Tópicos de Física Quântica

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Brevíssima discussão sobre o Princípio da Complementaridade e sua análise a partir do Interferômetro de Mach-Zehnder. Faz-se também uma apresentação sucinta sobre realismo e positivismo, no contexto da dualidade onda-partícula.

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Tópicos de Física Quântica

  1. 1. Lucas G. Barros CFP/UFRB TÓPICOS DE FÍSICA QUÂNTICA 21 de Novembro de 2014
  2. 2. Roteiro  1)A interpretação da complementaridade.  2) Realismo e positivismo.  3) Explorando a complementaridade.
  3. 3. A interpretação da Complementaridade
  4. 4. 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.
  5. 5. 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).
  6. 6. 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.
  7. 7. 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.
  8. 8. 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.
  9. 9. 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).
  10. 10. 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.
  11. 11. Realismo e positivismo
  12. 12. Realismo em geral  Significado ontológico e epistemológico do realismo.  Negação do idealismo.  Contraposição ao positivismo Comteano.
  13. 13. 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.
  14. 14. 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
  15. 15. 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 ”
  16. 16. 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
  17. 17. 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.
  18. 18. 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.
  19. 19. Interpretação realista de uma teoria física Negações do realismo  a) anarquismo epistemológico;  b) verdade pragmática (paradigmas);  c) instrumentalismo (fraco e forte);  d) convencionalismo.
  20. 20. Figura 1. Mapeamento simplificado de algumas interpretações daTeoria Quântica. Fonte: PESSOA, 2006, p.105.
  21. 21. Explorando a complementaridade
  22. 22. Experimentos com pá giratória Figura 2. IMZ com pá giratória. Fonte: PESSOA, 1997, p.14.
  23. 23. Interferometria com polarizadores Figura 3. IMZ com polarizadores. Fonte: PESSOA, 1997, p.16.
  24. 24. Fenômenos intermediários Figura 4. Fenômeno intermediário entre onda e partícula. Fonte: PESSOA, 2003, p.114.
  25. 25. 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.

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