MODELO ATÔMICO DE HEISENBERG: CARACTERÍSTICAS E LIMITAÇÕES - FISICA - 2025

O modelo atômico de Heisenberg (1927) introduziu o princípio da incerteza nos orbitais do elétron ao redor do núcleo atômico. O proeminente físico alemão lançou as bases da mecânica quântica para estimar o comportamento das partículas subatômicas que constituem 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, não saberemos o momento linear do elétron e vice-versa.

Werner Heisenberg

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, 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 perceptivo da cinemática e da 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 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, então a incerteza sobre o valor da outra variável irá aumentar.

- 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. De acordo com Heisenberg, o produto das variações do momento linear e a 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, pois para estabelecer esta 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 as medições, o instrumento de medição e a forma de utilização desse instrumento, de acordo com o método científico.

Conseqüentemente, as variáveis ​​descritas pelas partículas subatômicas deveriam se comportar de forma determinística. Ou seja, seu comportamento teve 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 acima 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 da 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. Conseqüentemente, a incerteza inerente aos processos subatômicos é significativa.

Artigos de interesse

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Modelo atômico de Bohr.

Modelo atômico de Sommerfeld.

Referências

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