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Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza.

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Apresentação em tema: "Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza."— Transcrição da apresentação:

1 Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza

2 Dualidade Onda-Partícula http://www.youtube.com/watch?v=W9yWv5dqSKk

3 O que são ondas? Transporta energia mas não matéria. Ex. Ondas aquáticas. http://www.onr.navy.mil/focus/ocean/motion/waves1.htm http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemo tion.html

4 O que são ondas? Transporta energia mas não matéria. Ex. Ondas aquáticas. Outros exemplos: Corda Vibrante, Mola,…. http://www.onr.navy.mil/focus/ocean/motion/waves1.htm http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemo tion.html

5 O que define uma onda? Comprimento de onda. Distância entre duas cristas. http://www.vision.ime.usp.br/~ronaldo/mac0417-03/aula_02.html

6 O que define uma onda? Comprimento de onda. Distância entre duas cristas. Freqüência. N o de oscilações por unidade de tempo. http://www.vision.ime.usp.br/~ronaldo/mac0417-03/aula_02.html

7 O que define uma onda? Comprimento de onda. Distância entre duas cristas. Freqüência. N o de oscilações por unidade de tempo. Velocidade de propagação. http://www.vision.ime.usp.br/~ronaldo/mac0417-03/aula_02.html

8 A visão clássica de onda Comprimento macroscópico emergente de uma coletividade microscópica!

9 A visão clássica de onda Comprimento macroscópico emergente de uma coletividade microscópica! Água: Agitação molecular produz a onda. Corda vibrante.

10 A visão clássica de onda Comprimento macroscópico emergente de uma coletividade microscópica! Água: Agitação molecular produz a onda. Corda vibrante. Ola no maracanã. http://www.kettering.edu/physics/drussell/Demos/waves-intro/waves-intro.html

11 Fenômenos ondulatórios Interferência: Padrão de altos e baixos. http://isites.harvard.edu/icb/icb.do?keyword=k16940&pageid=icb. page93273&pageContentId=icb.pagecontent221645&view=view. do&viewParam_name=indepth.html

12 Fenômenos ondulatórios Interferência: Padrão de altos e baixos. Difração: Luz onde deveria haver sombra. http://isites.harvard.edu/icb/icb.do?keyword=k16940&pageid=icb. page93273&pageContentId=icb.pagecontent221645&view=view. do&viewParam_name=indepth.html http://isites.harvard.edu/fs/docs/icb.topic186199.files/images/EdgeDiff raction3-800x533.jpg

13 Fenômenos ondulatórios Interferência: Padrão de altos e baixos. Difração: Luz onde deveria haver sombra. http://isites.harvard.edu/icb/icb.do?keyword=k16940&pageid=icb. page93273&pageContentId=icb.pagecontent221645&view=view. do&viewParam_name=indepth.html http://isites.harvard.edu/fs/docs/icb.topic186199.files/images/EdgeDiff raction1-800x533.jpg

14 Difração Difração é uma propriedade apresentada por todas as ondas.

15 Difração Difração é uma propriedade apresentada por todas as ondas. Teorias corpusculares da luz falharam em explicar. http://www.falstad.com/ripple

16 Difração Difração é relevante quando ~a. a http://en.wikibooks.org/wiki/Waves/Single_slit_Diffraction

17 Difração Difração é relevante quando ~a. Ótica geométrica:  a. Ora, vermelho ~ 700 nm. a http://en.wikibooks.org/wiki/Waves/Single_slit_Diffraction

18 Difração Difração é relevante quando ~a. Ótica geométrica:  a. Ora, vermelho ~ 7 x 10 - 7 m. a http://en.wikibooks.org/wiki/Waves/Single_slit_Diffraction

19 Difração Difração é relevante quando ~a. Ótica geométrica:  a. Ora, vermelho ~ 7 x 10 - 7 m. Ótima aproximação para muitos fenômenos do dia-a-dia. a http://en.wikibooks.org/wiki/Waves/Single_slit_Diffraction

20 Difração Difração é relevante quando ~a. Já para o som:  m! Acústica geométrica? a http://en.wikibooks.org/wiki/Waves/Single_slit_Diffraction

21 Difração Difração é relevante quando ~a. Já para o som:  m! Acústica geométrica? Não é uma boa. a http://en.wikibooks.org/wiki/Waves/Single_slit_Diffraction

22 O experimento de Young A luz apresenta interferência. Experimento de Young fundamental no estabelecimento da luz enquanto onda. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/ekspong/

23 O experimento de Young A luz apresenta interferência. Experimento de Young fundamental no estabelecimento da luz enquanto onda. Luz+Luz pode dar sombra! http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/ekspong/

24 Proposta de de Broglie Fim do século XIX: Luz é onda!

25 Proposta de de Broglie Fim do século XIX: Luz é onda! Einstein, início do século XX: Luz é corpusculo!

26 Proposta de de Broglie Fim do século XIX: Luz é onda! Einstein, início do século XX: Luz é corpusculo! Dificuldades em explicar diversos fenômenos.

27 Proposta de de Broglie Fim do século XIX: Luz é onda! Einstein, início do século XX: Luz é corpusculo! Dificuldades em explicar diversos fenômenos. Louis de Broglie (1924) Proposta da dualidade onda-partícula. Luz é onda e partícula.

28 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade.

29 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade. http://stochastix.wordpress.com/2007/09/06/wave-particle- duality-a-cartoon/

30 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade.

31 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade. momento linear (assinatura de partícula)

32 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade. momento linear (assinatura de partícula) número de onda (assinatura de onda)

33 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade. Clássica: Ondas estão associados a partículas.

34 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade. Clássica: Ondas estão associados a partículas. Quântica: Onda associada a uma única partícula!!

35 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade. Clássica: Ondas estão associados a partículas. Quântica: Onda associada a uma única partícula!! Como verificar hipótese tão revolucionária?

36 Proposta de de Broglie Mas de Broglie vai além. Matéria e luz em pé de igualdade. Matéria também apresenta dualidade. Clássica: Ondas estão associados a partículas. Quântica: Onda associada a uma única partícula!! Como verificar hipótese tão revolucionária? Que efeitos ondulatórios se pode observar com elétrons, por exemplo?

37 Difração de elétrons Experiência de Davisson-Germer (1927) Elétrons apresentam difração!

38 Difração de elétrons Experiência de Davisson-Germer (1927) Elétrons apresentam difração! Experimento de dupla-fenda com elétrons: Pozzi et al. 1976.

39 Difração de elétrons Experiência de Davisson-Germer (1927) Elétrons apresentam difração! Experimento de dupla-fenda com elétrons: Pozzi et al. 1976. Expectativa clássica: http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Materials_in_Electronics/Wave-Particle_Duality/The_Two-Slit_Experiment

40 Difração de elétrons Experiência de Davisson-Germer (1927) Elétrons apresentam difração! Experimento de dupla-fenda com elétrons: Pozzi et al. 1976. Expectativa clássica: Experimentalmente: http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Materials_in_Electroni cs/Wave-Particle_Duality/The_Two-Slit_Experiment http://www.youtube.com/watch?v=oxknfn97vFE

41 Difração de elétrons Experiência de Davisson-Germer (1927) Elétrons apresentam difração! Experimento de dupla-fenda com elétrons: Pozzi et al. 1976. Expectativa clássica: Experimentalmente: http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Materials_in_Electroni cs/Wave-Particle_Duality/The_Two-Slit_Experiment elétron+elétron=vácuo!

42 Difração de elétrons Experiência de Davisson-Germer (1927) Elétrons apresentam difração! Experimento de dupla-fenda com elétrons: Pozzi et al. 1976. Expectativa clássica: Experimentalmente: http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Materials_in_Electroni cs/Wave-Particle_Duality/The_Two-Slit_Experiment elétron+elétron=vácuo! Experiência feita com um único elétron por vez.

43 Difração de elétrons Experiência de Davisson-Germer (1927) Elétrons apresentam difração! Experimento de dupla-fenda com elétrons: Pozzi et al. 1976. Expectativa clássica: Experimentalmente: http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Materials_in_Electroni cs/Wave-Particle_Duality/The_Two-Slit_Experiment elétron+elétron=vácuo! Verificado para átomos, moléculas, ….

44 Surge uma nova mecânica Proposta de de Broglie: Ótica geométrica : Ótica ondulatória

45 Surge uma nova mecânica Proposta de de Broglie: Ótica geométrica : Ótica ondulatória Mecânica newtoniana : Mecânica ondulatória

46 Surge uma nova mecânica Proposta de de Broglie: Ótica geométrica : Ótica ondulatória Mecânica newtoniana : Mecânica ondulatória A mecânica clássica é uma aproximação válida para pequenos comprimentos de onda associado à partícula.

47 Surge uma nova mecânica Proposta de de Broglie: Ótica geométrica : Ótica ondulatória Mecânica newtoniana : Mecânica ondulatória A mecânica clássica é uma aproximação válida para pequenos comprimentos de onda associado à partícula. Bola de 400 g a 50 km/h: = 10 -34 m!

48 Surge uma nova mecânica Proposta de de Broglie: Ótica geométrica : Ótica ondulatória Mecânica newtoniana : Mecânica ondulatória A mecânica clássica é uma aproximação válida para pequenos comprimentos de onda associado à partícula. Bola de 400 g a 50 km/h: = 10 -34 m! Ótica ondulatória: O conceito de raio perde o sentido!

49 Surge uma nova mecânica Proposta de de Broglie: Ótica geométrica : Ótica ondulatória Mecânica newtoniana : Mecânica ondulatória A mecânica clássica é uma aproximação válida para pequenos comprimentos de onda associado à partícula. Bola de 400 g a 50 km/h: = 10 -34 m! Ótica ondulatória: O conceito de raio perde o sentido! Mecânica ondulatória: Trajetória perde o sentido!

50 Surge uma nova mecânica Fundamento da mecânica clássica: 2 a lei de Newton permite encontrar trajetórias.

51 Surge uma nova mecânica Fundamento da mecânica clássica: 2 a lei de Newton permite encontrar trajetórias. E agora? Devemos buscar uma equação para a propagação da onda de matéria.

52 Surge uma nova mecânica Fundamento da mecânica clássica: 2 a lei de Newton permite encontrar trajetórias. E agora? Devemos buscar uma equação para a propagação da onda de matéria. 1926: Schrödinger obtem sua famosa equação que permite encontrar  função de onda  !

53 Surge uma nova mecânica Fundamento da mecânica clássica: 2 a lei de Newton permite encontrar trajetórias. E agora? Devemos buscar uma equação para a propagação da onda de matéria. 1926: Schrödinger obtem sua famosa equação que permite encontrar  função de onda  ! Coroação do trabalho de de Broglie.

54 Críticas A função de onda encontrada por Schrödinger era complexa e não observável. Ela corresponde a uma onda de probabilidade e não a uma onda como as que estamos acostumados.

55 Críticas A função de onda encontrada por Schrödinger era complexa e não observável. Ela corresponde a uma onda de probabilidade e não a uma onda como as que estamos acostumados. O próprio conceito de partícula perde o sentido, já que não mais se pode falar em trajetórias.

56 Críticas A função de onda encontrada por Schrödinger era complexa e não observável. Ela corresponde a uma onda de probabilidade e não a uma onda como as que estamos acostumados. O próprio conceito de partícula perde o sentido, já que não mais se pode falar em trajetórias. Emerge uma nova categoria: onda-partícula.

57 Críticas A função de onda encontrada por Schrödinger era complexa e não observável. Ela corresponde a uma onda de probabilidade e não a uma onda como as que estamos acostumados. O próprio conceito de partícula perde o sentido, já que não mais se pode falar em trajetórias. Emerge uma nova categoria: onda-partícula. Todo um novo terreno de possibilidades teóricas e experimentais se abrem.

58 Críticas A função de onda encontrada por Schrödinger era complexa e não observável. Ela corresponde a uma onda de probabilidade e não a uma onda como as que estamos acostumados. O próprio conceito de partícula perde o sentido, já que não mais se pode falar em trajetórias. Emerge uma nova categoria: onda-partícula. Todo um novo terreno de possibilidades teóricas e experimentais se abrem. Semana que vem exploraremos algumas delas.

59 Obrigado pela presença http://www.tumblr.com/tagged/wave-particle%20duality


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