Feche os seus olhos por 3 segundos e os abra novamente. Quando você estava com os olhos fechados você conseguia enxergar alguma coisa? A resposta é certamente não. O ato de enxergar alguma coisa se deve, entre outros, a uma reflexão dos raios de luz na superfície e o retorno desses aos seus olhos. Se um dos eventos não acontecer você não irá enxergar nada.
A luz visível é apenas uma parte do espectro visível, caracterizada como uma onda eletromagnética. Thomas Young, por volta de 1809, realizou um experimento que comprovou que a luz tinha o comportamento de onda. O famoso experimento da dupla fenda.
O experimento consistia em uma fonte de luz passando por duas placas opacas afastada uma da outra e mais a frente tinha um anteparo. Ao realizar o experimento, Thomas observou que a luz produzia um desenho peculiar. Ela variava entre pontos claros e escuros.
Figura 1: Exemplo de dupla fenda. A imagem mostra um feixe de luz monocromática emanando de uma fonte de luz. Este feixe de luz é direcionado a uma barreira com duas fendas verticais muito próximas uma da outra. A luz passa por ambas as fendas simultaneamente. Ao invés de formar duas linhas de luz diretas no lado oposto, a luz se espalha em um padrão de interferência. Este padrão de interferência aparece como várias linhas verticais de luz, alternando entre áreas claras e escuras, demonstrando o comportamento de onda da luz.
Olhando este resultado Thomas concluiu que a luz tinha um comportamento de onda, pois ao produzir imagem, o resultado demonstra claramente as marcações construtivas e destrutivas características de encontro entre dois picos e dois vales (construtiva) e/ou um pico e um vale (destrutiva).
Até 1905 a luz ficou, sem questionamento, conhecida como uma onda. Mas então Albert Einstein propôs um comportamento diferenciado para a luz. Um comportamento de partícula. Mas antes vamos falar sobre o efeito fotoelétrico.
O efeito fotoelétrico foi realizado pela primeira vez em 1887 por Heinrich Hertz. Ele observava as ondas eletromagnéticas, ao colocar suas bobinas no escuro. Fazendo isso ele notou que as faixas eram menores do que imaginava e que a luz ultravioleta aumentava a corrente. Hertz apenas publicou os resultados sem tentar explicá-los.
Contemporâneo a Hertz, mais precisamente em 1900, Max Planck publicou um trabalho apresentando uma equação que representava a radiação do corpo negro. Mas que raios é um corpo negro e o que ele tem haver com a historia?
Um modelo simplificado de um corpo negro é uma caixa oca com apenas um orifício por onde entra a radiação. Ao entrar, ela será refletida dentro da caixa e acaba por ser absorvida pela mesma. A caixa acaba sendo, então, aquecida. O corpo negro na verdade não é a caixa, e sim o orifício, que absorve toda radiação nele incidida. Exatamente por absorver toda radiação ele é chamado de corpo negro, pois não há reflexão, portanto não há cor.
Figura 2:Modelo simplificado de corpo negro. A imagem mostra uma caixa preta oca com uma seta azul entrando por um orifício na lateral, representando a radiação. Essa seta bate pelas paredes da caixa internamente e vai ricocheteando pela caixa até desaparecer.
A equação que Plank propôs precisava considerar que o corpo negro tinha cargas elétricas oscilantes em sua superfície. Estas cargas emitem energia radiante, não de modo contínuo, mas oscilante, em proporções descontínuas. Estas partículas carregam uma determinada quantidade de energia, um quantum de energia.
Imagem 3: fórmula “E=hv”
Em 1902, Philipp Von Lenard, ao realizar o experimento do efeito fotoelétrico, percebeu que havia mudança de energia conforme havia mudança na frequência de luz emitida, portanto a energia tinha relação direta com a frequência da luz emitida. As luzes de frequência maiores precisam de menos diferença de potencial entre um cátodo e o ânodo, e frequências menores precisam de maiores diferenças de potencial.
Albert Einstein, em 1905 propôs a explicação teórica do efeito fotoelétrico e do comportamento da luz como partícula, que a radiação eletromagnética é composta por pacotes de energia, ou fótons. Em seu postulado ele explica que essa energia é determinada pela frequência da radiação. Onde E é a energia necessária para arrancar o elétron da placa, h seria a constante de planck (6,63.10-34 ⋅ J.s) e V, a frequência da radiação emitida. Devido a este postulado Einstein ganhou o prêmio NOBEL.
No final do século XIX Bohr fez restrições ao seu modelo que explicava as linhas espectrais de movimento do elétron. Essas restrições fizaram com que De Broglie confiasse mais em sua ideia de que a luz poderia ter um comportamento dual, ora partícula, ora onda.
Louis De Broglie foi muito mais além, ele propôs que não somente a luz tinha este comportamento dual, como também as partículas tinham um comportamento dual. E não somente as partículas, como também a matéria tinha um comportamento dual. Mas isso é história pra outro texto.
