O elemento químico mais abundante na natureza é o que nos revela os seus mais surpreendentes segredos.
Recordemos que a descontinuidade fundamental da matéria foi detectada nos vapores de Hidrogénio nos fins do século XIX , captada na fórmula empírica de Balmer e só iluminada pela equação de Schrodinguer, publicada em 1925. Contudo esta equação é fortemente incompleta.A sua solução, como é sabido, só oferece três números quânticos.Portanto só existiria um estado fundamental, caracterizado por n=1, l=0, ml=0. A realidade do átomo de Hidrogénio é outra: no nível n=1 existem dois subestados. A existência desses dois subestados resulta do spin do electrão, que a equação de Schrodinguer ignora.
No átomo de Hidrogénio os spins do electrão e do núcleo interagem fracamente dando origem aos subestados por n=1, l=0, ml=0, ms= +1/2 e n=1, l=0, ml=0, ms= -1/2.É a célebre estrutura hiperfina do átomo de Hidrogénio, e que se revela fundamental em Astrofísica porque da transição entre estes dois subestados resulta uma radiação com a frequência das ondas de rádio , a celebérrima radiação dos 21-cm. Como as ondas de rádio são fracamente absorvidas pelo meio interestelar, podem percorrer maiores distâncias que as suas congéneres de diferentes comprimentos de onda,e graças à estrutura hiperfina é possível o mapeamento do hidrogénio na nossa galáxia e noutras galáxias.
Porque razão equação de Schrodinguer é incompleta? Pelos simples facto de desprezar velocidade do electrão, que é aproximadamente um centésimo da velocidade da luz...e neste regime é necessário usar a relatividade restrita. Schrodinguer na sua tentativa de usar a relatividade escreveu uma equação relativista para o electrão...mas surgiram-lhe resultados tão estúpidos dessa sua equação relativista que desistiu da sua tentativa.
Dirac foi mais bem sucedido ao encontrar a equação relativista para o electrão. A verdadeira equação que descreve totalmente o electrão é a equação de Dirac, e a equação de Schrodinguer passou a ser a aproximação não-relativista para a Mecânica Quântica.
Na equação de Dirac está contida a existência de uma nova propriedade da matéria,o spin, o 4º número quântico que faltava, e a existência de um novo tipo de matéria, baptizada de anti-matéria.
A existência de spin provoca a criação de novos subestados no estado n=2, l=1, contrariamente ao previsto pela equação de Schrodinguer: os estados com l=1 ( três subestados como sabemos) não têm todos a mesma energia, isto é, não são estados degenerados. É a estrutura fina prevista pela equação de Dirac.
Mas mesmo uma equação tão poderosa como esta última revela-se contudo insuficiente para dar conta da riqueza contida no elemento químico mais simples no Universo!
Verdadeiramente os estados n=2, l=0 e n=2, l=1 não têm a mesma energia como previsto pelas duas teorias
(equações de Schrodinguer e de Dirac). Foi o físico Willis Lamb quem encontrou e mediu essa pequena diferença de energia entre os dois estados, e ficou conhecido como desvio de Lamb.
O que o átomo de Hidrogénio tinha para nos dizer que ainda escondia?
Apenas isto: não só a matéria é descontínua, a radiação por ela emitida ou absorvida é igualmente descontínua.É radiação é essencialmente descontínua, o que contraria o electromagentismo clássico. Graças ao desvio de Lamb emerge uma nova teoria, a teoria quântica da radiação, conhecida como electrodinâmica quântica, que explica notavelmente o desvio de Lamb com a precisão de 12 casas decimais! Do humilde Hidrogénio surge uma das teorias mais poderosas da Ciência!
Apetece terminar dizendo: na simplicidade está o segredo da Natureza!
Recordemos que a descontinuidade fundamental da matéria foi detectada nos vapores de Hidrogénio nos fins do século XIX , captada na fórmula empírica de Balmer e só iluminada pela equação de Schrodinguer, publicada em 1925. Contudo esta equação é fortemente incompleta.A sua solução, como é sabido, só oferece três números quânticos.Portanto só existiria um estado fundamental, caracterizado por n=1, l=0, ml=0. A realidade do átomo de Hidrogénio é outra: no nível n=1 existem dois subestados. A existência desses dois subestados resulta do spin do electrão, que a equação de Schrodinguer ignora.
No átomo de Hidrogénio os spins do electrão e do núcleo interagem fracamente dando origem aos subestados por n=1, l=0, ml=0, ms= +1/2 e n=1, l=0, ml=0, ms= -1/2.É a célebre estrutura hiperfina do átomo de Hidrogénio, e que se revela fundamental em Astrofísica porque da transição entre estes dois subestados resulta uma radiação com a frequência das ondas de rádio , a celebérrima radiação dos 21-cm. Como as ondas de rádio são fracamente absorvidas pelo meio interestelar, podem percorrer maiores distâncias que as suas congéneres de diferentes comprimentos de onda,e graças à estrutura hiperfina é possível o mapeamento do hidrogénio na nossa galáxia e noutras galáxias.
Porque razão equação de Schrodinguer é incompleta? Pelos simples facto de desprezar velocidade do electrão, que é aproximadamente um centésimo da velocidade da luz...e neste regime é necessário usar a relatividade restrita. Schrodinguer na sua tentativa de usar a relatividade escreveu uma equação relativista para o electrão...mas surgiram-lhe resultados tão estúpidos dessa sua equação relativista que desistiu da sua tentativa.
Dirac foi mais bem sucedido ao encontrar a equação relativista para o electrão. A verdadeira equação que descreve totalmente o electrão é a equação de Dirac, e a equação de Schrodinguer passou a ser a aproximação não-relativista para a Mecânica Quântica.
Na equação de Dirac está contida a existência de uma nova propriedade da matéria,o spin, o 4º número quântico que faltava, e a existência de um novo tipo de matéria, baptizada de anti-matéria.
A existência de spin provoca a criação de novos subestados no estado n=2, l=1, contrariamente ao previsto pela equação de Schrodinguer: os estados com l=1 ( três subestados como sabemos) não têm todos a mesma energia, isto é, não são estados degenerados. É a estrutura fina prevista pela equação de Dirac.
Mas mesmo uma equação tão poderosa como esta última revela-se contudo insuficiente para dar conta da riqueza contida no elemento químico mais simples no Universo!
Verdadeiramente os estados n=2, l=0 e n=2, l=1 não têm a mesma energia como previsto pelas duas teorias
(equações de Schrodinguer e de Dirac). Foi o físico Willis Lamb quem encontrou e mediu essa pequena diferença de energia entre os dois estados, e ficou conhecido como desvio de Lamb.
O que o átomo de Hidrogénio tinha para nos dizer que ainda escondia?
Apenas isto: não só a matéria é descontínua, a radiação por ela emitida ou absorvida é igualmente descontínua.É radiação é essencialmente descontínua, o que contraria o electromagentismo clássico. Graças ao desvio de Lamb emerge uma nova teoria, a teoria quântica da radiação, conhecida como electrodinâmica quântica, que explica notavelmente o desvio de Lamb com a precisão de 12 casas decimais! Do humilde Hidrogénio surge uma das teorias mais poderosas da Ciência!
Apetece terminar dizendo: na simplicidade está o segredo da Natureza!
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