Atualizando a descrição do blog: Tive a intenção de criar este blog para divulgar conceitos, fatos históricos, curiosidades e outros temas sobre a grande ciência física. Existem muitos outros blogs sobre o assunto, mas a minha intenção principal é tentar escrever sobre assuntos de física vistos na graduação ou de pesquisa física para o público geral. Minhas ideias sobre temas para as colunas surgem de textos e artigos que vou lendo ao longo do meu trabalho acadêmico. Discussões são sempre bem vindas!
Abraço a todos!

terça-feira, 25 de abril de 2017

Livro - A Ordenação da Realidade

Neste texto vamos comentar um pouco sobre o livro A Ordenação da Realidade, escrito pelo físico Werner Heisenberg durante os anos da segunda guerra mundial e publicado somente em 1984.


O livro, publicado no Brasil pela editora Forense Universitária, apresenta um conjunto amplo de discussões e reflexões filosóficas de um Heisenberg muito mais maduro tanto como cientista quanto como cidadão alemão em um contexto muito complexo, uma vez que Heisenberg foi um dos únicos físicos de ponta da época que decidiu permanecer na Alemanha durante a segunda guerra mundial.

Antes do inicio do manuscrito propriamente dito, o livro traz uma apresentação bem detalhada sobre o conteúdo do livro, o qual possui uma escrita complexa. Esta introdução é feita por Fábio Antônio da Costa e Antônio Augusto Passos Videira, ambos da Universidade Estadual do Rio de Janeiro

O Livro

A primeira parte do livro é voltada a explicar o que Heisenberg entende por realidade e o que ele define por diversas regiões da realidade. Aqui e durante o tempo todo Heisenberg deixa claro o fato da realidade ser função direta da observação, no sentido amplo da palavra.

A segunda parte é dedicada a explorar as diversas regiões da realidade, bem como as conexões entre elas. Nesta parte Heisenberg adentra os mais diferentes campos da ciência, como a Física, a vida orgânica e a consciência.

Em todo o texto, em todos os campos, Heisenberg tenta organizar as mais diferentes teorias como formas de realidades inferiores ou superiores, apresentando suas conexões.

É um livro muito interessante, mas que deve ser lido com calma e atenção. Além disso, é um livro mais de filosofia da ciência do que propriamente sobre física, indicado a qualquer pessoa de qualquer curso, pois abrange uma discussão sobre muitos setores da ciência.

Se alguém leu o livro, poste aqui seu comentário!

Abraços!

quinta-feira, 13 de abril de 2017

O Efeito Compton

 Neste texto falaremos sobre mais um efeito que deixa evidente a característica quântica em sistemas físicos, ou melhor, que mostra explicitamente a chamada dualidade onda-partícula. Comentaremos a respeito do efeito Compton.

Antes de introduzirmos o efeito de um ponto de vista histórico, vale a pena ressaltarmos dois outros efeitos em que a dualidade onda-partícula começa a ficar evidente. Primeiro, a radiação de corpo negro (a ser comentada ainda neste blog) mostra que a radiação emitida por corpos é quantizada, emitida em quantidades discretas e não contínua, como se acreditava. E, em segundo, o efeito fotoelétrico deixa claro que uma explicação satisfatória para o experimento é apenas obtida se a energia transferida à matéria também é quantizada. Em termos históricos, a explicação do efeito fotoelétrico foi a primeira a sugerir que a energia era quantizada e, naquela época, muitos físicos importantes achavam que tal explicação era apenas provisória e que em um futuro não distante uma explicação segundo os preceitos tradicionais da física seria dada. Dentre tais físicos, destaca-se o próprio Compton.

Em 1923, Arthur Holly Compton, físico americano, investigou sistematicamente o espalhamento de raio-x monocromático por vários materiais. O que ele observou foi que em geral a frequência do raio-x espalhado era menor do que a frequência do raio-x original. Este resultado não era explicado pela teoria eletromagnética clássica, que afirma que a frequência depende apenas das características da onda incidente e, portanto, as frequências da onda incidente e espalhada deveriam ser as mesmas.

O experimento realizado por Compton está ilustrado na figura abaixo.



O que Comptou mediu no experimento foi o comprimento de onda do raio-x espalhado em função do ângulo θ ou, em outras palavras, a frequência da luz espalhada em função do ângulo de espalhamento.

Para resolver a discrepância entre os resultados experimentais e a teoria, Compton optou por considerar os raios-x como partículas, fótons, de frequência e energia bem definidas. Além disso, no experimento o raio-x incidia sobre um alvo de grafite. Sendo que a energia associada aos fótons é muito maior do que a energia cinética e de ligação dos elétrons na superfície do grafite, Compton considerou os elétrons como estando livres e em repouso, uma suposição muito razoável dadas as comparações das energias.

O esquema abaixo ilustra o raio-x incidente, o elétron e o raio-x espalhado.


Compton considerou os fótons como possuindo uma energia e um momento dados por

E = h ν0 , e p = h ν0/c, onde ν0 é a frequência associada aos fótons incidentes e c é a velocidade da luz no vácuo. Além disso, ele assumiu que tais fótons colidiam com um elétron  de massa de repouso m0 em uma colisão perfeitamente elástica.

Então, levando-se em conta a conservação de energia e do momento linear, e considerando as correções relativísticas para as equações, Compton chegou  na seguinte equação,

λs - λ0 = h/(m0 c) (1 - cos (θ))

Esta equação mostra que a diferença entre os comprimentos de onda espalhado e incidente depende do ângulo de espalhamento. O valor h/(m0 c), onde h é a constante de Planck, é conhecido como comprimento de onda de Compton, ou seja, existe de fato uma diferença entre os comprimentos de onda, ou frequência do raixo-x incidente e do raio-x espalhado, como observado experimentalmente. Esta diferença só é nula no caso particular em que o ângulo de espalhamento é 0, ou seja, a direção de espalhamento é exatamente a mesma do feixe incidente. 

Com esta explicação totalmente satisfatória do experimento, encerra-se de uma vez por todas o questionamento sobre a natureza dual da matéria, ou seja, constata-se de fato a dualidade onda-partícula como uma característica intrínseca da matéria.

Abaixo apresentamos alguns links interessantes sobre o efeito Compton, inclusive de sua realização experimental nos dias recentes.