Por que precisamos da dualidade onda-partícula?

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Na física clássica é comum pensar que a maioria dos objetos se encaixa em uma de duas categorias: partículas ou ondas.

A diferença fundamental entre as duas é que uma onda não carrega matéria com ela. As ondas apenas se movem através da matéria, propagando energia e informação.

A luz é uma onda ou uma partícula?

No final do século XVII e início do século XVIII existia um debate muito forte acerca da natureza da luz. Algumas pessoas defendiam que ela era uma partícula enquanto outras pessoas defendiam que ela era uma onda.

Essa disputa foi resolvida pelo físico britânico Thomas Young, em 1801. Ele criou um experimento que seria capaz de diferenciar partículas e luz, o famoso experimento da fenda duplaEsse experimento encerrou um debate que durava quase um século ao conseguir confirmar que a luz era uma onda.

Mas nem toda (na verdade, quase nenhuma) descoberta ou conceito científico dura para sempre. Menos de um século depois do famoso experimento da fenda dupla realizado por Young, outros dois problemas estavam indo de encontro ao que achávamos que sabíamos sobre o Universo: o Efeito Fotoelétrico e a Catástrofe Ultravioleta.

A luz não é mais uma onda

Nesses dois experimentos independentes a mesma solução foi proposta: a luz deveria se comportar como partícula. Isso ia de encontro com séculos de debate acerca da natureza da luz, que deveria estar finalizado desde o experimento da fenda dupla de Young. Esse foi o primeiro indício forte de uma dualidade partícula-onda na física.

Agora até as partículas são ondas

Passado algum tempo – em 1924, para ser exato – um físico Francês chamado Louis de Broglie sugeriu algo ainda mais ousado: não só a luz tem comportamento dual (de onda e de partícula), como também partículas apresentam comportamento dual.

Isso foi um grande choque, porque não só os fótons, como também todas as partículas como eu, você, átomos, elétrons e pedras possuíam comportamento dual.

Essa proposta ousada foi mais tarde testada nas escalas de tamanho da física quântica usando elétrons. Curiosamente, o experimento que comprovou que os elétrons tem característica dual era bastante parecido com o experimento de Young, que provou que a luz é uma onda.

Hoje nós sabemos que a matéria tem característica dual por causa da dualidade onda-partícula. Mas esse desenvolvimento teórico e experimental foi se acumulando ao longo de séculos de debate acerca da natureza da nossa própria realidade.

Se você quiser entender mais sobre a dualidade onda-partícula e por que precisamos tanto dela, o Ciência Todo Dia fez um vídeo bastante interessante sobre o assunto (e fácil de entender).

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