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Quantum Physics and Wave-Particle Duality
Se dispararmos aleatoriamente um pequeno objeto, digamos, uma bola de gude, contra a tela,
vemos um padrão na parede de trás onde eles passaram pela fenda e atingiram.
Agora, se adicionarmos uma segunda fenda,
esperaríamos ver uma segunda faixa duplicada à direita.
Agora, vamos olhar para as ondas.
As ondas atingem a fenda e se propagam, atingindo a parede de trás
com maior intensidade diretamente em linha com a fenda.
A linha de brilho na tela de trás mostra essa intensidade.
Isso é semelhante à linha que as bolas de gude fazem.
Mas, quando adicionamos a segunda fenda, algo diferente acontece.
Se o topo de uma onda encontra o fundo de outra onda,
elas se cancelam.
Então agora, há um padrão de interferência na parede de trás.
Os lugares onde os dois topos se encontram são de maior intensidade, as linhas brilhantes,
e onde se cancelam, não há nada.
Então, quando lançamos coisas, ou seja, matéria, através de duas fendas, obtemos isto.
Duas faixas de impactos.
E com ondas, obtemos um padrão de interferência de muitas faixas.
Até aqui, tudo bem.
Agora, vamos ao quântico.
Um elétron é um pedaço minúsculo, minúsculo de matéria, como uma bolinha de gude minúscula.
Vamos disparar um fluxo através de uma fenda.
Ele se comporta exatamente como a bolinha de gude, uma única faixa.
Então, se dispararmos esses pedacinhos através de duas fendas,
deveríamos obter, como as bolinhas de gude, duas faixas.
O quê? Um padrão de interferência!
Disparamos elétrons, pedacinhos de matéria, através delas.
Obtemos um padrão como o de ondas, não como o de bolinhas de gude.
Como?
Como pedaços de matéria poderiam criar um padrão de interferência como uma onda?
Não faz sentido.
Mas os físicos são espertos.
Eles pensaram que talvez aquelas bolinhas estivessem colidindo umas com as outras e criando aquele padrão.
Então, eles decidem disparar elétrons, um de cada vez.
Não haveria como eles interferirem uns com os outros.
Mas, após uma hora disso, o mesmo padrão de interferência começa a surgir.
A conclusão é inevitável.
O elétron individual parte como uma partícula, torna-se uma onda de potenciais,
passa por ambas as fendas e interfere consigo mesmo para atingir a parede como uma partícula.
Mas, matematicamente, é ainda mais estranho.
Ele passa por ambas as fendas, e não passa por nenhuma.
E passa por apenas uma, e passa por apenas a outra.
Todas essas possibilidades estão em superposição umas com as outras.
Mas os físicos ficaram completamente perplexos com isso.
Então, eles decidiram espiar e ver por qual fenda ele realmente passa.
Eles colocaram um dispositivo de medição perto de uma fenda para ver por qual ele passava e o dispararam.
Mas o mundo quântico é muito mais misterioso do que eles poderiam ter imaginado.
Quando eles observaram, o elétron voltou a se comportar como uma bolinha de gude.
Ele produziu um padrão de duas faixas, não um padrão de interferência de várias.
O próprio ato de medir, ou observar, por qual fenda ele passou,
significou que ele só passou por uma, não por ambas.
O elétron decidiu agir de forma diferente.
Como se soubesse que estava sendo observado.
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Original transcript (English)
If we randomly shoot a small object, say a marble, at the screen, we see a pattern on the back wall where they went through the slit and hit. Now, if we add a second slit, we would expect to see a second band duplicated to the right. Now, let's look at waves.
The waves hit the slit and radiate out, striking the back wall with the most intensity directly in line with the slit. The line of brightness on the back screen shows that intensity. This is similar to the line the marbles make. But, when we add the second slit, something different happens.
If the top of one wave meets the bottom of another wave, they cancel each other out. So now, there is an interference pattern on the back wall. Places where the two tops meet are the highest intensity, the bright lines, and where they cancel, there is nothing.
So, when we throw things, that is, matter, through two slits, we get this. Two bands of hits. And with waves, we get an interference pattern of many bands. Good so far. Now, let's go quantum.
An electron is a tiny, tiny bit of matter, like a tiny marble. Let's fire a stream through one slit. It behaves just like the marble, a single band. So, if we shoot these tiny bits through two slits, we should get, like the marbles, two bands.
What? An interference pattern! We fired electrons, tiny bits of matter, through. We get a pattern like waves, not like little marbles. How? How could pieces of matter create an interference pattern like a wave?
It doesn't make sense. But, physicists are clever. They thought, maybe those little balls are bouncing off each other and creating that pattern. So, they decide to shoot electrons through one at a time. There is no way they could interfere with each other.
But, after an hour of this, the same interference pattern is seen to emerge. The conclusion is inescapable. The single electron leaves as a particle, becomes a wave of potentials, goes through both slits, and interferes with itself to hit the wall like a particle. But mathematically, it's even stranger.
It goes through both slits, and it goes through neither. And it goes through just one, and it goes through just the other. All of these possibilities are in superposition with each other. But physicists were completely baffled by this. So, they decided to peek and see which slit it actually goes through.
They put a measuring device by one slit to see which one it went through and let it fly. But the quantum world is far more mysterious than they could have imagined. When they observed, the electron went back to behaving like a little marble. It produced a pattern of two bands, not an interference pattern of many. The very act of measuring, or observing, which slit it went through,
meant it only went through one, not both. The electron decided to act differently. As though it was aware it was being watched.
