A física quântica e a previsão do tempo

Segundo Demócrito, filósofo grego nascido por volta de 460 antes de Cristo, toda a matéria era constituída por partículas chamadas átomos, os quais consistiam na menor porção possível de matéria1. Só passados mais de dois mil anos é que se provou que tal não era verdade, quando J. J. Thomson2 descobriu, em 1897, o eletrão.

O conceito de Física Quântica surgiu no início do século passado. Entre os vários físicos que se dedicaram ao estudo deste ramo da ciência, sobressai Max Planck (1858-1947)3 quando, em 1900, procurava explicar questões não resolvidas pela Física Clássica, relacionadas com as micropartículas que compõem os átomos.

Mais tarde, Ernest Rutherford4 descreveu o átomo (1911) como se tratasse de um minúsculo sistema solar, em que o núcleo corresponderia ao sol e os eletrões a planetas orbitando em seu redor. O núcleo teria como constituinte uma partícula com carga positiva que só mais tarde, em 1917, Rutherford comprovou a sua existência e que designou por protão. Niels Bohr5 (1885-1962), melhorou este modelo de átomo, acrescentando, em 1913, que os eletrões se distribuíam em camadas, ou órbitas, às quais correspondiam níveis de energia diferentes. O neutrão, o outro constituinte do núcleo, foi detetado pela primeira vez por James Chadwick6, em 1932.

A convicção de que os núcleos dos átomos eram constituídos apenas por protões e neutrões só foi desfeita na década de sessenta do século passado, quando se descobriu que, afinal, são divisíveis em partículas ainda menores, designadas por quarks. Para esta conclusão teve grande importância a invenção do ciclotrão por Ernest Lawrence7, em 1929. Com base nesta invenção, foram construídos aceleradores de partículas mais aperfeiçoados, o que permitiu a descoberta dos quarks que, por sua vez, constituem os hadrões, os quais formam os protões e os neutrões.

Planck e outros físicos seus contemporâneos, verificaram que as leis da Física Clássica não se aplicavam a essas partículas. Surgiu então um novo conceito, o de “quantum”, que não é mais do que a menor quantidade de qualquer grandeza física envolvida numa interação. Consiste, em Física Quântica, na quantidade mínima de energia que constitui a radiação eletromagnética. Assim, Albert Einstein (1879-1955) considerou, em 1905, que a luz não é mais do que um conjunto de quanta8. Neste caso o quantum toma a designação de fotão. Segundo Einstein, os fotões, e os outros quanta, são caracterizados por dualidade de comportamento, ora tendo características de partículas, ora comportando-se como ondas.

Ao longo dos anos, tantos foram os cientistas laureados com o Prémio Nobel da Física devido à descoberta de novas partículas constituintes dos átomos, que Robert Oppenheimer (1904-1967), conhecido como o líder do Projeto Manhattan e apelidado “Pai da Bomba Atómica”, teria comentado certa vez, talvez com um toque de amargura, que tal prémio deveria ser entregue ao físico que não descobrisse nenhuma nova partícula.

Com base nos conceitos da Física Quântica, estão a ser testados computadores quânticos, que são incomensuravelmente mais rápidos, atendendo a que não trabalham com séries de bits (zeros e uns), mas sim com qubits (ou bits quânticos) com recurso a partículas subatómicas, como o fotão e o eletrão. Enquanto os bits só se apresentam no estado 0 ou no estado 1, os qubits, graças às propriedades da física quântica, podem existir em vários estados sobrepostos.
Poder-se-á perguntar, que tem a ver a Física Quântica com a previsão do tempo e a climatologia? Por enquanto a relação ainda não é muito evidente, mas prevê-se que, num futuro não muito distante, os computadores quânticos substituirão os computadores digitais para efeitos de previsão do tempo.

(continua)

Referências:

Joseph John Thomson (1856-1940) – físico britânico, prémio Nobel da Física em 1906
Max Planck (1858-1947) – físico teórico alemão, Prémio Nobel da Física 1918
Ernest Rutherford (1871-1937) – físico e químico neozelandês. Prémio Nobel de Química 1908
Niels Bohr – Cientista dinamarquês. Prémio Nobel da Física em 1922
James Chadwick (1891-1974) – físico britânico, prémio Nobel de Física em 1935
Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) – cientista nuclear americano, prêmio Nobel de Física de 1939
“Quanta” é o plural da palavra latina “quantum”