Por que a mecânica newtoniana não se aplica no reino quântico?

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Estátua de Isaac Newton, no Trinity College em Cambridge.

Artigo traduzido e originalmente publicado no site Quora.

Olhe para este mapa. Por que ele não mostra a localização da Casa Branca? Ou mesmo dos continentes americanos?

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Bem, porque este mapa foi desenhado por um europeu no século XII, numa tentativa de traçar o “mundo conhecido”, e como eles não sabiam nada sobre a América, eles não podiam incluí-la em seu mapa.

Este mapa é totalmente inútil em tentar encontrar a localização das coisas na América!

No entanto, se você queria localizar Roma, ainda hoje, o mapa tem algum uso – você pode ver a forma geral da Itália e assim por diante.

Pense na ciência como um mapa.

Claro, os mapas mudam ao longo do tempo. Temos melhor resolução – novas ilhas são descobertas e assim por diante.

Alguns mapas são apenas mapas de Nova York – e alguns mostram as redes de esgoto de Paris – nem todos os mapas são úteis em todos os lugares ao mesmo tempo.

No entanto – você pode usar mapas antigos em determinadas circunstâncias – se as coisas que estão no mapa não mudarem muito.

Por exemplo: o cara que fez o mapa acima era siciliano (penso eu) e por este motivo o mapa da Sicília é ainda bastante preciso até hoje – ele morava lá e estava muito mais familiarizado com a terra.

A mecânica newtoniana clássica é, para a ciência moderna, o que a ilha da Sicília é para este mapa.

Nossa compreensão de toda a paisagem da Terra tem sido fundamentalmente alterada nos 800 anos desde que este mapa foi elaborado (desde que descobrimos continentes inteiros fora do que era conhecido), no entanto, ainda é um bom mapa da Sicília.

O mesmo acontece com a mecânica newtoniana: descobrimos novas regiões da física fora do “nível humano” (nível de pessoas, gatos e “coisas de tamanho humano”). Mas há também um mundo inteiro a um nível atômico (mecânica quântica) e um mundo inteiro a altas escalas de energia (relatividade) que simplesmente não vemos – porque estão na América e, normalmente, nós estamos na Sicília.

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A mecânica newtoniana não descreve o mundo quântico porque Newton não tinha ideia de que o mundo quântico estava lá.

Nos últimos anos (cerca de 100 anos) pudemos enviar nossos “exploradores” para ver o que podem encontrar, e eles estão reescrevendo nossos mapas!

Às vezes é também mais útil usar os “mapas” antigos do que os novos “mapas” – se eles tornam os cálculos mais fáceis.

Por exemplo – eu poderia usar este mapa para encontrar o meu caminho para casa depois de uma noite fora:

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Uma vez que tecnicamente contém todas as informações sobre Oxford e o Reino Unido nele – no entanto, seria bastante difícil de achar o caminho certo!

Em contraste:

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Eu poderia usar este mapa realmente velho e chegar em casa muito facilmente!

Qual mapa está correto? Evidentemente, o mundo é a visão moderna – ela tem muito mais informações sobre o mundo todo. No entanto, os mapas antigos também são corretos, desde que você esteja ciente de suas limitações.

É por isso que ainda usamos a gravitação newtoniana, mesmo quando a Relatividade Geral a substituiu. A relatividade geral poderia ser usada para calcular tudo – mas é muito difícil de achar a resposta através da matemática, e a resposta é indistinguível do cálculo newtoniano em 99% das vezes.

Então, enquanto a física newtoniana não funciona para objetos de fora do alcance de Newton, ela funciona perfeitamente para objetos dentro desse alcance, com uma aproximação incrivelmente boa.

Os físicos ainda estão em busca de uma teoria que possa explicar todos os fenômenos do Universo (a chamada Teoria de Tudo). Mas isto ainda está longe de acontecer, então, por enquanto, cada uma destas grandes teorias explica o Universo de sua forma: a mecânica de Newton e a relatividade de Einstein o ”muito grande”; a mecânica quântica o ”muito pequeno”.

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Equação da Relatividade Geral.
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Ruan Bitencourt Silva
Nativo de Lages, Santa Catarina, eu sou cético, liberal, secularista, humanista, ateísta, roqueiro punk, flamenguista e um fã assíduo da ciência, da música, do esporte, da literatura e da cinematografia. Apaixonado por rock e pelo Universo, sonho em me tornar um guitarrista e astrofísico profissional (e, quem sabe, ser premiado com um Nobel e/ou um Grammy). Sou constantemente inspirado todos os dias por bandas como Nirvana, Legião Urbana e Green Day, por músicos como Kurt Cobain, Renato Russo e Billie Joe Armstrong, e por personalidades históricas como Carl Sagan, Isaac Newton e Albert Einstein. Atualmente ocupo meu tempo compondo músicas, escrevendo textos, lendo, tocando guitarra, e assistindo minhas séries preferidas. Pretendo, nos próximos anos, iniciar um bacharelado no ramo da Física, e após o término deste, construir uma pós-graduação voltada ao ramo da Astronomia. Se por ventura esse plano não der certo, seguirei a carreira como guitarrista e compositor, seja em uma banda completa ou até mesmo em uma carreira solo.