Neste artigo estudamos uma série de experiências, susceptíveis de serem realizadas (thought experiments, ou Gedankenexperiments) com luz, que nos permite introduzir conceitos fundamentais de mecânica quântica. Foi de facto graças à luz que nasceu a física quântica, com o conceito de “pacote de energia”, ou partícula.
A interpretação científica do mundo, embora sempre pautada em observações criteriosas dos fenômenos naturais, depende do estágio de evolução ou do nível cultural em que vivemos. O desenvolvimento da Mecânica Quântica é o mais belo exemplo disso, em que uma boa dose de criatividade foi necessária frente às dificuldades que a Física Clássica apresentava no final do século XIX. Os novos conceitos criados, como a universalidade da dualidade onda-partícula ou o princípio de incerteza norteando processos de medida, regem toda a matéria e não tem análogos na Física Clássica. Embora reinante em escalas subatômicas, recentemente tem-se evidenciado traços de propriedades quânticas fundamentais mesmo no mundo macroscópico.
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.
O artigo parafraseia os trabalhos de Max Planck (1901) sobre a quantização da energia, de Albert Einstein (1905) em que propõe o quantum de luz, de Niels Bohr (1913) sobre a teoria atômica e de Louis de Broglie (1924) a respeito da dualidade onda-partícula. Esses trabalhos foram decisivos para a criação da mecânica quântica. O objetivo é comemorar o centenário do nascimento da física quântica e disponibilizar ao professor de física um material didático que considera episódios relevantes da história da física no início do século XX.
Neste artigo discutimos alguns dos desafios relacionados com a formulação e adoção de uma posição realista acerca da mecânica quântica não-relativística. Numa abordagem padrão à ontologia, os compromissos ontológicos das teorias científicas podem ser extraídos das mesmas. O realismo científico é a postura segundo a qual nossas melhores teorias científicas são aproximadamente verdadeiras e, por isso, seus comprometimentos ontológicos possuem uma correspondência com a realidade. A mecânica quântica problematiza essa imagem ao introduzir uma exigência de interpretação que atrela à teoria uma concepção de como a realidade deve ser. Isso gera dificuldades abrangentes: na medida em que separamos teoria e interpretação temos uma concepção clara de teoria, mas não de interpretação e de como extrair a respectiva ontologia. Por outro lado, se de alguma forma identificamos teoria e interpretação, temos uma concepção razoavelmente clara da ontologia que se quer, mas perdemos nossas melhores caracterizações de teoria e nossos métodos de extração de ontologia passam a ser inócuos. Esperamos com isso mapear os desafios para futuras rigorosas abordagens realistas à mecânica quântica. DOI: https://doi.org/10.29327/2194248.5.3-6
Nessa investigacao cientifica, a proposta tem fundamentacao teorica nos campos conceituais de Gerard Vergnaud. Segundo o autor, o conhecimento so ocorre ao longo de um periodo de tempo, atraves de experiencias, maturidade e aprendizagem, vivenciados pelo proprio sujeito e, por isso, organizado em campos conceituais. De acordo com esse referencial, o aprendizado ocorre quando se adquirem, de forma integrada, representacoes, invariantes operatorios e situacoes onde se apliquem o conceito. Por isso, o nosso objetivo de investigar principalmente a aquisicao simultânea de representacoes e invariantes operatorios, durante o uso de simulacoes sobre o fenomeno da dualidade onda-particula no experimento da dupla fenda. Desta forma, destacamos quatro delas: a) Interpretacao Ondulatoria; b) Interpretacao de coletivos estatisticos (corpuscular); c) Interpretacao da duplasolucao; e d) Interpretacao da complementaridade. Desse modo, os experimentos produzem resultados intrinsecamente diferentes se o seu “setup” se altera. Quando ha a possibilidade de dois caminhos para o objeto quântico, ha o surgimento de um padrao de interferencia e a necessidade de se atribuir caracteristicas ondulatorias ao objeto quântico. Quando o setup se altera, para, por exemplo, permitir a deteccao do “caminho” percorrido pelo objeto quântico, nao ocorre a interferencia e o objeto quântico se porta de forma corpuscular. Estes experimentos contemporâneos permitem que o estudante tenha contato com situacoes que sao estudadas na area da mecânica quântica de forma bastante intuitiva. As simulacoes supracitadas irao, portanto, serem utilizadas como experimentos virtuais por estudantes de nivel medio e expondo-lhes as situacoes em que, de acordo com a interpretacao de Bohr, como um objeto quântico pode ser interpretado, e, portanto determinar a formacao do conceito de dualidade onda-particula. Durante todo o desenvolvimento da pesquisa, teremos tres focos: a) foco na representacao (ondas ou corpusculos); b) foco nos invariantes (a simulacao); e c) foco na situacao (experimentos quânticos). O metodo a ser utilizado sera uma combinacao de questoes compostas de questoes abertas sobre situacoes-problemas (pre e pos-testes) utilizando-se o protocolo Think aloud. Esperamos assim, com essa pesquisa, investigar o aprendizado nos moldes de conceitos cientificos e tornar a ferramenta um instrumento potencial na formacao dos estudantes, tanto do ensino medio ou universitario.