Modelo Atômico de Heisenberg: Características e Limitações - Ciência - 2023

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o Modelo atômico de Heisenberg (1927) introduz o princípio da incerteza nos orbitais de elétrons ao redor do núcleo atômico. O proeminente físico alemão estabeleceu as bases da mecânica quântica para estimar o comportamento das partículas subatômicas que compõem um átomo.

O princípio da incerteza de Werner Heisenberg indica que nem a posição nem o momento linear de um elétron podem ser conhecidos com certeza. O mesmo princípio se aplica às variáveis tempo e energia; ou seja, se tivermos uma pista sobre a posição do elétron, ignoraremos o momento linear do elétron e vice-versa.

Em suma, não é possível prever simultaneamente o valor de ambas as variáveis. O precedente não implica que qualquer uma das magnitudes acima mencionadas não possa ser conhecida com precisão. Desde que isoladamente, não há impedimento à obtenção do valor dos juros.

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

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

Caracteristicas

Em março de 1927, Heisenberg publicou seu trabalho Sobre o conteúdo perceptual da cinemática e da mecânica quântica, onde ele 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 utilizar instrumentos de medição com alta precisão e sensibilidade, a indeterminação ainda está presente em qualquer teste experimental.

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

- O momento 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. Segundo Heisenberg, o produto das variações do momento linear e da posição da partícula é sempre maior que o quociente entre a constante de Plank (6,62606957 (29) × 10 ^-34 Jules x segundos) e 4π, conforme detalhado na seguinte expressão matemática:

A legenda correspondente a esta expressão é a seguinte:

∆p: indeterminação do momento linear.

∆x: indeterminação da posição.

h: constante de Plank.

π: número pi 3,14.

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

- Esta 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:

Nesta expressão:

∆E: indeterminação de energia.

∆t: indeterminação do tempo.

h: constante de Plank.

π: número pi 3,14.

- Deste modelo pode-se deduzir que o determinismo causal absoluto em variáveis canônicas conjugadas é impossível, uma vez que para estabelecer essa relação deve-se ter conhecimento dos valores iniciais das variáveis de estudo.

- Consequentemente, o modelo de Heisenberg é baseado em formulações probabilísticas, devido à aleatoriedade que existe entre as variáveis em níveis subatômicos.

Testes experimentais

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

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

Isto implicou a definição de um sistema de referência para medições, o instrumento de medição e a forma de utilização do referido instrumento, de acordo com o método científico.

De acordo com isso, as variáveis descritas pelas partículas subatômicas deveriam se comportar de forma determinística. Ou seja, seu comportamento tinha que ser previsto com precisão e precisão.

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

As medidas foram distorcidas devido às condições naturais do experimento, e o resultado obtido não serviu para enriquecer a teoria atômica.

Exemplo

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

Essa colisão induz uma variação na velocidade e na posição intrínseca do elétron, com a qual o objeto de medição é alterado pelas condições experimentais.

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

Mecânica quântica diferente da mecânica clássica

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

Consequentemente, presume-se que o conhecimento preciso das medições no nível subatômico é limitado pela linha tênue que separa a mecânica clássica e quântica.

Limitações

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

Além disso, o fato de a relação ser estabelecida por meio de uma desigualdade implica que a gama de possibilidades para o produto de duas variáveis canônicas conjugadas é indeterminada. Consequentemente, a incerteza inerente aos processos subatômicos é significativa.

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Referências

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