Tópico: Os elétrons saltam de camada instantaneamente?

[DDV]

Uma dúvida que tenho é a seguinte: segundo a teoria quântica, a energia só é emitida ou absorvida em quantidades discretas e indivisíveis - os quanta de energia. Os elétrons ocupam camadas em torno do núcleo atômico com energia constante. Somente quando absorvem um quantum de energia podem pular para órbitas mais externas ou inversamente somente com a emissão de um quantum de energia podem pular para órbitas mais internas. A minha dúvida é se os elétrons saltam de uma camada a outra de forma instantânea, o que violaria a teoria da relatividade, ou se eles saltam de uma órbita para outra com velocidade finita, o que implicaria que eles ficaram uma fração de tempo ocupando um espaço entre as camadas. Se for o segundo caso, os elétrons estariam com quantidade de energia "intermediária" ou "fracionária" enquanto estiverem no espaço intermediário entre as camadas, o que violaria a teoria quântica? Ou não(estar em espaço intermediário entre duas camadas não significa necessariamente estar com quantidade de energia intermediária)? Gostaria que alguém me esclarecesse isso.
Obrigado.

[Diego]

Olha até onde eu sei, a Teoria da Relatividade e a MQ nunca se bicaram.

[Snake]

Relatividade é uma teoria clássica, não?

[DDV]

Relatividade é uma teoria clássica, não?

Até onde eu sabia, o único problema que havia entra a teoria da relatividade e a mecânica quântica é que a primeira, por ser "clássica", não incorpora o princípio da incerteza, ou seja, a relatividade seria uma teoria apenas "incompleta". Contradições  maiores e francas envolvendo, por exemplo a velocidade da luz eu nunca vi dizendo em nenhum lugar até o momento.
Há também entre as duas teorias formas diferentes de interpretar os mesmos fenômenos, por exemplo: enquanto a relatividade afirma que a gravidade é decorrente da curvatura do espaço-tempo, a mecânica quântica diz que ela é uma força produzida por partículas chamadas grávitons (nunca foram observadas até o momento).

[Buckaroo Banzai]

li numa superinteressante de 88 ou 89 que os eletrons de fato ficam um pentelhonésimo de attosegundo entre as órbitas, mas não lembro como descobriram isso, nem sei dizer mais nada quanto as implicações.
[falando mais do que deveria]
Só acho meio artificial isso de "quantas", como o Emilson costuma dizer (ao menos para outras coisas, nÀo sei se quanto a isso), ou parecido com o que ele pensa, é como se a realidade fosse matemática, e não como se a matemática fosse uma ferramenta útil para descrever a realidade de forma bem aproximada, mas não a realidade em si...
[/falando mais do que deveria]

[DDV]

li numa superinteressante de 88 ou 89 que os eletrons de fato ficam um pentelhonésimo de attosegundo entre as órbitas, mas não lembro como descobriram isso, nem sei dizer mais nada quanto as implicações.
[falando mais do que deveria]
Só acho meio artificial isso de "quantas", como o Emilson costuma dizer (ao menos para outras coisas, nÀo sei se quanto a isso), ou parecido com o que ele pensa, é como se a realidade fosse matemática, e não como se a matemática fosse uma ferramenta útil para descrever a realidade de forma bem aproximada, mas não a realidade em si...
[/falando mais do que deveria]

Bom, levando-se em conta que as distäncias entre as camadas estão na faixa dos angstron (se eu não me engano), um tempo de percurso dessa magnitude com certeza representa uma velocidade acima da velocidade da luz, o que viola a relatividade.
Seria bom que o pessoal daqui que conhece física fizessem pelo menos uma tentativa de explicação: se a MQ realmente é contraditória com a relatividade nesses pontos.

[Fayman]

E vamos nós outra vez!

li numa superinteressante de 88 ou 89 que os eletrons de fato ficam um pentelhonésimo de attosegundo entre as órbitas, mas não lembro como descobriram isso, nem sei dizer mais nada quanto as implicações.

Isto é piada e ficção-científica. A Superinteressante peca ao extremo por esse tipo de inverdades.

De acordo com a MQ, e nada demosntra que ela esteja errada (vide meus coemntários nos demais tópicos), os elétrons simplesmente não existem como corpúsculos clássicos, que tem existência tal qual uma bolinha de gude que "transita" entre as camadas; ele se encontra "espalhado" por toda a região, sem um localização ou
velocidade precisa e salta de uma para outra conforme absorve o quantum de energia.

a MQ realmente é contraditória com a relatividade nesses pontos

A questão do Salto Quântico, assim como o Experimento EPR, etc, apenas mostra o limite de aplicação da Relatividade.

Já houve experimentos de Tunelamento Quântico com sons (mais precisamente, a transmissão de uma Sinfonia de Bethoven através de uma sólido e respectiva gravação - não tenho detalhes; li sobre isso há muito tempo) e a velocidfade medida foi de 4 vezes a Velocidade da Luz.

Notem que, assim como nos Experimentos EPR, não é possível se enviar informações através desses processos (a explicação é detalhada, mas na Internet há alguns descritivos simplificados), portanto, a causalidade fica resgardada.

Outro ponto, até onde sei, apenas agora começa-se a explorar os limites da Relatividade Restrita, muito embora, a Teoria Quântica Relativista existe desde a década de 30, tendo sido elaborada por Paul Dirac.

é como se a realidade fosse matemática, e não como se a matemática fosse uma ferramenta útil para descrever a realidade de forma bem aproximada, mas não a realidade em si...

Não entendi duas coisas:

Primeiro: porque aproximada? Como se demonstra que a Matemática descreve a Realidade de forma "apenas" aproximada?

E segundo: se a Realidade é descrita de uma forma matemática, o que significa dizer "como se a realidade fosse matemática"? Ela É matemática, caso contrário, a matemática não seria uma linguagem apropriada à sua descrição.

Talvez aqui o problema seja o que se entende por "ser matemática" e por "descrição da Realidade".

Até onde eu sabia, o único problema que havia entra a teoria da relatividade e a mecânica quântica é que a primeira, por ser "clássica", não incorpora o princípio da incerteza

Não só. Todas teorias clássicas consideram as variações como contínuas, alé de serem deterministas, no sentido de que todo efeito tem uma causa indiscutível. A MQ é exatamente ao contrário nesszes dois quesitos. No fundo, as teorias cla´ssicas são tão somente aproximações em nosso Domínio Quase Clássico familiar que emerge, pelos diversos Mecanismos de Decoerência, de uma Realidade Quântica.

Abraços e até a semana que vem!

[Buckaroo Banzai]

Não entendi duas coisas:

Primeiro: porque aproximada? Como se demonstra que a Matemática descreve a Realidade de forma "apenas" aproximada?

Não sei se se trataria de demonstrar que a um modelo matemático não é apenas uma boa aproximação, acho que está mais na posição de precisar demonstrar quem se proponha ter encontrado um modelo matemático que descreva algo "perfeitamente", tal como é, o definitivo. Porque pode se inventar algumas vezes modelos diferentes para explicar os mesmos dados, o que não impede, de forma algma, que existam uns modelos bem melhores que outros em muitos aspectos.

E segundo: se a Realidade é descrita de uma forma matemática, o que significa dizer "como se a realidade fosse matemática"? Ela É matemática, caso contrário, a matemática não seria uma linguagem apropriada à sua descrição.

Não acho que a realidade não seja matemática no fim das contas, mas não sei se é possível ter certeza de estar se levando tudo em consideração.

Pode-se dizer que uma célula é matemática, por exemplo, mas até hoje não se tem simulações computadorizadas do desenvolvimento de uma célula, muito menos do desenvolvimento de organismos multicelulares com "sub-simulações" de suas células se difernciando por motivos intrínsecos, não por visar a reprodução do fenômeno da diferenciação celular.

Mas é bem possível que existam emulações dessas coisas, ou ao menos é imensamente mais fácil de se atingir, e acho que deve ser mais esse o caso com as coisas da física também, encontra-se explicações matemáticas mais como emulações para os mesmos resultados do que simulações das causas reais.

Uma planta pode ser "fractal", mas você não entende praticamente nada sobre como se forma no mundo real se simplesmente descobrir uma fórmula que fizesse um fractal suficientemente parecido de modo geral.

Talvez aqui o problema seja o que se entende por "ser matemática" e por "descrição da Realidade".

"ser matemática", seria por exemplo fazer alguma outra previsão qualquer a partir do fractal matemático de uma planta e achar que o mesmo de fato ocorre na planta real, quando na verdade, o fractal matemático só coincide em muito, mas não leva tudo em consideração. A planta até seria matemática, mas não necessariamente seria exatamente, minuciosamten descrita pelas fórmulas que se tem dela, daí algumas extrapolações que se fizesse não seriam necessariamente válidas, e não faria sentido por vezes refutar algo que se supusesse sobre a planta por ser incompatível com esse fractal.

[Guinevere]

[modo infame on]
Uma planta matemática tem raiz quadrada?
[modo infame off]

[Buckaroo Banzai]

sim, mas só as árvores da terra média no desenho do senhor dos anéis

[DDV]

li numa superinteressante de 88 ou 89 que os eletrons de fato ficam um pentelhonésimo de attosegundo entre as órbitas, mas não lembro como descobriram isso, nem sei dizer mais nada quanto as implicações.

Isto é piada e ficção-científica. A Superinteressante peca ao extremo por esse tipo de inverdades.

De acordo com a MQ, e nada demosntra que ela esteja errada (vide meus coemntários nos demais tópicos), os elétrons simplesmente não existem como corpúsculos clássicos, que tem existência tal qual uma bolinha de gude que "transita" entre as camadas; ele se encontra "espalhado" por toda a região, sem um localização ou
velocidade precisa e salta de uma para outra conforme absorve o quantum de energia.

Fayman, gostaria de saber se essa afirmação sobre o elétron é mesmo da MQ ou é apenas da Interpretação de Copenhaguen sobre ela, só pra esclarecer.
Gostaria também de uma explicação, se possível, sobre como o elétron pode saltar de camada se já está "espalhado por toda a região". Se estiver usando a palavra "região" no mesmo sentido de "camada", então a pergunta inicial do tópico continua sem resposta. Gostaria de tê-la, se possível. Obrigado

A questão do Salto Quântico, assim como o Experimento EPR, etc, apenas mostra o limite de aplicação da Relatividade.

Já houve experimentos de Tunelamento Quântico com sons (mais precisamente, a transmissão de uma Sinfonia de Bethoven através de uma sólido e respectiva gravação - não tenho detalhes; li sobre isso há muito tempo) e a velocidfade medida foi de 4 vezes a Velocidade da Luz.

Notem que, assim como nos Experimentos EPR, não é possível se enviar informações através desses processos (a explicação é detalhada, mas na Internet há alguns descritivos simplificados), portanto, a causalidade fica resgardada.

Outro ponto, até onde sei, apenas agora começa-se a explorar os limites da Relatividade Restrita, muito embora, a Teoria Quântica Relativista existe desde a década de 30, tendo sido elaborada por Paul Dirac.

Somente duas dúvidas: A Sinfonia de Beethoven não é uma "informação"? Por quê?
                                      Por que estes experimentos e questões (EPR, salto quântico) só podem mostrar limites da relatividade, e nunca da mecânica quântica (interpretação subjetivista da mesma)?

Gostaria de links sobre o assunto.

é como se a realidade fosse matemática, e não como se a matemática fosse uma ferramenta útil para descrever a realidade de forma bem aproximada, mas não a realidade em si...

Não entendi duas coisas:

Primeiro: porque aproximada? Como se demonstra que a Matemática descreve a Realidade de forma "apenas" aproximada?

E segundo: se a Realidade é descrita de uma forma matemática, o que significa dizer "como se a realidade fosse matemática"? Ela É matemática, caso contrário, a matemática não seria uma linguagem apropriada à sua descrição.

Talvez aqui o problema seja o que se entende por "ser matemática" e por "descrição da Realidade

Fayman, acho que ele quis dizer que apesar das leis da natureza poderem ser codificadas em equações matemáticas, pode a equação de que dispomos no momento não ser completa por não termos tido acesso a todos os dados da natureza para a sua "confecção", ou seja, não levar em conta certos fatores que por um motivo ou outro nos foram ou são inacessíveis. Por exemplo: o fato das equações da MQ  não serem deterministas não quer dizer que o comportamento das partículas subatômicas EM SI MESMA não seja determinista.

[Emilson]

O dono da verdade escreveu:
"[...]o fato das equações da MQ  não serem deterministas não quer dizer que o comportamento das partículas subatômicas EM SI MESMA não seja determinista."


Grande insight.

Teorias probabilísticas em geral refletem eventos físicos que envolvem uma quantidade
enorme de variáveis, de forma que uma equação determinística é quase impossível
de ser obtida.

Se no lançamento de um dado conhecessemos TODAS as forças que agem sobre
ele durante sua trajetória até o repouso total numa superfície, poderíamos
montar uma equação que nos forneceria sua posição e orientação final.
Assim saberíamos qual seria a face final que ficaria voltada para "cima"
ao final do processo.

Emilson.

[SnowRaptor]

Respondendo (atrasado)  à primeira pergunta, sem ler as respostas e correndo o risco de ser repetitivo:

A energia e o tempo se relacionam através do princípio da incertezam da mesma forma que a posição e o momento:
dE*dt = hbar/2

onde dE e dt são os desvios de energia e tempo, respectivamente. Então, é possível violar a conservação de energia por tempos curtos. Então, um salto entre órbita L e a órbita K de um átomo de Cu, que libera raios X de 1,55 angstrom, pode ter qualquer duração inferior a

dt = hbar/2dE = hbar*lambda/(2h*c) = lambda/(4*pi*c) = 4*10^(-20) segundos.

Essa relação de incerteza entre energia e tempo é importantíssima. Os glúons, responsáveis por manter os prótons coesos* e o núcleo atômico estável, existem por violação da conservação de energia e seu raio de alcance é a distância que a luz percorre no tempo em que eles podem existir. além dessa distância, seu efeito vai a zero (zero mesmo, não um valor desprezível)

*Aproximação para efeitos de divulgação. A coisa de verdada é muito complicada e eu nunca vou estudar isso, na verdade, então, não posso dar muitos detalhes.

[Dbohr]

Hmm... não seria mais adequado dizer que a transição entre os níveis leva ~10^-20 s para se completar, emitindo um raio-X no processo?

Alguns autores (Griffiths, por exemplo) não concordam muito com isso de "violar a Conservação" por um pouquinho de tempo.

[SnowRaptor]

Hmm... não seria mais adequado dizer que a transição entre os níveis leva ~10^-20 s para se completar, emitindo um raio-X no processo?
Alguns autores (Griffiths, por exemplo) não concordam muito com isso de "violar a Conservação" por um pouquinho de tempo.

Expressei-me muito mal. Talvez o mais preciso seja dizer que em ~10^-20 s não se pode afirmar nada com precisão sobre a energia do sistema, como por exemplo, em que órbita o elétron está.

[Dr. Manhattan]

(me intrometendo)

Sem falar que toda essa idéia de "saltar de uma órbita para outra" é uma descrição semi-clássica que não faz realmente sentido dentro da MQ. Isso pode ser dito de forma mais correta se você afirmar que, ao ganhar ou perder energia, ocorre simplesmente uma mudança na dependência espacial da densidade de probabilidade do elétron.

[Dbohr]

... e é por isso, meninos e meninas, que eu não gosto de apelar para metáforas para explicar conceitos da Física Moderna. As chances são que a metáfora vai se propagar de ouvido em ouvido cada vez menos compreendida.

[Emilson]

Alguns autores (Griffiths, por exemplo) não concordam muito com isso de "violar a Conservação" por um pouquinho de tempo.

Curiosidade, pq ele não concorda?

O princípio da incerteza permite, em teoria, a violação da conservação de energia pelas partículas virtuais, por uma quantidade dE, mas somente por um intervalo de tempo dT após o qual a partícula "some" (ver equação no primeiro post do SnowRaptor). dE e dT são justamente as incertezas nas medidas de energia e tempo. Isso é TEORIA (não se observa diretamente a existência das partículas virtuais) mas ela funciona, pois com ela são feitas previsões que são comprovadas experimentalmente.

[Dbohr]

Em várias situações da MQ, o que se quer ver é como um determinado Observável - momento angular, linear, posição, Energia, etc. - evolui, ou seja, como ele muda com o tempo. Tempo é um parâmetro, não algo diretamente mensurável. A incerteza Tempo-Energia, então, mede a quantidade de tempo típica para o sistema mudar de maneira apreciável.

Em outras palavras: nada na formulação da MQ e do Princípio da Incerteza indica qualquer coisa sobre a Conservação da Energia sendo violada. É uma suposição permitida? Talvez, no sentido em que não se pode negá-la... mas tampouco se pode confirmá-la em definitivo!

Que eu saiba, ao menos

[SnowRaptor]

... e é por isso, meninos e meninas, que eu não gosto de apelar para metáforas para explicar conceitos da Física Moderna. As chances são que a metáfora vai se propagar de ouvido em ouvido cada vez menos compreendida.

Você tem a mais completa e absoluta razão

[Dbohr]

Só agora lembrei de comentar esse trecho.

(...) é TEORIA (não se observa diretamente a existência das partículas virtuais) mas ela funciona, pois com ela são feitas previsões que são comprovadas experimentalmente.

Não é teoria - é uma Hipótese. A diferença é sutil, mas muito importante.

... e é por isso, meninos e meninas, que eu não gosto de apelar para metáforas para explicar conceitos da Física Moderna. As chances são que a metáfora vai se propagar de ouvido em ouvido cada vez menos compreendida.

Você tem a mais completa e absoluta razão

Isso me lembra uma anedota que um professor contou. Certa vez pediram para que um físico explicasse a um leigo o que era a Relatividade. O físico falou sobre tensores, geometrias curvas e singularidades. Em seguida perguntou se o leigo tinha entendido. Ele respondeu que havia entendido tudo, menos essa parte de tensores e geometrias. O físico então explicou tudo de novo apelando para quadrivetores e espaços de Minkowsky. O leigo disse que tinha entendido tudo, menos a parte do espaço de Minkowsky. O físico tornou a explicar, agora com metáforas sobre trens e foguetes.

"Excelente! Agora entendi tudo!", diz o leigo, exultante.

"Sim. O problema é que isso não é mais a Relatividade..."

[Emilson]

Em outras palavras: nada na formulação da MQ e do Princípio da Incerteza indica qualquer coisa sobre a Conservação da Energia sendo violada. É uma suposição permitida? Talvez, no sentido em que não se pode negá-la... mas tampouco se pode confirmá-la em definitivo!

A teoria da perturbação é uma "aproximação" à MQ. É a teoria da perturbação que envolve as partículas virtuais. Embora na MQ a energia seja de fato conservada, na teoria da perturbação ela PODE ser violada pelas partículas virtuais em curtíssimos (não-mensuráveis) espaços de tempo. Violada no sentido de que energia pode surgir e deixar de existir através dessas partículas virtuais nesse dt ínfimo.

O Ângelo Melo ainda está por aqui? Talvez ele possa comentar sobre isso tbém.

[Emilson]

Só agora lembrei de comentar esse trecho.

(...) é TEORIA (não se observa diretamente a existência das partículas virtuais) mas ela funciona, pois com ela são feitas previsões que são comprovadas experimentalmente.

Não é teoria - é uma Hipótese. A diferença é sutil, mas muito importante.

As partículas virtuais fazem parte da teoria da perturbação.

[Dr. Manhattan]

Só agora lembrei de comentar esse trecho.

(...) é TEORIA (não se observa diretamente a existência das partículas virtuais) mas ela funciona, pois com ela são feitas previsões que são comprovadas experimentalmente.

Não é teoria - é uma Hipótese. A diferença é sutil, mas muito importante.

As partículas virtuais fazem parte da teoria da perturbação.

Hnn... Não acho que a "teoria" de perturbação se enquadre realmente na definição de uma teoria.
Eu bem queria saber como surgiu esse nome. Para mim, devia se chamar "aproximação de perturbação", ou "método de perturbação".

[Dbohr]

Também entendo que seja uma técnica, um método de cálculo.