Dualidade onda-partícula e a física quântica explicada

A física quântica começou a ganhar destaque no início do século XX, quando o físico alemão Max Planck propôs a hipótese da quantização da energia. Anos depois, cientistas como Albert Einstein, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e outros deram continuidade a esses estudos, desenvolvendo conceitos importantes, como a dualidade onda-partícula.

O físico francês Louis de Broglie ficou famoso por apresentar o conceito de dualidade onda-partícula, em meados de 1924. Esse conceito explica que partículas na mecânica quântica, como elétrons e fótons, podem se comportar como ondas, dependendo do tipo de experimento realizado.

A tese de Broglie é considerada um marco na ciência, pois teve um impacto significativo no avanço da mecânica quântica. Apenas três anos depois, um experimento conduzido pelos físicos norte-americanos Clinton Davisson e Lester Germer comprovou a dualidade onda-partícula. Assim, foi iniciado um intenso período de pesquisas e descobertas na física quântica.

Antes da teoria da dualidade onda-partícula, os cientistas já discutiam se a luz era uma onda ou composta por partículas. Em 1905, Albert Einstein propôs que a luz pudesse apresentar ambos os comportamentos, a depender da forma de experimentação.

“A dualidade onda-partícula é a propriedade de entidades físicas, como luz e elétrons, de exibirem tanto características de onda quanto de partícula. O físico francês Louis de Broglie propôs, em 1924, que os elétrons e outros fragmentos discretos de matéria, até então vistos apenas como partículas materiais, também possuem propriedades de onda, como comprimento de onda e frequência”, a enciclopédia Britannica descreve.

Onda, partícula e física quântica

Primeiro, é importante compreender o que são ondas e partículas. Uma partícula pode ser comparada a um grão de sal, areia, átomos ou elétrons. Assim como uma bola de gude, partículas ganham energia cinética ao serem movimentadas.

Já as ondas, como as ondulações em uma piscina, se propagam de um ponto a outro carregando energia. Diferentemente das partículas, as ondas não transportam matéria; elas apenas transferem energia por meio de oscilações no meio onde se propagam.

Talvez você ainda não tenha notado as diferenças, mas imagine duas partículas se movendo em direções opostas: o resultado será uma colisão, com troca de energia ou alteração de trajetória. 

No caso de ondas, quando elas se encontram, não colidem; elas interagem através do fenômeno de superposição, onde continuar a se propagar através umas das outras. Durante essa interação, podem ocorrer algumas interferências, onde as amplitudes das ondas se combinam e amplificam ou reduzem a intensidade.

Quando os cientistas descobriram que a luz, conhecida como uma forma de onda, também podia se comportar como uma partícula, começaram a questionar se o mesmo poderia ocorrer com elétrons e átomos. A partir daí, as pesquisas na área da física quântica só aumentaram.

Em um artigo publicado no site The Conversation, o pesquisador de Ciência e Engenharia de Materiais da CSIRO, Tim Davis, afirma que já foi comprovado que partículas subatômicas podem apresentar comportamento de onda. Em um experimento que ele realizou com elétrons, Davis explica que os instrumentos detectaram um padrão de difração semelhante ao que é observado em ondas.

Dualidade onda-partícula

A dualidade onda-partícula depende das circunstâncias e do comportamento do experimento. Por exemplo, uma onda pode manter seu comportamento ondulatório durante toda a propagação; porém, em certas condições, pode ser confinada como uma partícula.

Diversos experimentos científicos já demonstraram que partículas subatômicas, como os átomos, podem exibir características de onda em situações específicas. Por isso, parte da comunidade científica sugere que, potencialmente, tudo no universo poderia apresentar certas características de ondas.

De qualquer forma, é importante destacar que o tema é muito mais amplo do que a breve explicação apresentada neste artigo. Não é à toa que os cientistas continuam buscando entender os detalhes sobre como esse fenômeno acontece.

Mantenha-se atualizado sobre física quântica aqui no TecMundo. Se desejar, aproveite para compreender a ciência por trás do paradoxo do gato de Schrödinger. Até mais!