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Afinal, o que é a luz?

por em 06/02/2019 em Ciência | Nenhum comentário

Afinal, o que é a luz?

Chegamos à conclusão dessa linha de textos que veio iluminar as últimas três semanas de vocês (texto 1, texto 2, texto 3). Na física clássica é comum imaginar que há duas categorias de coisas: as formadas por partículas e as formadas por ondas (mecânicas ou eletromagnéticas). A diferença fundamental entre onda e partícula é que a onda não carrega matéria, ela se move através dela levando energia e informação.

Até aqui o consenso sobre a natureza da luz nos diz que ela é uma onda, assim como descrito com mais precisão nos experimentos de Thomas Young. Mas as coisas não param por aqui.

As novas descobertas

“A imaginação é mais importante que a ciência, porque a ciência é limitada, ao passo que a imaginação abrange o mundo inteiro. ” – Albert Einstein

Conforme avançamos com a nossa compreensão da natureza, percebemos algumas falhas naquilo que os modelos físicos buscavam explicar sobre a mecânica das coisas. Um desses problemas passou a ser chamado de “Catástrofe do Ultravioleta”. Esse problema surgiu da incapacidade que os modelos físicos vigentes tinham em explicar a radiação de corpo negro. A solução para esse problema surgiu apenas em 1905, com Albert Einstein (1879-1955).

Diferente do que dizia a física clássica, que até então era apenas física – afinal, não existia nada além –, para Einstein a luz não se comportava como uma onda, mas sim como uma partícula com energias quantizadas. E Einstein deu a essa partícula o nome de fóton.

Para resolver os problemas da física clássica, Einstein demonstrou que a partícula de luz (fóton) deveria possuir apenas determinada quantidade fixa de energia, determinada pela Constate de Plank. Ou seja, os fenômenos propostos pelo ícone pop da ciência só poderiam ser explicados quando o novo modelo proposto era utilizado.

Assim, não apenas os problemas existentes foram resolvidos, como também aquilo que já se conhecia passou a ficar mais claro com essa inovação. Isso rendeu um prêmio Nobel em 1921 para o nosso bom velhinho, e não a relatividade, diferente do que é comum imaginar.

 O novo paradigma

“E se o mundo não corresponde em todos os aspectos a nossos desejos, é culpa da ciência ou dos que querem impor seus desejos ao mundo? ” – Carl Sagan

Neste momento a situação era um tanto quanto desconfortável. Os experimentos nos indicavam propriedades diferentes para a luz. Então, tivemos que aceitar a natureza peculiar da luz, sendo ela tanto uma onda como uma partícula. Ou seja, a luz se comporta como onda em determinadas situações e como partícula em outras, possuindo não apenas uma ou outra natureza, mas ambas.

Não, você não entendeu errado, a luz possui uma “dupla personalidade”. A compreensão mais aceita, assim, é de que a que luz possui uma característica dual. Ela é tanto onda como partícula, ao mesmo tempo: daí o termo, dualidade onda-partícula.

Muitos físicos se incomodaram muito com essa ideia, mas Louis de Broglie (1891-1987) propôs algo ainda mais extraordinário. Para ele não apenas o fóton possuía essa característica dual, mas todas as partículas. Portanto, não apenas os fótons possuíam a dualidade onda-partícula, mas também os elétrons, os prótons e tudo que é formado por eles.

Todas essas novidades no mundo da física fundamentaram o que conhecemos hoje como mecânica quântica. Mas, isso já é outra história, e bem longa por sinal.

A compressão atual da ciência

“O que sabemos é uma gota; o que ignoramos é um oceano. ” – Isaac Newton

Para concluirmos esse texto, então, cabe dizer algo interessante sobre o conhecimento científico. Como dito anteriormente, mesmo hoje não compreendemos totalmente o que é a luz. Se isso fosse mentira não existiria muito trabalho para os físicos, não é mesmo?

O avanço produzido pela ciência nos permitiu conceber modelos que explicam como a luz se comporta na maioria dos fenômenos observados. Porém, responder à pergunta sobre o que realmente é a luz acaba sendo algo que está muito longe de ser alcançado. Portanto, nos restringimos a explicar como ela se comporta, usando nossos modelos físicos mais atuais.

Então, quem sabe você, leitora ou leitor, não será aquele que avançará um pouco mais com o nosso conhecimento sobre a real natureza da realidade?

Referências:

Uma Breve História da Ciência, de Iuri Abreu (2014).
Teoria ondulatória, por Luciano Lewandoski Alvarenga (UFRGS, 2012).
O éter, a luz e a natureza da ciência, por Thaís Cyrino de Mello Forato (USP, 2016).
História da Filosofia, de Paulo Abranches Tunhas (2012).
Para Explicar o Mundo: A Descoberta da Ciência Moderna‎, de Steven Weinberg (2015).

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