A natureza da luz

A óptica física é a parte da óptica que estuda a natureza da luz. Veremos aqui um breve histórico da evolução do conceito de luz através dos séculos.

Os primeiros que se preocuparam em registrar o que acreditavam ser o mecanismo da visão foram os meus antepassados (hahaha), os gregos antigos. Acreditavam que os olhos emitiam pequenas partículas que, ao atingir o objeto que se quer ver, retornavam aos olhos e deixavam a impressão visual.

A óptica física é a parte da óptica que estuda a natureza da luz. Veremos aqui um breve histórico da evolução do conceito de luz através dos séculos.

Os primeiros que se preocuparam em registrar o que acreditavam ser o mecanismo da visão foram os meus antepassados (hahaha), os gregos antigos. Acreditavam que os olhos emitiam pequenas partículas que, ao atingir o objeto que se quer ver, retornavam aos olhos dando-nos assim a impressão visual. Pode até ser uma teoria “bonitinha” mas é completamente infantil. Não chega nem perto da realidade.

Já Sir Isaac Newton - o pai da mecânica clássica das 3 leis, pai da lei do inverso do quadrado da distância para a gravitação - após realizar minunciosos estudos sobre a luz do sol atravessando prismas, chegou a uma conclusão muito mais científica. Para ele:

A luz branca do sol era produto da superposição das 7 cores (veja matéria no Delta Teta) e cada cor seria formada por partículas mínimas de matéria diferentes entre si que se propagavam em meios transparentes como uma rajada de metralhadora disparada em linha reta, em todas as direções. Não é de se espantar o fato de Newton tentar explicar todos os fenômenos luminosos de forma mecânica. A reflexão da luz em um espelho, por exemplo, foi facilmente explicada por ele usando as leis mecânicas que regem as colisões entre partículas (leis que ele mesmo desenvolveu). A propagação retilínea da luz também é facilmente explicada já que as altíssimas velocidades de propagação desses corpúsculos nos impediria de perceber eventuais desvios causados pela gravidade da Terra (que ele mesmo descreveu). A absorção da luz e o eventual aquecimento do corpo que a absorveu pode ser explicada como uma troca de energia em uma colisão. Parte da energia cinética da luz seria transformada em energia térmica. O princípio da independência dos raios de luz foi o que recebeu a pior explicação, pois alegava que devido ao tamanho muito reduzido das partículas de luz as probabilidades de colisão seriam mínimas (essa foi feia!).

O ponto fraco da teoria corpuscular está na explicação de um fenômeno que provavelmente teria sido um dos mais detalhadamente estudados por Newton com seus prismas: a refração da luz.

Ele não poderia explicá-la de outra forma. Usou a atração gravitacional do meio mais denso como argumento para explicar o fato de a luz se aproximar da reta normal ao atravessar de um meio menos denso para um mais denso.

 A atração gravitacional seria a responsável por fazer o pequeno feixe de luz incidente se aproximar da normal.

Haviam, no entanto, alguns contemporâneos de Newton que defendiam um outro modelo para explicar a luz: o modelo ondulatório. Entre eles podemos destacar Robert Hooke (o cara da força elástica F = k . x , conhecida como lei de Hooke) e o holandês Christiaan Huygens (se pronuncia Róiguen).

Um modelo ondulatório também explicaria a maior parte dos fenômenos luminosos observados.

Quando Thomas Young obteve um modelo de interferência com a luz no famoso experimento da dupla-fenda, a teoria ondulatória teve seu momento de glória.

O experimento conhecido como dupla-fenda não só demonstrou o caráter ondulatório da luz como também permitiu a medida dos comprimentos de onda das diferentes cores.

A ruina do modelo de Newton aconteceu quando Foucault (se pronuncia Fucô), o cara do pêndulo, conseguiu de forma super engenhosa medir a velocidade da luz nos líquidos. Ao mostrar que a luz seria mais lenta nos líquidos que no ar ele bateu de frente com o modelo corpuscular pois detonou a idéia de puxão gravitacional. Se fosse efeito de atração gravitacional, a luz deveria ser mais rápida nos meios mais densos.

Em seu trabalho com as ondas eletromagnéticas, Maxwell mostrou que a luz deveria ser uma onda eletromagnética e o fenômeno da polarização mostrava que a luz seria uma onda transversal.

Estava muito claro então : a luz seria uma onda, eletromagnética e transversal.

Em meados do século XIX foi constatado um fenômeno que colocaria o modelo ondulatório em xeque, o efeito fotoelétrico. No efeito fotoelétrico a luz de alta freqüência (azul, anil ou violeta) eletriza placas de metal arrancando elétrons dela. Oops! Uma onda não pode arrastar matéria, como a luz pode arrastar elétrons?

A explicação do efeito fotoelétrico só veio com Albert Einstein que faturou o seu único prêmio Nobel com a explicação. Para ele a luz teria caráter dual, ou seja, ora se comportaria como onda ora como partícula. A teoria moderna da luz foi criada por Louis de Bröglie (1892-1987), baseada na dualidade de Einstein e nos trabalhos de Max Plank e Neils Bohr (o cara do átomo).

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