Física Quântica para todos (4)

O Princípio da Complementaridade

O Princípio da Complementaridade já foi citado no post anterior, mas eu gostaria de falar um pouco mais sobre ele devido a sua crucial importância na Física Quântica.
Niels Bohr, que foi um dos principais arquitetos da Mecânica Quântica, enunciou em 1927 o Princípio da Complementaridade. Este princípio atesta a natureza dual da matéria, ou seja, a matéria pode ser entendida também como onda, dependendo de como montamos nosso experimento para observá-la.

O elétron, por exemplo, pode apresentar comportamento corpuscular (partícula) ou ondulatório, dependendo de como o observamos. Ao montarmos num laboratório o experimento da fenda-dupla (veja o post Física Quântica para todos (3)), observamos o elétron como uma onda. Se montarmos o experimento do chamado efeito fotoelétrico (veja o post Física Quântica para todos (2)) o elétron apresenta um comportamento de partícula.

Figura 1 - Experiência da fenda dupla. Um feixe de elétrons é lançado contra um anteparo com duas fendas. O resultado no anteparo seguinte é uma figura de interferência. O elétron se divide, passa pelas duas fendas ao mesmo tempo e interfere consigo mesmo. Comportamento ondulatório do elétron.

Figura 2 - Efeito fotoelétrico. Luz é lançada sobre uma placa de metal e elétrons pulam da placa. Comportamento corpuscular do elétron.

Hoje a física moderna nos diz que não só o elétron, mas todas as partículas do átomo são dualidades onda-partícula.

Essa questão da dualidade onda-partícula levou os físicos a necessidade de uma nova maneira de entender o mundo físico. Levou a necessidade de uma nova teoria em relação a matéria. Na física clássica tal dualismo não existe. Um mesmo ente físico não pode ter dois comportamentos tão diferentes, como as partículas quânticas apresentam.

Niels Bohr enunciou então que: Os modelos de partícula ou de onda são complementares. Se num determinado experimento provamos o caráter ondulatório da matéria então é impossível observar o caráter de partícula no mesmo experimento, e vice-versa. A escolha de que modelo usar depende da natureza da medida.

Trocando em miúdos, se vamos observar o elétron como partícula ou como onda dependerá do experimento que montamos, ou seja, primeiro o observador "escolhe", monta o experimento adequado, para observar o elétron. Uma vez que ele é observado como onda, não será possível observá-lo como partícula no mesmo experimento e vice-versa.

Diz a literatura que Niels Bohr buscou sua inspiração da complementaridade no famoso símbolo do Tao:

Figura 3 - Tao

O fato do observador "definir" se o elétron será uma onda ou uma partícula está relacionado com o colapso da função de onda, que será o assunto do próximo post. Na sequência veremos também o famoso e importantíssimo Princípio da Incerteza de Heisenberg.

Até lá!