À primeira vista, a noção de dualidade onda-partícula é realmente estranha. Você provavelmente já aprendeu sobre ondas antes e sabe que elas são um distúrbio em um meio, e provavelmente aprendeu sobre partículas, que são objetos físicos distintos. Portanto, a ideia de que algumas coisas têm propriedades de ambos pode parecer não apenas estranha, mas fisicamente impossível.
Este artigo irá apresentá-lo à ideia da dualidade onda-partícula e dar uma visão geral de como o conceito surgiu e como acaba sendo uma excelente descrição da realidade em muitos casos, especialmente no domínio do quantum física.
Ondas e propriedades semelhantes a ondas
Vamos começar revisando o que constitui uma onda. Uma onda é definida como uma perturbação em um meio que se propaga de um local para outro, transferindo energia no processo, mas não transferindo massa.
No meio pelo qual a onda se move, as moléculas individuais simplesmente oscilam no lugar. Um bom exemplo disso é uma multidão em um estádio fazendo "a onda". Cada indivíduo simplesmente se levanta e se senta, oscilando no lugar, enquanto a própria onda percorre todo o estádio.
As propriedades da onda incluem comprimento de onda (a distância entre os picos de onda), frequência (o número de ciclos de onda por segundo), período (o tempo que leva para um ciclo completo de onda e velocidade (quão rápido a perturbação viaja).
Propriedades da partícula e natureza da partícula
As partículas são objetos físicos distintos. Eles têm uma posição bem definida no espaço e, quando se movem de um local para outro, não apenas transferem energia, mas também sua própria massa.
Ao contrário das ondas, eles não precisam de um meio pelo qual se movam. Também não faz sentido descrevê-los com um comprimento de onda, frequência e período. Em vez disso, eles são geralmente descritos por sua massa, posição e velocidade.
Dualidade Onda-Partícula e Radiação Eletromagnética
Quando o fenômeno da luz estava sendo estudado pela primeira vez, os cientistas discordaram se era uma onda ou uma partícula. A descrição corpuscular de luz de Isaac Newton afirmava que ela agia como uma partícula, e ele desenvolveu ideias que explicava a reflexão e refração dentro desta estrutura, embora alguns de seus métodos não parecessem muito trabalhos.
Christiaan Huygens discordou de Newton e usou a teoria das ondas para descrever a luz. Ele foi capaz de explicar a reflexão e a refração tratando a luz como uma onda.
O famoso experimento de dupla fenda de Thomas Young, que demonstrou padrões de interferência na luz vermelha associados ao comportamento ondulatório, também apoiou a teoria das ondas.
O debate sobre se a luz era uma partícula ou uma onda pareceu ficar resolvido quando James Clerk Maxwell entrou em cena e descreveu a luz como ondas eletromagnéticas por meio das equações de Maxwell.
Mas logo ficou claro que a natureza ondulatória da luz não explicava todos os fenômenos observados. O efeito fotoelétrico, por exemplo, só poderia ser explicado se a luz fosse tratada como uma partícula - agindo como fótons únicos ou quanta de luz. Essa ideia foi apresentada por Albert Einstein, que ganhou o Prêmio Nobel por ela.
Assim nasceu a noção de dualidade onda-partícula. A luz só poderia ser verdadeiramente explicada se fosse tratada como uma onda em algumas situações e como uma partícula em outras.
Dualidade e matéria onda-partícula
É aqui que as coisas ficam ainda mais estranhas. Não apenas a luz exibe essa dualidade, mas também acontece que a matéria o faz. Isso foi descoberto por Louis de Broglie.
Essa dualidade não pode ser vista em uma escala macroscópica, mas quando se trata de trabalhar com elementos elementares partículas, às vezes parecem atuar como partículas e outras vezes como ondas, com seu comprimento de onda igual ao associado comprimento de onda de de Broglie.
Essa noção levou ao desenvolvimento da mecânica quântica, que descreve partículas com funções de onda, que podem então ser entendidas em termos da equação de Schrõdinger.