Modelo atômico de Heisenberg: características e limitações

O modelo atómico Heisenberg (1927) introduziu o princípio da incerteza nas orbitais de electrões que rodeiam o núcleo atómico. O principal físico alemão estabeleceu os fundamentos da mecânica quântica para estimar o comportamento das partículas subatômicas que compõem um átomo.

O princípio da incerteza de Werner Heisenberg indica que não é possível saber com certeza a posição ou momento linear de um elétron. O mesmo princípio se aplica às variáveis ​​tempo e energia; isto é, se tivermos uma indicação sobre a posição do elétron, não conheceremos o momento linear do elétron e vice-versa.

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Werner Heisenberg

Em resumo, não é possível prever simultaneamente o valor de ambas as variáveis. O exposto acima não implica que nenhuma das magnitudes mencionadas anteriormente não possa ser conhecida com precisão. Sempre que separado, não há impedimento para a obtenção do valor do interesse.

No entanto, a incerteza ocorre quando se trata de conhecer simultaneamente duas magnitudes conjugadas, como a posição e o momento linear, e o tempo juntamente com a energia.

Este princípio surge devido a um raciocínio estritamente teórico, como a única explicação viável para fundamentar as observações científicas.

Caracteristicas

Em março de 1927, Heisenberg publicou seu trabalho sobre o conteúdo perceptivo da cinemática e mecânica teórica quântica , onde detalhou o princípio da incerteza ou indeterminação.

Este princípio, fundamental no modelo atômico proposto por Heisenberg, é caracterizado pelo seguinte:

– O princípio da incerteza surge como uma explicação que complementa as novas teorias atômicas sobre o comportamento dos elétrons. Apesar de usar instrumentos de medição com alta precisão e sensibilidade, a indeterminação permanece presente em qualquer ensaio experimental.

– Devido ao princípio da incerteza, ao analisar duas variáveis ​​relacionadas, se você tiver um conhecimento preciso de uma delas, a indeterminação sobre o valor da outra variável aumentará.

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– O momento linear e a posição de um elétron, ou outra partícula subatômica, não podem ser medidos ao mesmo tempo.

– A relação entre as duas variáveis ​​é dada por uma desigualdade. De acordo com a Heisenberg, as variações de produto do momento e a posição da partícula é sempre maior do que a relação da constante de Planck (6.62606957 (29) x 10 -34 Jules x segundos) e 4n como detalhado na seguinte expressão matemática:

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A legenda correspondente a esta expressão é a seguinte:

∆p: indeterminação do momento linear.

:X: indeterminação da posição.

h: Prancha constante.

π: número pi 3,14.

– Diante do exposto, o produto das incertezas tem a relação h / 4π como seu limite inferior, que é um valor constante. Portanto, se uma das magnitudes tende a zero, a outra deve aumentar na mesma proporção.

– Essa relação é válida para todos os pares de quantidades canônicas conjugadas. Por exemplo: o princípio da incerteza de Heisenberg é perfeitamente aplicável ao par energia-tempo, conforme detalhado abaixo:

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Nesta expressão:

∆E: indeterminação de energia.

:T: indeterminação do tempo.

h: Prancha constante.

π: número pi 3,14.

– Resulta deste modelo que o determinismo causal absoluto nas variáveis ​​conjugadas canônicas é impossível, pois para estabelecer essa relação é preciso ter conhecimento sobre os valores iniciais das variáveis ​​do estudo.

– Consequentemente, o modelo de Heisenberg é baseado em formulações probabilísticas, devido à aleatoriedade existente entre as variáveis ​​nos níveis subatômicos.

Testes experimentais

O princípio da incerteza de Heisenberg surge como a única explicação possível para os testes experimentais que ocorreram durante as três primeiras décadas do século XXI.

Antes de Heisenberg enunciar o princípio da incerteza, os preceitos em vigor na época sugeriam que as variáveis ​​momento linear, posição, momento angular, tempo, energia, entre outras, para partículas subatômicas fossem definidas operacionalmente.

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Isso significava que eles eram tratados como se fossem física clássica; isto é, um valor inicial foi medido e o valor final foi estimado de acordo com o procedimento pré-estabelecido.

O exposto acima implica a definição de um sistema de referência para medições, o instrumento de medição e o método de uso do referido instrumento, de acordo com o método científico.

De acordo com isso, as variáveis ​​descritas pelas partículas subatômicas devem se comportar deterministicamente. Ou seja, o comportamento deles teve que ser previsto com exatidão e precisão.

Entretanto, cada vez que um teste dessa natureza era realizado, era impossível obter o valor estimado teoricamente na medição.

As medições foram deturpadas devido às condições naturais do experimento, e o resultado obtido não foi útil para enriquecer a teoria atômica.

Exemplo

Por exemplo: se se trata de medir a velocidade e a posição de um elétron, a montagem do experimento deve contemplar a colisão de um fóton de luz com o elétron.

Essa colisão induz uma variação na velocidade e posição intrínseca do elétron, pelo que o objeto da medição é alterado por condições experimentais.

Portanto, o pesquisador incentiva a ocorrência de um erro experimental inevitável, apesar da exatidão e precisão dos instrumentos utilizados.

Mecânica quântica, exceto mecânica clássica

Além do acima, o princípio de indeterminação de Heisenberg afirma que, por definição, a mecânica quântica funciona de maneira diferente da mecânica clássica.

Consequentemente, supõe-se que o conhecimento preciso das medições do nível subatômico seja limitado pela linha fina que separa a mecânica clássica e a quântica.

Limitações

Apesar de explicar a indeterminação de partículas subatômicas e estabelecer as diferenças entre a mecânica clássica e a quântica, o modelo atômico de Heisenberg não estabelece uma única equação para explicar a aleatoriedade desse tipo de fenômeno.

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Além disso, o fato de o relacionamento ser estabelecido por meio de uma desigualdade implica que o leque de possibilidades para o produto de duas variáveis ​​conjugadas canônicas é indeterminado. Consequentemente, a incerteza inerente aos processos subatômicos é significativa.

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Referências

  1. Beyler, R. (1998). Werner Heisenberg Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperado de: britannica.com
  2. O Princípio da Incerteza de Heisenberg (sd). Recuperado de: hiru.eus
  3. García, J. (2012). Princípio da incerteza de Heisenberg. Recuperado de: hiberus.com
  4. Modelos atômicos (sf). Universidade Nacional Autônoma do México. Cidade do México, México. Recuperado de: asesorias.cuautitlan2.unam.mx
  5. Werner Heisenberg (sf). Obtido em: the-history-of-the-atom.wikispaces.com
  6. Wikipedia, A Enciclopédia Livre (2018). A prancha é constante. Recuperado de: en.wikipedia.org
  7. Wikipedia, A Enciclopédia Livre (2018). Relação de indeterminação de Heisenberg. Recuperado de: en.wikipedia.org

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