Slides de uma palestra sobre conceitos básicos de mecânica quântica

1. O QUE É FÍSICA QUÂNTICA?

2. O que é física quântica?
Física Quântica é a área da física relevante apenas em escalas
muito pequenas.
Bem menores do que isso..
Pequenas a nível atômico e subatômico

3. Nível Atômico
Nosso mundo é constituído por matéria.
E essa matéria macroscópica pode ser dividida.
Pergunta: A matéria pode ser dividida
infinitamente ou possuiria uma
parte mínima?

4. Nível Atômico
Problema pensado desde a Grécia Antiga
Demócrito (460-370 a.C.)
Pensou o conceito de átomo (indivisível)

5. Nível Atômico
Problema pensado desde a Grécia Antiga
Aristóteles (384-322 a.C.)
Defendia que tudo podia ser dividido
indefinidamente.

6. Nível Atômico
John Dalton (século XIX)
Retoma a noção de atomismo
Controvérsias sobre o atomismo duraram muitos séculos, até...

7. Quantização da Matéria
Joseph Thomson (século XX)
Descobriu o elétron
Modelo do pudim de passas

8. Nível Atômico
Ernst Rutherford (1911)
Modelo das órbitas

9. Nível Atômico
Niels Bohr (1913)
Modelo dos níveis de energia.

10. Quantização
A palavra “Quântica” provém de quantum (quantidade mínima)
Dinheiro é um exemplo de medida
quantizada.

11. Quantização da Energia
Max Planck (1899)
Propôs que a energia é irradiada em
partes (quantizada) e dependendo da
frequência de radiação.

12. Quantização da Energia
Albert Einstein (1905)
Explicou o efeito fotoelétrico utilizando a
ideia de Planck

13. Quantização da Energia
Efeito Fotoelétrico - Conceito

14. Quantização da Energia
Efeito Fotoelétrico - Problema

15. Quantização da Energia
Efeito Fotoelétrico – Solução
Quantum de luz (fóton)

16. Dualidade Onda-Partícula
Problema: a luz apresenta propriedades de onda.

17. Dualidade Onda-Partícula
Ondas sofrem difração

18. Dualidade Onda-Partícula
Em uma difração com duas fendas ocorrem interferências.

19. Dualidade Onda-Partícula
A luz exibe padrão de interferência.

20. Dualidade Onda-Partícula
Partícula: pontual
Onda: espalhada
Não pode ser as duas coisas? Ou pode?

21. Dualidade Onda-Partícula
Louis De Broglie (1927)
Ideia das ondas de
matéria

22. Dualidade Onda-Partícula
Se uma onda pode ser partícula, uma partícula pode ser onda?

23. Dualidade Onda-Partícula
Experimento da dupla fenda para elétrons.

24. Dualidade Onda-Partícula
Começa com detecções pontuais (típico de partícula)

25. Dualidade Onda-Partícula
Mas apresenta padrão de interferência após um tempo (típico
de onda)

26. Dualidade Onda-Partícula
Caso se tente saber o movimento do elétron no meio do
caminho...

27. Dualidade Onda-Partícula
...o padrão de interferência se perde na detecção da tela.

28. Dualidade Onda-Partícula
Conclusão:
Parece que o elétron se comporta como onda antes de ser
medido e como partícula após ser medido.
Antes de medir
Depois de medir

29. Problema da Medição
Por que a onda vira um único ponto quando medimos?
Em outras palavras...por que não podemos ter todas as
informações?

30. Problema da Medição
Werner Heisenberg
Princípio da Incerteza
Niels Bohr
Princípio da Complementaridade

31. Problema da Medição
Erwin Schrödinger
Princípio de Superposição
Antes da medição, consideramos todos os
estados possíveis como válidos.
Depois da medição, um dos estados é
definido aleatoriamente.
Tudo que podemos fazer é trabalhar com as probabilidades de
detecção!

32. Interpretações da Teoria Quântica
Devido a essas estranhezas, a física quântica está sujeita a
diversas interpretações.

33. Interpretações da Teoria Quântica
Interpretação de Copenhague
Antes Depois
Aceita a superposição como explicação do comportamento quântico.

34. Interpretações da Teoria Quântica
Interpretação de Copenhague
Mas...temos o problema do Gato de Schrödinger.

35. Interpretações da Teoria Quântica
Interpretação Determinista
“Deus não joga dados com o mundo” - Albert Einstein

36. Interpretações da Teoria Quântica
Interpretação Idealista
A consciência é a causa da medida.
Filme: “Quem Somos Nós?”

37. Interpretações da Teoria Quântica
Interpretação dos Muitos Mundos
Defendida por Hugh Everett
Há um universo para cada medida possível.

38. Interpretações da Teoria Quântica
Interpretação dos Muitos Mundos

39. Efeitos e Aplicações da Física Quântica
Que tipos de consequências a teoria quântica traz?

40. Efeitos e Aplicações da Física Quântica
Efeito de Tunelamento
Representação icônica de uma
partícula subatômica

41. Efeitos e Aplicações da Física Quântica
Efeito de Emaranhamento: Não-Localidade

42. Efeitos e Aplicações da Física Quântica
Aplicação do Efeito de Emaranhamento: Teletransporte de
informação.

43. Efeitos e Aplicações da Física Quântica
Outras aplicações
Química Laser Eletrônica

44. Efeitos e Aplicações da Física Quântica
Computação Quântica

45. Livros Básicos de Física Quântica

46. Extras

47. FIM