Aplicações da Física Quântica no dia a dia

quantum-mechanics

Por muito tempo, o mundo que conhecemos parecia seguir regras facilmente compreendidas por nossas intuições. E muitas descobertas científicas vieram a partir destas intuições: a gravidade tende a puxar tudo para “baixo” – para o centro da Terra; ao observar um navio desaparecendo no horizonte, ele desaparece por “partes”, sendo a última parte o mastro, e assim pode-se concluir que a Terra não é plana; a água é indispensável à vida na Terra; e assim por diante.

Mas isso tudo mudou com a mecânica quântica. Este campo de estudo colocou a intuição humana de cabeça para baixo. Elétrons são, ao mesmo tempo, onda e partícula, e a forma como se comportam muda apenas pela observação; partículas são “entrelaçadas” de tal forma que podem se comunicar quase que instantaneamente a distâncias absurdas; isso só para citar alguns exemplos.

Neste texto, não pretendo entrar no mérito de explicar a física quântica, coisa que já foi feita várias vezes aqui no Astropt (por mim e por especialistas de verdade que sabem muito mais do que eu sobre o assunto). Colocarei alguns links para você se aprofundar ao final deste texto. O que quero mesmo fazer é aludir a uma frase que o Carlos usa com frequência, e que é muitíssimo adequada: “a ciência não é democrática. Por exemplo, o facto da gravidade ou da electricidade funcionarem, não depende da quantidade de pessoas que acreditam nisso”.

Esta frase é adequadíssima por que ela aponta para uma característica fundamental da ciência: A capacidade de traduzir modelos científicos em aplicações no mundo real. Graças ao nosso conhecimento da gravidade, movimento e aceleração somos capazes de sair do nosso planeta e voar todos os dias em vôos comerciais de um continente a outro. Graças ao nosso conhecimento sobre energia, somos capazes de coletar eletricidade do sol, do movimento e da fissão de átomos.

Tudo isso tem aplicação prática no dia a dia. Sem estas descobertas, você provavelmente não estaria lendo este texto num computador, que funciona a eletricidade, nem faria aquelas tão desejadas férias em Machu Picchu ou Stonehenge.

E é aí que retornamos para a Física Quântica. Andei reparando que muitas pessoas interessadas em ciência (algumas que inclusive se consideram céticos), principalmente pela ignorância em relação a como a ciência funciona, possuem sentimentos confusos em relação a mecânica quântica, o que muitas vezes os levam a acreditar em vigarices pseudocientíficas e documentários tolos como “Quem Somos Nós?”. Um dos motivos que consegui perceber é a crença de que a física quântica não é uma teoria “comprovada” (sim, lá vamos nós de novo), por que não tem aplicação no mundo real. Acham que, por que este campo de estudo trata do muito pequeno, que não há um impacto relevante na vida dos cidadãos.

Estas pessoas, é claro, não poderiam estar mais enganadas. As aplicações da teoria quântica no dia a dia não são novas, e graças à ela fomos capazes de aperfeiçoar e inovar em diversas tecnologias que usamos hoje. Vou citar apenas alguns exemplos que possuem profunda relevância no mundo de hoje:

 

Transístor:
transistor
O que é: Componente eletrônico indispensável para qualquer equipamento de eletrônica, que age tanto como amplificador quanto como um switch para sinais eletrônicos.

O que tem a ver com a física quântica: Transistores dependem de uma propriedade singular dos semicondutores para operar. Graças às descobertas da mecânica quântica foi possível passar dos inseguros tubos de vácuo do ENIAC para computadores mais confiáveis e cada vez menores.

Onde se usa isso: Basicamente, em tudo que é eletrônico: de computadores a tablets, passando por GPS, satélites, naves espaciais, aviões, radares, entre outros.

 

Laser:
Military_laser_experiment
O que é: Dispositivo que produz radiação eletromagnética com características muito especiais, como se propagar como um feixe de ondas paralelas e possuir um mesmo comprimento de onda.

O que tem a ver com física quântica: Lasers funcionam quando agitamos os elétrons que orbitam átomos, os quais emitem fótons conforme retornam aos seus níveis mais baixos de energia. Os fótons emitidos fazem outros átomos liberarem fótons com o mesmo nível de energia e direção, criando um feixe de fótons que vemos como o raio laser. Todo esse processo funciona baseado num dos princípios fundamentais da mecânica quântica, que estabelece que a luz se propaga em “pacotes” chamados Quanta (meio que como a transmissão de dados via internet) e o laser funciona estimulando a emissão de um quanta específico de energia.

Onde se usa isso: Tudo que usa lasers, como o espectroscópio, scanners de código de barras, microscopia, sistemas militares de defesa, CD e Blu-Ray players, entre outros.

 

Gerador de números aleatórios:
fig3
O que é: dispositivo desenvolvido para gerar números realmente aleatórios.

O que tem a ver com física quântica: Por mais estranho que pareça, jogar um dado gera números aparentemente aleatórios, mas não realmente aleatórios. Acontece que a única aleatoriedade verdadeira acontece ao nível quântico (ex.: com informações suficientes, os cientistas são capazes de predizer resultados de uma jogada de dados). Já ouviu falar do Princípio da Incerteza de Heisenberg? (os fãs de Breaking Bad vão ter outra percepção da série agora) Nele, se estabelece que, a nível quântico, não podemos determinar com precisão e simultaneamente a posição e o momento de uma partícula. Aproveitando-se dessa imprevisibilidade, os cientistas criam o equivalente a um “dado quântico” gerando algo chamado “ruído quântico”, através de flutuações no vácuo. Medindo os níveis aleatórios de ruído produzido, os pesquisadores podem desenvolver números realmente aleatórios.

Onde se usa isso: Estatística, simulações de computador, criptografia, e em qualquer área que necessite produzir resultados totalmente aleatórios.

 

Relógio Atômico:
atomic_clock_nist
O que é: Relógio ultrapreciso (na verdade, o tipo mais preciso de relógio já criado)

O que tem a ver com a Física Quântica: O ruído quântico, por ser totalmente aleatório, limita a precisão do relógio para medir a vibração dos átomos de césio (que é como estes relógios funcionam). Mas, com este conhecimento, foi possível para pesquisadores de duas universidades alemãs desenvolverem uma forma de suprimir estes níveis de ruídos manipulando os estados de energia dos átomos de césio nos relógios atômicos.

Onde se usa isso: Em diversas aplicações que necessitam de uma precisão realmente grande, como quando engenheiros precisam calcular trajetórias para espaçonaves, para saber precisamente quão veloz o objeto de destino, seja uma estrela ou asteróide, está se movendo.

 

Fora isso, ainda podemos citar outras aplicações conhecidas e que sabemos que, em breve, irão avançar muito nossa tecnologia, como computação e criptografia quântica, transmissão de informações virtualmente instantâneas e até teletransporte.

Eu poderia ficar citando aqui outros exemplos, mas este texto é apenas uma forma de demonstrar o quanto a mecânica quântica não é uma teoria dissociada da realidade prática e nem suas aplicações são novidade; pelo contrário, sem ela, nossa evolução tecnológica durante o século XX não teria sido possível.

 

Fontes:
10 Real-world Applications of Quantum Mechanics
What Is Quantum Mechanics Good for?
Criptografia Quântica

 

Matérias do Astropt Sobre Física Quântica:
O que é essa tal de Física Quântica?
Introdução à Mecânica Quântica
Gravidade Quântica
Evidências reforçam a teoria do universo holográfico
O Mundo das Partículas – Parte I
Mecânica Quântica

24 comentários

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  1. Eu realmente precisava desta informação

  2. Obrigado

  3. Por que alguns palestrantes relaciona a fisica quantica com a espiritualidade?

    1. Porque não sabem o que é a física (seja quântica ou não), e gostam de manipular as pessoas (sabem que é isso que “vende”).

  4. O texto é muito bom e bem explicativo, mas alguns pontos eu não concordo, a critica feita no comentário do filme Quem somos nós, foi uma critica sem nenhum tipo de embasamento, vejo as pessoas indignadas por ouvirem a palavra quântica em quase todos os aspectos da vida, na minha opinião pode sim haver o quântico de dezenas áreas. A palavra quântica que se originou da palavra Quantum, significa a menor parte possível de alguma coisa, assim sendo o quantum de um organismo seria uma célula como o quantum de um deserto seria um grão de areia. Não necessariamente a física precisa estar presente para interpretarmos como quântico, até mesmo a nossa realidade possuem camadas diferente de percepção, possui aquilo que você pode ver com seus olhos extremamente limitados e existe a realidade quântica, aqui que os seus olhos nunca verão….

    1. A quântica é física.

      A física permite-nos ver em todo o espetro eletromagnético. Temos instrumentos para isso, que não os olhos biológicos.

      Logo, só a física pode compreender a quântica. A quântica é física.

  5. Importante. Muito importante a divulgação das fontes, processos e correspondentes efeitos energéticos do mecanismo quântico. Porém, embora sabendo-se até cientificamente que o átomo é a fonte unitária da matéria, os céticos e citados descrentes nesses efeitos, chacotam aa suas relevâncias de efeitos energéticos e animados, no sistema mental e psicológico humano. Até mesmo, por extensão, em todos os corpos animados da natureza ambiental. Solicíto-lhes, assim, indicações de pesquisas recentes em torno desta questão. Grata

  6. Muito bom o seu texto, parabéns !

  7. Me interessei bastante pela “Predição das jogadas de dados”, alguém tem algum artigo ou material para que eu veja?

    • Robenilto Saldanha on 27/03/2015 at 05:53
    • Responder

    Muito Obrigado,

    • Roberto Aparecido de Souza . on 24/05/2014 at 04:29
    • Responder

    O circuito eletrônico está com erro: o ganho do circuito Q =2 calcula se basicamente pela divisão da resitência do coletor pela do emissor do transistor, isto sem levar em conta o parametro de ganho do transistor , na entrada do circuito tem um sinal cuja relação é muito maior que isto na saída… 😀

    • Manel Rosa Martins on 23/05/2014 at 21:41
    • Responder

    http://arxiv.org/pdf/physics/0701125v1.pdf

    1. Que maneiríssimo, Manel! Vi só agora seu comentário, vou dar uma lida com calma nesse artigo. Valeu! 😎

  8. Obrigado pelas dicas de documentários e assuntos, já conheço a maioria e são realmente bons.

    A divagação de Schrodinger não passa de dialética.

    Quanto a teoria das cordas ela é semelhante a uma teoria minha, em certos aspectos.
    Falei dela aqui => http://forum.intonses.com.br/viewtopic.php?f=77&t=147809
    Creio que estejamos falando da mesma coisa inclusive, mas de pontos de abordagens diferentes chegamos a conclusões diferentes da mesma coisa.

    • José Luiz Benetti on 26/04/2014 at 03:30
    • Responder

    Vamos lá:
    Continua sendo impossível determinar a posição e velocidade de um elétron; este é um dos pilares da física quântica. Ela não trabalha com determinações, apenas probabilidades, ou seja: é puramente estatística. Assim, pela equação de Schrodinger (não sei se você está apto a compreendê-la) somente se pode obter a probabilidade de um elétron se encontrar em algum ponto do espaço. Logo, em mecânica quântica não se fala em localização, mas probabilidade de estar algum lugar. (Não deixe de ver este vídeo http://www.youtube.com/watch?v=lZOc4baHwSU Além do Cosmos de Brain Greene sobre Mecânica Quântica.
    Quanto ao entrelaçamento quântico, trata-se de um fenômeno físico que desandou a cabeça de Einstein, pois ocorre independentemente do espaço e do tempo e, obviamente, contrariava toda a física clássica (entenda-se, também a relativística). Ele nunca aceitou. Mas uma coisa é a mecânica quântica outra é a física clássica. Ainda não e misturam, embora seja o sonho dos físicos e, óbvio, de Einstein. Procure, também, informação sobre uma nova teoria, a Teoria Das Cordas, que promete resolver o problema com uma única e nova teoria: A Teoria de Tudo (Cordas). Procure, também, a série O Universo Elegante (também de Brain Greene). Lá, você terá toda a física, de Newton à Teoria das Cordas, passando pela relatividade e mecânica quântica. Mando prá você, também, uma pequeno vídeo (20 min) sobre multiverso e Teoria de tudo. Se você ver os vídeos citados, além da série O Universo Elegante, ficará com alto nível de conhecimento do assunto. Veja os demais vídeos de Além do Cosmos. Há outra séries científicas, em relação ao Universo. Procure-as. Valeu!

  9. Isso é muito incrível mesmo. Ainda mais se eu resolver dizer que a física quântica não existe.
    Ela surgiu com a alegação de Heisenberg que seria impossível saber a velocidade e a posição de um elétron.
    E que a observação dele em certo estado já alteraria a segunda medição.

    Adicionado a isso foram depois descobertos diversas características incríveis da conhecida Física Quântica.
    Mas já se pode saber a posição e a velocidade do elétron, Heisenberg só não conseguia porque não tinha equipamentos avançados o suficiente.
    Já as diversas características quânticas podem ser explicadas com a adição de um elemento a mais nas formulas. Uma outra dimensão (ou melhor universo com suas próprias dimensões).

    Como o caso das partículas entrelaçadas, que a explicação seria que elas não estariam separadas numa outra dimensão.
    O caso é que a física quântica não precisa existir, já que a física newtoniana que tanto conhecemos pode explicar tudo.

    Sei que oq falei não é o consenso científico (muito antes pelo contrário).
    Mas gostaria que me respondessem com respostas científicas.

    1. Voce esta enganado. Heisenber nao conseguir medir a posicao e a velocida porque nao tinha equipamentos suficiente. Na verdade, a medida que a posicao, velolidade OU massa (voce se esqueceu de mencionar a massa…) sao conhecidas com mais precisao, o proprio ato de medicao interfere no resultado das observacoes. Isso e o que se tyornou conhecido como Principio da Incerteza, e e a origem da celebre frase de Einstein “Deus Nao Joga Dados”, que nao tem NADA a ver com religiao, pelo menos nao no sentido digamos mais convencional..

    • Graciete Virgínia Rietsch Monteiro Fernandes on 24/04/2014 at 19:43
    • Responder

    Ainda ontem vi, na TV, no programa National Geographic, um episódio relativo à Física Quântica, de que gostei muito e que se chama” Para além do Cosmos”. Aliás ando a ver e a gravar , para além deste, os episódios” Cosmos:Odisseia no Espaço” e “Ciência do Futuro” de Stephen Hawking.
    Eu própria, ainda há bem pouco tempo, beneficiei da Física Quântica porque uma aplicação de raios laser num olho restituiu-me a capacidade de visão que estava a perder.. E fiquei bem.
    Considero um ultraje à ciência a utilização dos termos quântico, energias positivas ou negativas e outros pelos “pseudos”
    que, do alto da sua ignorância, andam por aí a transmitir ideias erradas por vezes bem prejudiciais, como no campo da saúde, por exemplo.
    Os meus cumprimentos ao autor do artigo.

    1. Pois é, e o pior é que muitas pessoas acreditam nisso!! Isso é o mais triste. 😀

  10. E também se esqueceram da Susana, que é a pessoa que mais sabe de Mecânica Quântica:

    http://www.bitaites.org/televisao/quantica-cor-de-rosa
    http://www.susanacorderosa.com/index.php?option=com_content&view=article&id=70&Itemid=77&lang=pt

    Piadas à parte, bom artigo.

  11. Vocês se esqueceram dos Colchões Magnéticos Quânticos! kkkkkkk

    http://colchoesquanticos.com.br/
    http://www.todotempo.com.br/colchao-magnetico-universal-quantico-com-massageador-espessura-20-cm-cataratas-p948
    (Colchão com Pastilhas Magnéticas, Infravermelho Longo, “Aparelho Bioquântico” (patenteado INPI) e Vibrador de Massagem.)
    😛

    1. Pois é, tanta coisa é “quantica” hoje em dia…

      1. Pois é Rodrigo, e o pior é que muitas pessoas acreditam nisso!! Isso é o mais triste. 😀

  1. […] (explicação, FAQ). Hawking. Stephen Hawking e Buracos Negros. O que é a Física Quântica. Aplicações da Física Quântica. Mundo Quântico. Fractais. Teoria do Caos (explicação, documentário, […]

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