O que é a luz?

Ok, nós sabemos que ela é uma partícula e uma onda. Mas o que isso realmente quer dizer?

por Salvador Nogueira

No século 17, Isaac Newton sugeriu que a luz era composta de pequenos corpúsculos – ou seja, partículas. Nos dois séculos seguintes, contudo, experimentos demonstraram que a radiação luminosa era composta de ondas, como descreveu, no século 19, o escocês James Maxwell. Inspirado pela mecânica quântica do alemão Max Planck, Einstein bagunçou tudo ao apresentar, em 1905, uma descrição da luz que só seria válida caso ela fosse composta de... partículas.

Direção Incerta

Foi por esse trabalho (e não pela relatividade) que Einstein ganhou seu Nobel. De acordo com ele a luz se comporta ora como onda, ora como partícula. Mas o que define quando a luz age como uma ou outra? Essa é a grande maluquice. É o experimento – a forma como tentamos detectar a luz – que induz essa “transformação”.

Um dos fenômenos que indica que a luz é onda é a chamada interferência – o fato de que ondas luminosas, quando passam a certas distâncias, podem interferir umas com as outras. A melhor forma de observar isso é ver uma parede com duas fendas estreitas, uma ao lado da outra, por onde a luz deve passar e ser projetada num anteparo atrás da parede. Quando as duas fendas estão abertas, o padrão de luz e sombra que se vê no anteparo é uma série de listras – o esperado, caso as ondas luminosas estivessem interferindo umas com as outras. Ao se fechar uma das duas fendas, o padrão listrado some e sobra apenas uma faixa intensa de luz (ou seja, a interferência some).

A doideira é quando os cientistas enviam um fóton por vez na direção da parede. Com as duas fendas abertas, eles atingem o anteparo, um após o outro, numa distribuição compatível com o padrão de listras. Mas, se cada fóton está viajando sozinho na direção da parede, ele só tem duas opções: passar por uma fenda ou pela outra. Ao escolher uma delas, como ele pode causar interferência com ele mesmo? Pois é, acontece. Parece que o fóton, mesmo sendo um só, passa pelas duas fendas ao mesmo tempo.

E tem mais: não dá para prever exatamente aonde um dado fóton vai atingir o anteparo. O padrão ondulatório descreve a probabilidade que uma partícula tem de ir, mas não determina aonde cada fóton vai. É o chamado princípio da incerteza, da mecânica quântica, em ação.

A Teoria Quântica pode calcular a probabilidade do destino dessas partículas. Mas é incapaz de dar um significado claro a esses fenômenos. Será que o mundo quântico é mesmo probabilístico?

Einstein, que acreditava que “Deus não joga dados”, jamais aceitou essa tese. Em 1954, ele descreveu sua frustração em uma carta: “Todos esses 50 anos de reflexão conscienciosa não me deixaram mais perto da resposta à pergunta: ‘O que são os quanta de luz?’ ”.

Hoje, parte dos físicos acredita que o mundo das partículas é probabilístico e outros, como o vencedor do Nobel de Física de 1999, Gerardus ‘t Hooft, imaginam que há uma verdade além do mundo quântico. “Acredito que as leis da natureza não sejam mecânico-quânticas, mas muito mais determinísticas e explicáveis pela matemática”, diz ‘t Hooft. É a mesma suspeita que Einstein teve e para a qual, até agora, ninguém chegou a uma resposta satisfatória.

 

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