UM EXPERIMENTO SIMPLES COMO PROPOSTA PARA DISCUSSÕES BÁSICAS SOBRE MECÂNICA QUÂNTICA NO ENSINO MÉDIO

## UM EXPERIMENTO SIMPLES COMO PROPOSTA PARA DISCUSSÕES BÁSICAS SOBRE MECÂNICA QUÂNTICA NO ENSINO MÉDIO

## Rubens Quirino de Moraes Filho 1 , Ariadne de Andrade Costa 2

1 UAECIEXA, Universidade Federal de Jataí, Jataí-GO, Brasil, rubens951jti@gmail.com 2 Grupo de Redes Complexas Aplicadas de Jataí (GRAJ), Universidade Federal de Jataí, Jataí-GO, Brasil, ariadne.costa@ufj.edu.br

Palavras-chave:

Mecânica Quântica, Ensino Médio, Experimento

## Resumo expandido

Observa-se que a visão sobre Ciência e cientistas possui significados confusos e equivocados para a população externa à academia (OSTERMANN & MOREIRA, 2016; ZANON & MACHADO, 2013). Um dos conceitos frequentemente relatados é o de que a Ciência traz ou se impõe como detentora da verdade plena e inexorável. Além disso, na Física, a Mecânica Quântica é hoje a área mais mal interpretada e incorretamente divulgada. Cabe, portanto, a nós professores e pesquisadores explicar desde o ensino básico uma visão mais ajustada da Ciência e do 'cientista', bem como da Mecânica Quântica. Nesse contexto, apresentamos um experimento facilmente reprodutível em sala de aula, aplicável ao Ensino Médio, para refutar o Paradoxo EPR, proposto por Einstein, Podolsky e Rosen. Tal paradoxo consiste na possível violação do postulado da Teoria da Relatividade (que afirma que nenhuma informação pode viajar mais rapidamente que a luz) pela chamada interpretação de Copenhague defendida por Niels Bohr e Werner Heisenberg (EISBERG & RESNICK, 1979). A visão desses segundos, chamados de 'ortodoxos', se tomarmos como exemplo a medição da posição de uma partícula, dizia que antes do experimento a partícula não estava em lugar algum e na verdade o ato de medir fez com que nós forçássemos o sistema a nos fornecer um resultado; antes do experimento só era possível obter a probabilidade de cada possível resultado. Já na visão dos 'realistas', a indeterminação do resultado na verdade era reflexo da nossa ignorância em relação à natureza, de modo que o resultado do experimento nunca foi indeterminado, somente desconhecido (EINSTEIN, PODOLSKY, ROSEN, 1935). A Mecânica Quântica pela interpretação de Bohr e Heisenberg prevê um fenômeno chamado de entrelaçamento (ou emaranhamento) quântico que, em linhas gerais, diz que duas partículas que se originaram de uma, devem respeitar a conservação de momento, logo , quando uma partícula A entrelaçada com B for medida (de acordo com a interpretação de Copenhague) o ato de medir faz com que forcemos a natureza a nos fornecer um resultado experimental e como A e B estão entrelaçadas, o experimento feito em A também força B (a deixar de ter somente possibilidades de resultados) a ter um resultado determinado (GRIFFITHS & SCHROETER, 2018). Para os realistas, caso a visão ortodoxa estivesse correta, o ato de realizar a medição de uma partícula em um lado do universo implicaria, caso houvesse uma segunda do outro lado do universo entrelaçada com a primeira, resultaria na dita violação da relatividade, pois as

partículas A e B estão se 'comunicando' em uma 'velocidade' mais rápida que a da luz, 'uma fantasmagórica ação à distância' nas palavras de Einstein e este é o paradoxo EPR (EINSTEIN, PODOLSKY, ROSEN, 1935). Para contornar essa situação, os realistas propuseram a ideia de que havia uma ou mais variável(is) oculta(s) na teoria quântica que a tornava na época incapaz de predizer resultados experimentais com exatidão. Umas das previsões do pensamento ortodoxo era de que o fenômeno de polarização luminosa também fosse um fenômeno de natureza quântica, de modo que se esse pensamento estivesse incorreto, existiriam variáveis ocultas que determinam a polarização da luz. Em outras palavras, na visão realista, a luz carrega uma característica que é expressa por uma variável oculta e essa variável oculta determina se essa onda poderá ou não passar por determinado filtro polarizador. Esse experimento pode ser facilmente realizado com materiais simples em casa e levados à sala de aula: um monitor (ou celular, ou tv) e duas lentes de um óculos com filtro polarizador. Posiciona-se o dispositivo luminoso e as duas lentes enfileirados, com cerca de 10 cm entre si, de modo que a luz possa atravessar as duas lentes. Usando a primeira lente pode-se achar o eixo de polarização do monitor (quando a intensidade luminosa for a menor possível significa que o eixo de polarização dos óculos está situado a 90° do eixo de polarização do monitor). Quando colocamos um polarizador a 45° entre a tela e o polarizador de 90°, notamos um aumento da intensidade luminosa se compararmos com o caso em que não havia a lente intermediária. Preparamos o experimento, testamos e inicaremos apresentações em sala de aula de 2ºs e 3ºs anos do ensino médio. Comparando as intensidades luminosas, podemos mostrar que a hipótese de variável oculta é inválida, pois houve um acréscimo na intensidade luminosa ao acrescentar uma segunda lente. A falha na ideia da variável aparece quando são comparados os dois sistemas, pois se há na luz alguma variável oculta que determina o bloqueio da onda pelo polarizador situado a 90º não faz sentido que ao colocar outro polarizador no sistema a intensidade luminosa aumente; estaria de acordo com o proposto caso a intensidade se mantivesse constante ou diminuísse, mas nunca aumentasse. Como visto, um experimento simples pode se relacionar a diversos conceitos e questionamentos básicos da Mecânica Quântica, uma área polêmica e que chega ao público leigo comumente de forma errônea. Sem a necessidade de aprofundamento e o uso de termos complicados, é possível transmitir uma noção dessa área e desmistificar alguns usos inapropriados da Mecânica Quântica. Além disso, podemos ver que nem sempre a Ciência se baseia em propostas corretas e que a Ciência evolui e novas descobertas podem sempre complementar ou invalidar as proposições aceitas anteriormente.

## Referências

EISBERG, Robert; RESNICK, Robert. Quantum physics of atoms, molecules, solids, nuclei, and particles , 1a ed., 936 p., 1979.

EINSTEIN, Albert; PODOLSKY, Boris; ROSEN, Nathan. Can quantummechanical description of physical reality be considered complete?. Physical review , v. 47, n. 10, p. 777, 1935.

GRIFFITHS, David J.; SCHROETER, Darrell F. Introduction to quantum mechanics . Cambridge University Press, 3ª ed., 510 p., 2018.

OSTERMANN, Fernanda; MOREIRA, Marco Antonio. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa 'Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio'. Investigações em ensino de ciências , v. 5, n. 1, p. 23-48, 2016.

ZANON, A. V., MACHADO, A. D. T. A visão do cotidiano de um cientista retratada por estudantes iniciantes de licenciatura em química. Ciências & Cognição , v. 18, n. 1, p. 46-56, 2013.