições educacionais, como a Faculdades Integradas Espírita. Esses cursos de pós-graduação são para quem já tem graduação. 

Requisitos para se tornar um físico quântico

Além de ter a graduação nos cursos citados anteriormente, existe a pós-graduação. Geralmente, são oferecidas fora do país, a maioria sendo na Inglaterra. Um bom exemplo é a pós-graduação em Física Quântica oferecida na Universidade de Birmingham e na Universidade de Sussex. 

Para estudar nessas instituições é necessário fazer algumas provas específicas em inglês, para comprovar a fluência na língua. Além disso, resolver todas as questões de visto e passaporte. Além de separar um bom investimento para custear a mensalidade nas universidades. O custo inicial é de aproximadamente 12 mil libras por ano.

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