tópicos de física quântica
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Lucas G. Barros
CFP/UFRB
TÓPICOS DE FÍSICA QUÂNTICA
21 de Novembro de 2014
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Roteiro
1) A interpretação da complementaridade.
2) Realismo e positivismo.
3) Explorando a complementaridade.
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A interpretação da
Complementaridade
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Relembrando...
Na versão fraca da dualidade onda-partícula, o
estado Ψ é apenas um ente matemático, sendo
desprovido de realidade física, porém, considera
que Ψ seja a descrição mais “completa” de um
objeto quântico. Assim, o fóton se comporta OU
como partícula OU como onda, mas nunca
ambos ao mesmo tempo.
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Origens
Descrição dos processos atômicos: necessidade da
existência simultânea dos conceitos de partícula e
onda para explicar os processos atômicos (Bohr).
2ª quantização: Representação ondulatória e
corpuscular como aspectos diferentes de uma
mesma realidade física (Heisenberg).
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Origens Em fevereiro de 1927,
numa palestra intitulada
“The Quantum
Postulate and the
Recent Development of
Atomic Theory”, Bohr
apresentou
publicamente suas
primeiras ideias sobre a
complementaridade.
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Formulação da complementaridade
Tese da linguagem clássica: a descrição dos resultados das medições só pode ser feita na linguagem da física clássica. O observador nunca pode ser eliminado.
Macro-realismo: não existência de superposições macroscópicas (interpretação ortodoxa).
Desafio à linguagem clássica: o postulado quântico – descontinuidade estranha às leis clássicas. Interação entre observador e experimento. Bohr partiu do postulado quântico como um fato fundamental.
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Os três tipos de complementaridade
1) Complementaridade entre coordenação espaço-temporal e asserção da causalidade: complementaridade entre observação e definição. Envolve características que são consistentes na Física clássica.
2) Complementaridade entre partícula e onda: envolve aspectos excludentes na Física clássica. Os aspectos ondulatório e corpuscular de um objeto quântico são revelados por arranjos experimentais mutuamente excludentes.
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Os três tipos de complementaridade
3) Complementaridade entre observáveis
incompatíveis ( x e p ): as medições de x e p
parecem que interferem entre si (medição
conjunta entre x e p, por exemplo).
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Principais teses da Interpretação Ortodoxa
1) Postulado quântico: existe uma indivisibilidade em qualquer processo atômico, e se dá em quanta de energia discretizados e de localização bem definida.
2) Linguagem clássica: só temos acesso ao mundo microscópico através de aparelhos macroscópicos.
3) Distúrbio interacional: é impossível controlar os distúrbios provocados no objeto microscópico pela interação com o aparelho de medição.
4) Positivismo: a teoria quântica só trata das observações de objetos microscópicos. Não faz sentido referir-nos a uma realidade independente do observador.
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Realismo e positivismo
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Realismo em geral
Significado ontológico e epistemológico do
realismo.
Negação do idealismo.
Contraposição ao positivismo Comteano.
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Realismo em geral
Fundamentação do uso da matemática na ciência levou
ao positivismo lógico e empirismo lógico.
Na década de 1950, iniciou-se uma reação contra o
positivismo lógico, centrando-se fogo especialmente
no seu “empirismo” (K. Popper, W. Quine).
Rejeição do positivismo em outras áreas das ciências.
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Os problemas do conhecimento
Essência do
conhecimento
É o objeto que determina o sujeito ou é o sujeito que
determina o objeto do conhecimento?
Realismo
Materialismo
Idealismo
Transcendental Conceitual
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Os problemas do conhecimento
Possibilidade do
conhecimento
Pode o sujeito conhecer verdades a respeito do mundo?
Diferentes formas
de realismo Ceticismo
Pragmatismo Relativismo
“
T
A
L
V
E
Z
”
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Os problemas do conhecimento
Origem do
conhecimento
É a razão ou a experiência a fonte e a base do
conhecimento humano?
Intelectualismo Empirismo
Emp. radical Fisicalismo
Operacionismo Positivismo
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Interpretação realista de uma teoria física
1) Realismo ontológico: existe uma realidade física que independe do conhecimento e da percepção humana.
2) Realismo científico: as proposições de uma teoria têm ou são verdadeiras ou são falsas de acordo com a teoria da verdade por correspondência.
3) Realismo dos termos teóricos: a teoria pode conter “termos teóricos” que se referem a entidades físicas que não são diretamente observadas.
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Interpretação realista de uma teoria física
4) Realismo metodológico: a meta principal da ciência é atingir a verdade.
5) Realismo convergente: as teorias físicas se aproximam cada vez mais da verdade.
6) Inferência para a melhor explicação: a melhor explicação para o sucesso prático da ciência é a suposição de que as teorias científicas são aproximadamente verdadeiras.
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Interpretação realista de uma teoria física
Negações do realismo
a) anarquismo epistemológico;
b) verdade pragmática (paradigmas);
c) instrumentalismo (fraco e forte);
d) convencionalismo.
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Figura 1. Mapeamento simplificado de algumas interpretações da Teoria Quântica. Fonte: PESSOA, 2006, p.105.
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Explorando a
complementaridade
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Experimentos com pá giratória
Figura 2. IMZ com pá giratória. Fonte: PESSOA, 1997, p.14.
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Interferometria com polarizadores
Figura 3. IMZ com polarizadores. Fonte: PESSOA, 1997, p.16.
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Fenômenos intermediários
Figura 4. Fenômeno intermediário entre onda e partícula. Fonte: PESSOA, 2003, p.114.
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Referências
AGUIAR, C.E. Mecânica Quântica: uma abordagem (quase) conceitual. Notas de aula (IF/UFRJ).
PESSOA Jr, O. Conceitos de Física Quântica. 1 ed. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2003.
______. Interferometria, Interpretação e Intuição: Uma Introdução Conceitual à Física Quântica. Rev. Bras. Ens. Fís., v.19, n.1, mar. 1997.
______. Introdução histórica à teoria quântica, aos seus problemas de fundamento e às suas interpretações. Caderno de Física da UEFS, v.4, n1-2, p. 89-114, 2006.
Quatum what? Disponível em: http://www.quantica.fis.ufba.br/pg/uncertainty_origins.php. Acesso em: 20 nov. 2014.