O experimento de Stern-Gerlach e o spin do elétron: um exemplo de quasi-história

Abstract

Nossa proposta neste trabalhoé utilizar o conceito de quasi-história como perspectiva de análise para a forma de apresentação didática de conteúdos de física. Pretendemos mostrar as transformações sofridas pelo conhecimento, desde os primeiros registros até a forma como ele aparece nos livros didáticos. O conteúdo a ser trabalhadoé o experimento de Stern-Gerlach, geralmente associadoà descoberta do spin do elétron, e que desempenhou um importante papel no desenvolvimento da teoria quântica no século XX. Analisando os trabalhos originais e utilizando alguns fatos da história da ciência, discutiremos as modificações sofridas por este conteúdo até a forma em que eleé apresentado nos livros didáticos utilizados nos cursos de graduação em física e engenharias. Palavras-chave: experimento de Stern-Gerlach, spin do elétron, quasi-história.The aim of this work is to use the concept of quasi history to analyze the form of didactical presentation of the physics contents. We intend to stress the changes made to the knowledge, since the first records by the way it appears in textbooks. The content to work is the experiment of Stern-Gerlach, usually associated with the discovery of the electron spin, and which played an important role in the development of quantum theory in the twentieth century. Analyzing the original work and using some facts of history of science, we will discuss the modifications made by this content to the form in which it is presented in textbooks used in graduate courses in physics and engineering. Keywords: Stern-Gerlach experiment, electron spin, quasi-history. Os livros didáticos e a pesquisa em ensino de ciênciasLivros didáticos são inegavelmente um dos principais recursos didáticos utilizados nas atividades de ensinoaprendizagem. Por conta deste importante papel que desempenha na educação em geral, muitas pesquisas têm se interessado em estudar os seus usos e impacto na aprendizagem. Um particular interesse tem sido dadoà forma como os livros didáticos apresentam os conceitos leis e princípios científicos. Niaz [5] produziu uma análise de como conceitos relacionadosà forma como os números quânticos aparecem em livros de química, buscando classificá-los em cinco categorias, das apresentações menos fundamentadas -1,às mais fundamentadas -5. Izquierdo-Aymerich e Aduriz-Bravo [6] analisaram livros didáticos de química da primeira metade do século

A questão dos modelos no ensino de Mecânica Quântica: a equação de Schrödinger para partículas de spin semi-inteiro

“…No curso histórico, tais noções foram transitando nas seguintes categorias: i) modelo mecânico, caracterizado por uma representação de objetos concretos ou abstratos voltada à compreensão dos fenômenos naturais; ii) modelo semântico, que postula que as teorias científicas devem ser interpretadas como coleções de modelos, que, por sua vez, corresponderiam a representações de objetos matemáticos; iii) modelo matemático, sistema lógico-semântico dedicado à representação da realidade; iv) modelo por simulação computacional, que se utiliza de algoritmos para forjar uma situação, um processo ou um sistema real; e v) no campo do ensino, o modelo didático, que faz a transposição dos saberes contidos nos modelos científicos para torná-los compreensíveis em contexto educacional. Para além disso, os modelos podem cumprir as importantes funções lógicas ou cognitivas de: (a) aprender sobre os sistemas-alvo; (b) explicar certos comportamentos a partir da usa manipulação; e (c) compreender, a partir deles, fenômenos naturais e/ou teorias científicas [10,11].…”

“…Ao aderir a essa perspectiva, assumimos uma posição sobre o papel de modelos para nosso aprendizado, explicação e compreensão de fenômenos naturais ou teorias. Em particular, assumimos a ideia de que modelos são postulações idealizadas de uma realidade subjacente e que tais idealizações não influem na sua capacidade de implementar os itens (a)-(c), anteriormente mencionados [10,11].…”

Um estudo didático da dinâmica de spins

“…Por ser l um número inteiro, teremos no espectro, para cada nível, um número ímpar (2l + 1) de desdobramento da energia do espectro atômico na presença de um campo magnético. Assim, o átomo no estado fundamental (n = 1, l = 0, m l = 0) não deveria ter desdobramento quando colocado na presença de um campo magnético externo, mas o experimento (Stern-Gerlach) [28] mostra que existem duas linhas espectrais estranhamente não explicadas inicialmente com a MQ. A este desdobramento em dubleto é conhecido como efeito Zeeman anômalo.…”

One Hundred Years Later: Stern-Gerlach Experiment and Dimension Witnesses

“…The most remembered papers were published a bit later, in 1922 [3,4]. They are closely attached to the spin discovery, although it was not clear at that time [5]. Currently, it is the basis for state-of-art measurements on qubits [6].…”