Resumo: A termodinâmica quântica é um campo de investigação emergente, que ainda não constituiu um arcabouço conceitual unificado, mas já se estabeleceu como uma área de pesquisa dentro da física contemporânea. Apesar do grande número de grupos brasileiros atuantes no ramo, faltam textos em português introduzindo-o para não-especialistas. Este artigo busca ajudar a preencher essa lacuna, tendo como público-alvo professores do ensino médio, graduandos e pós-graduandos em Física, não iniciados na área da termodinâmica quântica; estudantes do nível médio e pessoas em geral com interesse no tema, desde que familiarizadas com linguagem científica. Sem introduzir técnicas nem desenvolver conceitos de forma detalhada, apresentamos, em suas linhas gerais, os objetivos da área da termodinâmica quântica, além de revisar aspectos gerais das principais teorias já estabelecidas sobre as quais a área se sustenta, com indicação de bibliografia para aprofundamento. Palavras-chave: Termodinâmica quântica, Termodinâmica, Mecânica estatística, Mecânica quântica. Abstract: Quantum thermodynamics is an emerging field of investigation which has not yet established a unified conceptual framework but does stand as a research field within contemporary physics. Despite the large number of Brazilian groups working in the subject, there is a lack of texts in Portuguese introducing it to non-experts. This article intends to help fill such gap, aiming at secondary school teachers, undergraduate- and graduate-level students in Physics, uninitiated in the field of quantum thermodynamics; secondary students and generally people interested in the subject, provided they are used to scientific language. While not introducing techniques nor developing concepts in detail, we broadly present the goals of quantum thermodynamics, besides reviewing general features of the main, well-established theories over which the field stands, with the indication of further reading. Keywords: Quantum thermodynamics, Thermodynamics, Statistical mechanics, Quantum mechanics.
Resumo: A termodinâmica quântica é um campo de investigação emergente, que ainda não constituiu um arcabouço conceitual unificado, mas já se estabeleceu como uma área de pesquisa dentro da física contemporânea. Apesar do grande número de grupos brasileiros atuantes no ramo, faltam textos em português introduzindo-o para não-especialistas. Este artigo busca ajudar a preencher essa lacuna, tendo como público-alvo professores do ensino médio, graduandos e pós-graduandos em Física, não iniciados na área da termodinâmica quântica; estudantes do nível médio e pessoas em geral com interesse no tema, desde que familiarizadas com linguagem científica. Sem introduzir técnicas nem desenvolver conceitos de forma detalhada, apresentamos, em suas linhas gerais, os objetivos da área da termodinâmica quântica, além de revisar aspectos gerais das principais teorias já estabelecidas sobre as quais a área se sustenta, com indicação de bibliografia para aprofundamento. Palavras-chave: Termodinâmica quântica, Termodinâmica, Mecânica estatística, Mecânica quântica. Abstract: Quantum thermodynamics is an emerging field of investigation which has not yet established a unified conceptual framework but does stand as a research field within contemporary physics. Despite the large number of Brazilian groups working in the subject, there is a lack of texts in Portuguese introducing it to non-experts. This article intends to help fill such gap, aiming at secondary school teachers, undergraduate- and graduate-level students in Physics, uninitiated in the field of quantum thermodynamics; secondary students and generally people interested in the subject, provided they are used to scientific language. While not introducing techniques nor developing concepts in detail, we broadly present the goals of quantum thermodynamics, besides reviewing general features of the main, well-established theories over which the field stands, with the indication of further reading. Keywords: Quantum thermodynamics, Thermodynamics, Statistical mechanics, Quantum mechanics.
Este artigo aborda o desenvolvimento da Física Quântica através de uma evolução cronológica e aponta os principais físicos que contribuíram com as suas teorias e também com os experimentos que validaram ou não essas teorias.A termodinâmica e o eletromagnetismo são duas grandes áreas da física que tiveram um papel decisivo para o surgimento e também para o desenvolvimento da Física Quântica e por esse motivo é mencionado neste artigo uma descrição breve de suas principais descobertas, destacando as teorias que culminaram como contribuição à Física Quântica.O tratamento matemático exposto se resume na apresentação das principais equações, isto é, não foi exposto o tratamento matemático detalhado e avançado, pois o foco do trabalho é de apresentar a evolução dos conceitos.É destacado também o desenvolvimento simplificado da estrutura atômica por ter sua evolução concomitante com a evolução da Física Quântica.
O presente artigo visa expor as principais teorias do campo da física quântica, assim como suas implicações ontológicas. Não se busca, aqui, uma interlocução com teorias metafísicas estabelecidas no campo da filosofia, nem mesmo uma exploração extensa da bibliografia estabelecida nas ciências. Foi usado um livro para a exposição geral das teorias, de seus desdobramentos e de suas consequências. No caso, trata-se do livro Quantum ontology: A guide to the metaphysics of quantum mechanics, de Peter J. Lewis. Foi privilegiada, portanto, uma abordagem em que a abrangência foi preferida em relação à profundidade. Um cotejamento cuidadoso com outras teorias metafísicas teria trazido uma visão mais específica dos possíveis problemas de fundo presentes tanto na ontologia (nas ontologias) derivadas da mecânica quântica quanto nas teorias cotejadas, mas a consequência seria retirar apresentações de outras possibilidades presentes dentro da própria teoria da mecânica quântica. Preferimos, portanto, apresentar um panorama amplo, de modo a contextualizar o leitor dentro de um campo de pesquisa, e deixar aprofundamentos específicos para outra oportunidade.
Resumo A Termodinâmica foi consolidada durante a Revolução Industrial, estabelecendo um arcabouço teórico e prático para descrever como energia pode ser transformada e utilizada. Com o surgimento da Teoria da Informação, ocorreu uma das primeiras associações entre informação e energia, fazendo com que diversos conceitos termodinâmicos fossem revisitados sob essa perspectiva. A Termodinâmica Quântica emerge, então, da necessidade de descrever essas trocas energéticas em sistemas governados pelas leis da Mecânica Quântica. A segunda revolução quântica impulsiona esse cenário em que as tecnologias vem sendo cada vez mais miniaturizadas e faz-se necessário compreender o papel das leis quânticas para um funcionamento otimizado. Neste artigo, revisitamos as ideias que deram origem à Termodinâmica Quântica e apresentamos uma introdução às suas bases teóricas. Discutimos as definições de trabalho, calor e entropia em sistemas quânticos, reinterpretando a primeira e a segunda lei nesse contexto, e ilustramos esses conceitos através do exemplo de um sistema composto por um único qubit. Exploramos também como recursos quânticos podem oferecer vantagens termodinâmicas. Na sequência, abordamos duas aplicações centrais: máquinas térmicas e baterias quânticas, discutindo seus modelos teóricos e as respectivas implementações experimentais. Concluímos destacando os desafios atuais e os possíveis avanços dessa área que encontra-se em rápida ascensão. Esperamos oferecer uma breve introdução ao tema a estudantes de graduação e pós-graduação em ciências exatas.
A Fisica Quântica ou Mecânica Quântica e o ramo da Fisica que estuda os fenomenos subatomicos, ou seja, os fenomenos que ocorrem em escalas de nivel menor que a escala atomica e surgiu da necessidade de complementar a Mecânica Classica que ja nao podia explicar completamente alguns fenomenos, como por exemplo, o movimento dos eletrons na eletrosfera dos atomos e os diferentes comportamentos observados na luz. A Fisica Quântica constitui uma area avancada da Fisica, chamada Fisica Moderna, que geralmente nao e abordada no Ensino Medio ficando restrita a estudantes de Ensino Superior, porem desperta grande interesse daqueles que gostariam de compreender esta area que tanto contribuiu para a evolucao da Fisica. O fato de nao ser um topico abordado no Ensino Medio, juntamente com divulgacoes equivocadas dos conceitos envolvidos acaba por fazer com que parte das pessoas acredite que a Fisica Quântica esteja ligada, por exemplo, a saude e a espiritualidade. Com o objetivo de poder explica-la de forma clara e sucinta esta pesquisa busca a compreensao de alguns dos conceitos que fundamentam a Fisica Quântica bem como esclarecer, na forma de divulgacao cientifica, sua importância na evolucao do estudo da Fisica, sem aprofundamento de conteudos, ou seja, sem o uso de equacao fisicas e matematicas. Neste trabalho a principal metodologia empregada foi a Pesquisa Bibliografica realizada em livros didaticos de Fisica, livros de divulgacao cientifica e sites da internet.
Este trabalho investiga aspectos fundamentais da teoria quântica. Começamos estabelecendo um formalismo independente de teoria para o estudo de teorias físicas, inspirado pelas chamadas teorias probabilísticas generalizadas (GPTs). Nossa abordagem diverge das GPTs tanto em termos de conceitos primitivos quanto na forma como as teorias físicas são compreendidas. Consideramos observável como conceito primitivo e entendemos teorias como formalismos nos quais leis físicas ou empíricas - expressões matemáticas relacionando quantidades físicas que podem ser mensuradas em conjunto - podem ser formuladas. Além dos observáveis, nosso formalismo inclui estados e um mecanismo de atualização de estados como conceitos primitivos. Estados atribuem probabilidades a proposições sobre medições subsequentes de quantidades físicas, enquanto a atualização de estado reconstrói estados para garantir a veracidade de tais proposições. Assim como nas GPTs, nossa análise é restrita a quantidades com um número finito de valores possíveis. Sistemas quânticos de dimensão finita estão dentro do escopo do nosso formalismo. Demonstramos que a estrutura algébrica da mecânica quântica emerge localmente a partir das condições de consistência que fundamentam nossa definição independente de teoria de sistema físico, onde \"localmente\" se refere a aspectos da álgebra (parcial) de observáveis que não envolvem operações entre operadores incompatíveis. Especificamente, mostramos que observáveis possuem norma e espectro; que existe uma relação de compatibilidade para observáveis, juntamente com operações algébricas entre aqueles que são compatíveis; projeções existem e formam um conjunto parcialmente ordenado com álgebras Booleanas locais; observáveis compatíveis dois a dois estão contidos em álgebras de Banach comutativas geradas por um único observável; estados definem funcionais parcialmente lineares no conjunto de observáveis; observáveis admitem decomposição espectral, entre outros. Esses resultados contribuem para a importante linha de pesquisa centrada em derivar o formalismo quântico a partir de suposições simples. Além disso, eles destacam uma diferença fundamental entre nosso formalismo e as GPTs, já que estas últimas são conhecidas por comumente não incluírem operações algébricas e projetores. A emergência local da estrutura algébrica da mecânica quântica tem implicações significativas para o problema das correlações quânticas, ou seja, o problema de se identificar princípios que expliquem as correlações produzidas por sistemas quânticos. Essa estrutura local nos permite provar que princípios importantes que governam as correlações quânticas, como a não-perturbatividade, a não-sinalização, o princípio de Specker, o princípio da exclusividade e o princípio da ortogonalidade local, são inerentemente satisfeitos em nosso formalismo. Consequentemente, nenhuma teoria dentro do escopo da nossa descrição pode violá-los, e as correlações por elas produzidas não podem estar consideravelmente distantes do chamado conjunto quântico. Exemplos notáveis de correlações pós-quânticas, como caixas PR e correlações quase-quânticas, são automaticamente excluídos. Concluímos nosso trabalho abordando o problema das variáveis ocultas. Provamos um teorema de impossibilidade para modelos de variáveis ocultas com base em uma única condição de consistência: o modelo deve atualizar estados via probabilidade condicional, o que, conforme argumentamos, segue de nossa descrição do mecanismo de atualização de estados. Este teorema estabelece uma ligação direta entre a incompatibilidade e a ausência de variáveis ocultas, mostrando que modelos de variáveis ocultas que atualizam estados existem se, e somente se, os observáveis em questão forem dois a dois compatíveis. Com base nisso, analisamos afirmações de cunho ontológico e metafísico tipicamente associadas a contextualidade, não-localidade e psi-ontologia.
Para fins operacionais, este Dossiê adotou a abordagem deflacionada descrita no Editorial.Ou seja: se concentrou mais em abordagens estritas do campo quântico nas artes, na filosofia, na computação, na semiótica e nas fronteiras transdisciplinares que essa investigação exige.Isso não minimiza a necessidade de compreender o campo quântico a partir dessas apropriações mais amplas, em alguns casos totalmente alheias aos procedimentos-padrão da ciência.Para isso enfatizar a diversidade do campo quântico e ao mesmo tempo demonstrar linhas convergentes de seus horizontes, dividimos este Dossiê em três áreas: 1. Arte, Literatura e Audiovisual 2. Computação, Sistemas e Complexidade 3. Ontologia, Cosmologia e Epistemologia.A entrevista de abertura com Osvaldo Pessoa Junior se entrelaça perfeitamente aos objetivos deste Dossiê.Um dos pesquisadores mais reconhecidos do Brasil na área de filosofia da teoria quântica, com formação em física e em filosofia, Osvaldo é autor de artigos e de livros-base seminais para a compreensão da quântica em um espectro amplo e diversificado.Especialista também em filosofia da mente, em sua entrevista Osvaldo estabelece ressonâncias extremamente ricas entre as descobertas da quântica e as novas fronteiras das ciências cognitivas.Além disso, posiciona de modo didático e profundo as principais controvérsias, limites e problemas do campo quântico atualmente.A seção Arte, Literatura e Audiovisual conta com artigos dedicados à fascinante interface dos modelos quânticos com essas áreas.