Princípio da Incerteza de Heisenberg – O que é e como funciona

Medições

Para efetuarmos qualquer tipo de medição precisamos interagir com aquilo que queremos medir. Durante a medida do tamanho de um tecido por exemplo, é necessário tocá-lo e compará-lo com uma fita métrica; para medir a velocidade de um carro, o radar rodoviário emite ondas que atingem o carro e voltam permitindo calcular sua velocidade; para simplesmente descobrirmos a posição de qualquer objeto, geralmente precisamos enxergá-lo e se o enxergamos significa que a luz iluminiu este corpo e chegou aos nossos olhos.

Por melhor que sejam os nossos aparelhos de medição, sempre haverá uma possível diferença entre a medida que avaliamos e a medida real. Por exemplo, se usarmos uma régua graduada em apenas em centímetros, nunca teremos certeza sobre os milímetros daquela medida. A possível diferença entre o valor que medimos e o valor real é chamada de incerteza.

Quanto mede o lápis acima? Se dissermos 6,5 cm não podemos ter certeza sobre os 0,5 cm além dos 6 cm marcados na régua. Não existe qualquer indicação na régua que mostre esses 0,5 cm a mais. Por isso dizemos que a incerteza dessa medida é + 0,5 cm.

Momento ou Quantidade de Movimento

Na Mecânica Clássica  aprendemos que a quantidade de movimento(P) é o produto da velocidade(V) pela massa(m) de um determinado objeto:

P = m x V

Acreditava-se que se soubermos a posição inicial e o momento(massa e velocidade) do corpo, seríamos capazes de prever como ele se comportará. Imagine um jogo de bilhar. Se conhecermos a massa, a velocidade e a posição inicial da bola, podemos calcular o que vai acontecer no jogo.

A idéia parece correta, desde que possamos realmente calcular estes valores com a precisão necessária.

O Princípio da Incerteza

Quando começamos a lidar com corpos muito pequenos, como os elétrons por exemplo, determinar valores como posição e momento torna-se uma tarefa um pouco mais complicada. Como saber a posição de um elétron? Poderíamos lançar contra ele um feixe de luz com alguns fótons(partículas de luz) e ao recebê-los novamente calcular onde estava.

Se tentarmos porém determinar a quantidade de movimento da mesma forma, alteraremos a quantidade de movimento original com os fótons que lançamos. Podemos então criar uma cuidadosa experiência para tentar calcular o momento do elétron. A Quantidade de Movimento da partícula necessária para esse cálculo muda a posição do elétron de modo que não conseguimos descobrir a posição com boa precisão. Resumindo, quanto maior a precisão com que medimos a posição menor a precisão com que mediremos o momento e vice-versa. A isso chamamos de Princípio da Incerteza de Heisenberg.

Essa incerteza não se deve aos aparelhos que usamos, mas a própria natureza das partículas. Segundo as leis da Mecânica Quântica, quanto mais fácil for para encontrar uma partícula maior o momento necessário para interagir com ela, o que torna mais difícil determinar a sua Quantidade de Movimento. Algo parecido ocorre se conseguirmos determinar o Momento com precisão e tentarmos descobrir a posição.

Como podemos perceber, muitos conceitos da Mecânica Quântica são bastante diferentes da Mecânica Clássica. Porém a maior parte da Ciência desenvolvida antes do século XX encontra aplicações em nossa vida diária e nas situações com que estamos acostumados. Esta mesma Ciência Clássica começa a perder sua utilidade quando estudamos objetos extremamente pequenos, como átomos, extremamente grandes, como estrelas ou estremamente rápidos, próximos da velocidade da luz.

Fontes:
A estrutura quântica da matéria – do átomo pré-socrático às partículas elementares. José Leite Lopes – UFRJ Editora/Academia Brasileira de Ciências/ERCA-Editora e Gráfica limitada – Rio de Janeiro
http://www.gta.ufrj.br/grad/07_1/quantica/PrincpiodaIncertezadeHeisenberg.html