Luz: O Que É Isso?

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Postado por FM às 08:28

Algo muito simples?

Até parece. Você acorda no meio da noite para ir ao banheiro, está escuro, você não enxerga nada. Um simples toque num botão e pronto, tudo fica claro, “Fiat Lux”, fez-se a luz. Simples, não? Mas será que você já parou para pensar o que é a luz? Claro, é preciso ser meio maluco para pensar nesse tipo de coisa, mas é graças aos meio malucos que o conhecimento progride.

Nos primórdios

A ideia de que a luz seria um corpúsculo vem desde a Antiguidade, com o atomismo de Epicuro e Lucrécio. No século I a.C., Lucrécio, dando continuidade às ideias dos primeiros atomistas, afirmou que a luz solar e o seu calor eram compostos de pequenas partículas. No século XVII, Sir Isaac Newton também 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.

Einstein, sempre Einstein

Posteriormente, inspirado pela mecânica quântica do alemão Max Planck, Albert Einstein bagunçou tudo outra vez,  ao apresentar, em 1905, uma descrição da luz que só seria válida caso ela fosse composta de… partículas. 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 determina quando a luz age como uma ou outra? Essa é a grande maluquice.
Um dos fenômenos que indicam que a luz é onda é a chamada interferência, ou seja, 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).

Mais doideira

A doideira maior 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, mas 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.

Muitas perguntas, poucas respostas

Será que o mundo quântico é mesmo probabilístico? Einstein, que dizia que Deus não joga dados, jamais aceitou essa tese. Em 1954, ele descreveu sua frustração em uma carta, dizendo: “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 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 Hooft. É a mesma suspeita que Einstein teve e para a qual, até agora, ninguém chegou a uma resposta satisfatória.

Algo muito simples?

Até parece. Você acorda no meio da noite para ir ao banheiro, está escuro, você não enxerga nada. Um simples toque num botão e pronto, tudo fica claro, “Fiat Lux”, fez-se a luz. Simples, não? Muito simples, na verdade. Tão simples que nem mesmo os maiores sábios da Terra conseguiram compreender até hoje.

Disse Deus: haja luz. E houve luz. Viu Deus que a luz era boa; e fez separação entre a luz e as trevas. E Deus chamou à luz dia, e às trevas noite. E foi a tarde e a manhã, o dia primeiro. (Gênesis 1: 3-5)