Kursthemen
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A versão final do cronograma, como o curso de fato transcorreu, com um resumo dos objetivos do curso, das leituras e avaliação.
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Esta é a versão de 2021 do texto usado em nosso curso. Há alguns erros de formatação, e o texto está sendo melhorado em 2023 (com os capítulos sendo disponibilizados após os encontros). Assim, quem quiser antecipar a leitura do conteúdo pode seguir este texto. Alternativamente, a leitura do livro original Conceitos de Física Quântica também cobre o conteúdo de nosso curso.
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Neste primeiro encontro, cobrimos em classe parte do Cap. I, seções 1 a 4.
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A essência da Física Quântica.
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Dualidade onda-partícula: versão fraca.
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Cinco interpretações básicas.
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Regime quântico: ondas de baixa intensidade. Soma e divisão de ondas.
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Neste encontro abordamos a seção I.5 e o Cap. II. Como leitura optativa, o texto de História da Física Quântica, HFQ-1, acompanhado do áudio deste assunto.
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Seção I.5: Visualizando as interpretações realistas do experimento da fenda dupla.
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Interferometria de um único fóton. Por qual caminho rumou o fóton?
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Interferômetro de Mach-Zehnder clássico.
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Por qual caminho rumou o fóton? Cinco interpretações.
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Texto optativo de História da Física Quântica. Este Cap. I enfoca o caminho da Radiação Térmica, que levou Planck a propor a quantização de energia, em 1900.
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Possíveis nascimentos da Física Quântica. Caminho da radiação térmica até a lei de Kirchhoff (1860).
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Da noção de "corpo negro" em Kirchhoff até a lei de radiação de Wien.
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A lei de radiação de Wien (1896) e a derivação termodinâmica feita por Planck. Desvios experimentais da lei de Wien no infravermelho distante (1899). Lei de Rayleigh e a interpolação levando à lei de radiação de Planck.
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Planck trabalha para fundamentar sua lei de radiação, e encontra em Boltzmann uma solução para isso, tendo porém que postular uma quantização de energia.
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Neste encontro abordamos o Cap. III. Como leitura optativa, o texto de Forman sobre história da MQ.
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"Fenômeno" corpuscular. Como as interpretações analisam o experimento de anticorrelação.
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Dualidade Onda-Partícula: versão forte.
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Experimento da Escolha Demorada.
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Atualização do Passado no Presente (a interpretação de Wheeler).
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Forman, P. (1983). “A cultura de Weimar, a causalidade e a teoria quântica, 1918-1927: a adaptação de físicos e matemáticos alemães a um ambiente intelectual hostil”, trad. C.W. Abramo, Cadernos de História e Filosofia da Ciência, suplemento 2: 3-98. Orig. em inglês: 1971.
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Neste encontro abordamos os Cap. IV e V das Notas de Aula. Como leitura optativa, o texto de História da Física Quântica, HFQ-2, acompanhado do áudio deste assunto.
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Lista de exercícios 1, para 20/04. Favor entregar na sala de aula.
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Revisão da Fig. III.4 (pulso a cada instante no interferômetro de Mach-Zehnder). Medição de trajetória no interferômetro com um detector de não-demolição. Interpretação ondulatória realista postula colapsos.
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Medições de trajetória no interferômetro: interpretação dualista realista postula um deslocamento aleatório de fase da onda após interação com detector. Interpretações da complementaridade e instrumentalista. Medições de posição são repetíveis.
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Medições nas fendas no experimento das duas fendas.
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Início do Cap. V das Notas de Aula: descrição com números complexos dos estados no interferômetro de Mach-Zehnder (Fig. V.1). Revisão das regras de cálculo da evolução de ondas simples.
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Autoestado e estados ortogonais. Princípio quântico de superposição. Estado de superposição não é diferente de um autoestado.
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Interpretações do estado quântico. Três perguntas na Tabela V.1.
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A postulação do quantum de luz.
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O efeito fotoelétrico.
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A teoria granular da radiação eletromagnética.
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Aspecto dual dos raios X.
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Neste encontro abordamos o Cap. VI. Como leitura histórica, trechos das discussões no Congresso de Solvay (1927). Os áudios das aulas, feitos em 2021, começam a mudar de ordem a esta altura, mas os áudios aqui colocados refletem o conteúdo do novo Cap. VI.
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Dois tipos de evolução temporal (seção VI.1).
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Evolução unitária: aplicável a sistemas "fechados". Reversibilidade temporal da evolução unitária (Seções VI.2 e 3)
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Representação de estado no espaço de Hilbert (seção VI.4).
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Origens da noção de colapso e o papel do observador (seções VI.5 e 6).
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Solvay, Congresso de (1927), “Discussão geral das novas ideias formuladas”, em Fundamentos da Física 2 (Simpósio David Bohm), Ed. Livraria da Física, 2001, pp. 139-72.
Ler trechos III, V, VI, XII e XIV.
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Neste encontro abordamos o Cap. VII das Notas de Aula. Como leitura optativa, o texto de História da Física Quântica, HFQ-3, acompanhado do áudio. Sobre os áudios, uma ou duas aulas foram perdidas, cobrindo a recombinação dos feixes de Stern-Gerlach (seção VII.4).
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O experimento de Stern-Gerlach. Colapso no experimento de Stern-Gerlach. Repetibilidade nas medições. (Seções VII.1 e 2)
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A redução de estado segundo as diferentes interpretações (seção VII.3)
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Outros caminhos relacionados com a Física Quântica: calores específicos dos sólidos.
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Outros caminhos relacionados com a Física Quântica: espectroscopia óptica e modelos atômicos.
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Outros caminhos relacionados à Física Quântica: teoria cinética dos gases, analogia mecânico-óptica e mesomerismo.
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Conclusões sobre os caminhos possíveis para a Física Quântica.
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Neste encontro abordamos o Cap. VIII e IX das Notas de Aula. Como leitura optativa, o texto de Holton sobre as raízes da complementaridade. Sobre os áudios, duas aulas foram perdidas, cobrindo a "medição" enquanto termo primitivo, medições diretas em Física Quântica e (importante) interpretações sobre as medições em Física Quântica (seções VIII.1, 2 e 3).
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Experimento de resultado nulo (seção VIII.4).
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O problema geral da medição. A interpretação subjetivista. Interpretação dos estados relativos ou muitos mundos. (Seções IX.1, 2, 4)
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Problema da completeza (aprofundando parte da seção IX.1). O paradoxo do laboratório fechado (seção IX.6). O gato de Schrödinger (seção IX.7).
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Holton, G. (1984), “As raízes da complementaridade”, Humanidades 2(9), pp. 49-71. Orig.: Daedalus 99, 1970.
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Neste encontro abordamos o Cap. X das Notas de Aula. Como leitura optativa, o texto de História da Física Quântica, HFQ-4, acompanhado do áudio.
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Para 18/05.
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Princípio de indeterminação na Física Clássica de Ondas. O princípio quântico de incerteza segundo as diferentes interpretações
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O microscópio de raio gama (Heisenberg).
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Concepção do distúrbio interacional. Observáveis de não-demolição.
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Problemas com a derivação da lei de Planck.
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O modelo atômico de Bohr.
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O experimento de Franck-Hertz.
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Princípio de correspondência. Princípio adiabático. As condições quânticas.
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Neste encontro abordamos o Cap. XI das Notas de Aula, e também boa parte do Cap. XII. Como leitura paralela recomendada, o texto de Bohr (1928), especialmente a apresentação e seção 1.
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Linguagem clássica e a questão do macrorrealismo; descontinuidade e distúrbio interacional; totalidade do fenômeno (seções XI.2 ,3 e 5)
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Os três tipos de complementaridade (seção XI.4).
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Outras posições ortodoxas (Heisenberg, Pauli, Born); dez principais teses da interpretação ortodoxa (seções XI.6, 7).
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Bohr, N. (1928), “O postulado quântico e o recente desenvolvimento da física atômica”, em Fundamentos da Física 1 (Simpósio David Bohm), Ed. Livraria da Física, 2000, pp. 135-59.
Ler especialmente a apresentação e a seção 1.
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Neste encontro retomamos o Cap. XII das Notas de Aula, e brincamos com o interferômetro de Mach-Zehnder didático. Como leitura optativa, o texto de História da Física Quântica, HFQ-5, acompanhado do áudio.
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Experimentos com pá giratória; interferômetro com feixes divergentes (seções XII.1, 7).
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Estados com polarização (seção XII.2).
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Interferômetro de Mach-Zehnder com polarizadores (seção XII.3).
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Fenômeno depende do quantum detectado; fenômeno intermediário entre onda e partícula (seções XII.4 e 5).
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A filosofia natural. Modelo do cerne magnético.
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O efeito Compton.
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Osciladores virtuais. Campo virtual de radiação. A teoria de BKS (início).
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A teoria de BKS (Bohr-Kramers-Slater, continuação). Experimentos de coincidência.
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Neste encontro abordamos o Cap. XIII das Notas de Aula. Como leitura paralela recomendada, o texto "Análise de um típico argumento místico-quântico", do professor.
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Pessoa Jr., O. (2013), “Análise de um típico argumento místico-quântico”, in Silva, C.C. & Prestes, M.E.B. (orgs.), Aprendendo ciência e sobre sua natureza: abordagens históricas e filosóficas, Tipographia Editora Expressa, São Carlos, pp. 171-84.
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Visão geral do argumento de incompleteza de Einstein, Podolsky & Rosen (EPR) (seção XIII.1).
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Três conceitos importantes: completeza, elemento de realidade e localidade (seções XIII.2,3,4).
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O estado correlacionado usado por EPR. O argumento: redução não-local mais a hipótese da localidade. (Seções XIII.5,6)
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Contrafactuais e o esquema do argumento. As respostas de Bohr e de Pauli. O dilema de EPR segundo as diferentes interpretações. (Seções XIII.7,8,9)
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Neste encontro cobrimos os Caps. XIV e XV das Notas de Aula. Como leitura optativa, o texto de História da Física Quântica, HFQ-6, mas sem o áudio.
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O que é o Spin? Simetria 4pi dos spins semi-inteiros. (Seções XIV.1,2)
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Estados de spin anticorrelacionados. Simetria rotacional. Não-separabilidade.
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O argumento da incompleteza com spins. Um argumento errôneo: medições simultâneas. (Seções XIV.6,7)
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Interferômetro de Mach-Zehnder para duas partículas correlacionadas.
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O dualismo de Louis de Broglie (seção XV.1).
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A teoria de David Bohm. O potencial quântico. (Seções XV.2,3)
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Trajetórias no experimento das duas fendas. O universo indiviso. (Seções XV.4,5)
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Analogias com gotas andadoras de silicone, em uma cuba de silicone fluido em uma mesa vibrante (seção XV.6).
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O experimento de Stern-Gerlach. Átomos e visualização. Método das diferenças. A nova regra de multiplicação (a derivação de Heisenberg). Mecânica matricial. Álgebra quântica. Operadores.
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A prova está marcada para 29/06. Os simulados são provas antigas. Coloquei também o interferômetro de Unruh, visto em classe (ex. 6 optativo da Lista 3), com a descrição matemática das ondas.