Co je to mecânica quântica e como isso começou? Se Max Planck não tivesse ignorado um conselho ruim, a revolução na atomística nunca teria começado. O momento-chave veio em 1878, quando um de seus professores perguntou ao jovem Planck se ele seguiria uma carreira na física. O professor Philip von Jolly disse a Planck para encontrar outro emprego. Todas as descobertas importantes da física já teriam sido feitas, garantiu o professor ao seu jovem pupilo.

Como Planck lembrou mais tarde, von Jolly disse a ele:

"A física pode continuar marginalmente, explorando ou ordenando isso e aquilo, mas o sistema como um todo está ancorado e a física teórica está quase concluída."

Ao colocar uma dessas pequenas coisas em prática, descobriu-se que ele finalmente conseguiu Prêmio Nobel Planck e ela nasceu mecânica quântica. O detalhe desconfortável era um fenômeno muito comum: Por que os objetos irradiam da maneira como o fazem quando aquecidos? Todos os materiais, não importa do que sejam feitos, se comportam da mesma forma em temperaturas crescentes - emitem vermelho, amarelo e, finalmente, branco. Nenhum físico do século 19 poderia explicar esse processo aparentemente simples.

O problema surgiu como uma "catástrofe ultravioleta" porque a melhor teoria previa que objetos aquecidos a temperaturas muito altas deveriam emitir a energia de comprimento de onda mais curto. Uma vez que sabemos que uma forte corrente não levará as lâmpadas a raios tão energéticos de morte, a física do século 19 claramente não tinha a última palavra aqui.

A energia pode ser absorvida

Planck encontrou a resposta em 1900, com o que se tornou um sucesso moderno. Na verdade, ele adivinhou que a energia só pode ser absorvida ou transmitida em quanta discretos. Foi um afastamento radical da física clássica, que afirmava que a energia flui em um fluxo contínuo e contínuo. Na época, Planck não tinha justificativa teórica para isso, mas ainda assim funcionou. Seu quantum efetivamente limitava a quantidade de energia que objetos aquecidos podiam liberar em qualquer temperatura. Portanto, no final, nada de raios ultravioleta mortais!

Revolução quântica

Assim começou a revolução quântica. Demorou décadas de trabalho teórico de Albert Einstein, Werner Heisenberg, Niels Bohr e outros titãs da física para transformar a inspiração de Planck em uma teoria abrangente, mas isso foi apenas o começo, porque ninguém entendeu completamente o que acontecia com os objetos quando eles aqueciam.

A teoria resultante é a mecânica quântica, que lida com partículas e transferências de energia no reino das menores partículas, derivadas de nossa experiência cotidiana e de tudo que é invisível para nosso desajeitado aparelho sensorial. Nem tudo é completamente invisível! Alguns efeitos quânticos estão escondidos da vista, embora sejam claros e bonitos, como os raios do sol e o brilho das estrelas, como algo que não poderia ser totalmente explicado antes do advento da mecânica quântica.

Quantos fenômenos do mundo quântico podemos experimentar em nossas vidas diárias? Que informações nossos sentidos podem descobrir sobre a verdadeira natureza da realidade? Afinal, como mostra a teoria original, os fenômenos quânticos podem estar bem debaixo de nossos narizes. Na verdade, eles podem ocorrer bem no nosso nariz.

Quantum tailed

O que acontece em seu nariz quando você acorda e sente o cheiro de café ou uma fatia de pão em sua torradeira imortal? É apenas uma impressão para este órgão sensorial no rosto. Como Enrico Fermi, que construiu o primeiro reator nuclear do mundo, com cebolas fritas, observou, seria bom entender como funciona o nosso órgão sensorial.

Mecânica Quântica (© Jay Smith)

Então você está deitado na cama pensando em fazer torradas frescas. Moléculas de fragrâncias fluem pelo ar. Sua respiração atrai algumas dessas moléculas para a cavidade nasal entre os olhos, logo acima da boca. As moléculas se fixam na camada mucosa da superfície da cavidade nasal e ficam presas nos receptores olfatórios. Os nervos olfativos pendem do cérebro como os tentáculos de uma água-viva, eles são a única parte do sistema nervoso central que está constantemente exposta ao mundo exterior.

O que acontece a seguir não está totalmente claro. Sabemos que as moléculas de odor se ligam a um dos 400 receptores diferentes na superfície da mucosa, não sabemos exatamente o que e como esse contato cria nossa sensação olfativa. Por que é tão difícil entender o cheiro?

Andrew Horsfield, pesquisador do Imperial College London, diz:

"Em parte, é por causa da dificuldade de conduzir experimentos para verificar o que está acontecendo dentro dos receptores olfativos."

Como funciona o perfume

A explicação convencional de como o perfume funciona parece simples: os receptores assumem formas muito específicas de moléculas. Eles são como fechaduras que só podem ser abertas com as chaves certas. Segundo essa teoria, cada uma das moléculas que entra no nariz se encaixa em um conjunto de receptores. O cérebro interpreta uma combinação única de receptores ativados por moléculas, como o cheiro do café. Em outras palavras, sentimos as formas das moléculas! No entanto, há um problema fundamental com o modelo de 'abertura de chave'.

Horsfield diz:

"Você pode ter moléculas com formas e composições muito diferentes, todas dando a mesma impressão."

Parece que algo mais do que apenas a forma deve estar envolvido, mas o quê? Uma alternativa controversa a esse modelo sugere que nosso sentido é ativado não apenas pela forma das moléculas, mas também pela maneira como essas moléculas vibram. Todas as moléculas vibram constantemente em uma determinada frequência, com base em sua estrutura. Nosso nariz poderia de alguma forma revelar as diferenças nessas frequências vibracionais? Luca Turin, biofísico do Centro de Pesquisa Biomédica de Alexander Fleming, na Grécia, acredita que sim.

Teoria de vibração do odor

Turin, que também se tornou um dos maiores especialistas em perfumes do mundo, foi inspirado pela teoria vibracional da fragrância, proposta pela primeira vez pelo químico Malcolm Dyson em 1938. Depois que Turin entendeu pela primeira vez a ideia de Dyson na década de XNUMX, Turin começou a procurar moléculas que lhe permitissem fazer isso. teste. Ele se concentrou em compostos de enxofre que têm um odor único e vibrações moleculares características. Turin então precisava identificar um composto completamente não relacionado, com uma forma molecular diferente do enxofre, mas com a mesma frequência vibracional, para ver se realmente existia enxofre. Por fim, ele encontrou uma, uma molécula contendo boro. Definitivamente cheirava a enxofre. "Eu caí nessa aqui", diz ele, "não acho que possa ser uma coincidência."

Desde que descobriu essa sensação olfativa, Turin reuniu evidências experimentais para apoiar a ideia e trabalhou com Horsfield para elaborar detalhes teóricos. Cinco anos atrás, Turin e seus colegas desenvolveram um experimento no qual algumas das moléculas de hidrogênio em uma fragrância foram substituídas por deutério, um isótopo de hidrogênio com um nêutron no núcleo, e descobriram que os humanos podiam sentir a diferença. Como o hidrogênio e o deutério têm as mesmas formas moleculares, mas frequências vibracionais diferentes, os resultados novamente sugerem que nossos narizes podem realmente detectar vibrações. Experimentos com moscas-das-frutas mostraram resultados semelhantes.

Também sentimos vibrações?

A ideia de Turin permanece controversa - seus dados experimentais dividiram uma comunidade interdisciplinar de pesquisadores olfativos. Mas se eles estão certos, e além das formas, nós também sentimos vibrações, como nossos narizes fazem isso? Turin especulou que um efeito quântico, o chamado tunelamento, poderia ser incluído. Na mecânica quântica, os elétrons e todas as outras partículas têm uma natureza dual - cada um é uma partícula e uma onda. Isso às vezes permite que os elétrons se movam através de materiais como um túnel, de uma forma que seria proibida às partículas de acordo com as regras da física clássica.

A vibração molecular do odor pode fornecer um salto de energia para baixo, a energia que os elétrons precisam para saltar de uma parte do receptor de odor para outra. A velocidade do salto muda com as diferentes moléculas, o que causa impulsos nervosos que criam no cérebro a percepção de diferentes odores.

Portanto, nosso nariz pode ser um detector eletrônico sofisticado. Como nossos narizes poderiam evoluir dessa forma para tirar vantagem de tais peculiaridades quânticas?

Turin diz:

“Acho que estamos subestimando essa tecnologia, por assim dizer, em algumas ordens de magnitude. Quatro bilhões de anos de pesquisa e desenvolvimento com financiamento ilimitado é um longo tempo para evolução. Mas não acho que seja a coisa mais incrível que a vida faz. "