Alguns apontamentos históricos sobre o estudo da natureza da luz

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Ao longo do texto abaixo serão mencionados alguns fenômenos físicos relativos ao comportamento da luz. Acesse mais informações e animações clicando sobre as palavras em destaque (ou tocando, se estiver usando um smartfone).

O estudo sobre a natureza da luz é algo consideravelmente antigo, remontando os filósofos gregos dos primeiros séculos antes de cristo. Tais pensadores, a exemplo de Epícuro, acreditavam que assim como todos os outros elementos da natureza, a luz seria formada por pequenos corpos, respaldando o pensamento atomista.

A influência dos filósofos gregos perdurou durante muito tempo, inspirando pensadores de diversos lugares, como Alhazen, filósofo árabe do século X, célebre por seus estudos de óptica geométrica, cuja criação da CÂMARA ESCURA lhe é atribuida¹.

Figura 1: Epícuro e Alhazen.

Fonte: Compilação do próprio autor¹.

Mais tarde, no século XVII, concepções ondulatórias sobre a luz foram claramente defendidas, principalmente por Christiaan Huygens (1626 -1695), físico e matemático holandês, que afirmava que a luz era constituída de pulsos que se propagavam em um meio, o éter. Na mesma época, o eminente físico inglês, Isaac Newton (1643 - 1727), retomava as ideias atomistas, e contrariamente ao modelo de Huygens, defendia em seu livro intitulado Optics (Óptica) a ideia de que a luz seria formada por corpúsculos.

Devido ao prestígio adquirido por Newton pela Lei de Gravitação Universal e pela formulação da mecânica, o modelo corpuscular tornou-se predominante no meio científico do século XVIII².

Figura 2: Huygens e Newton.

Fonte: Compilação do próprio autor¹.

Por outro lado, o padre jesuíta, físico e matemático italiano Francesco Maria Grimaldi (1618 – 1663), havia observado e descrito o fenômeno de curvatura da luz na formação das sombras, processo denominado de DIFRAÇÃO. E no início do século XIX, o físico e médico inglês Thomas Young (1773 – 1829), demonstrou experimentalmente que a luz sofre INTERFERÊNCIA. Esses dois fenômenos são caracteristicamente ondulatórios, também observados em outros tipos de ondas, como as que são formadas na água e as ondas sonoras.

Figura 3: Grimaldi e Young.

Fonte: Compilação do próprio autor¹.

Apesar da demonstração de Young, o modelo ondulatório só foi melhor aceito quando o engenheiro francês de pontes e estradas Augustin-Jean Fresnel (1788 – 1827) apresentou uma explicação detalhada para o fenômeno da difração, combinando a interferência de Young e os conceitos de Huygens.

Mais tarde, o físico e matemático escocês James C. Maxwell (1831 – 1879) coroa esse sistema com sua teoria eletromagnética, prevendo teoricamente que a luz é uma ONDA ELETROMAGNÉTICA.

Figura 4: Fresnel e Maxwell.

Fonte: Compilação do próprio autor¹.

Essas ondas foram constatadas experimentalmente pelo físico alemão Heinrich Hertz (1857 – 1894). Mas além dessa constatação, ele e seu colega de trabalho Philipp Lenard (1862 – 1947) observaram um outro fenômeno que viria a ser conhecido como EFEITO FOTOELÉTRICO.

Figura 5: Hertz e Lenard.

Fonte: Compilação do próprio autor¹.

Nesse fenômeno, a luz incidente sobre uma superfície metálica era capaz de ejetar elétrons dessa superfície. Pelas observações feitas, verificou-se que o modelo ondulatório não oferecia uma explicação satisfatória, causando embaraço no meio científico.

Como solução, em 1905, Albert Einstein propõe uma interpretação que se relacionava a nascente teoria quântica de Plank, onde a radiação eletromagnética (a luz) continha “pacotes” de energia, os quanta. Esses pacotes ficaram conhecidos como fótons, considerados partículas.

Figura 6: Plank e Einstein.

Fonte: Compilação do próprio autor¹.

Essa teoria foi confirmada em 1916, por Robert Millikan (1868 - 1953), físico experimental estadunidense, e em 1922, Einstein recebe o Prêmio Nobel pela explicação do fenômeno. Essas novas descobertas construíram um elo entre a Óptica e a Física Quântica, assim como a teoria Maxwell conectou o Eletromagnetismo à Óptica.

Desde então, o modelo corpuscular voltou a ser apreciado, mas seu sucesso dentro da explicação do efeito fotoelétrico não anulou a compreensão ondulatória que elucida outros fenômenos.

Figura 7: Millikan e Bohr.

Fonte: Compilação do próprio autor¹.

Atualmente, a DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA é aceita no meio científico. Nessa representação, a luz pode se apresentar como onda ou partícula a depender do fenômeno. A esse conceito foi acrescido o princípio de complementaridade de Niels Bohr (1885 – 1962), físico dinamarquês, que ressaltou que essas propriedades são complementares e mutuamente exclusivas, sendo ambas necessárias para a compreensão do todo que é a luz.

Atividade 2

1) Pelo que foi exposto no texto, é possível que durante o processo de desenvolvimento das teorias científicas haja erros, divergências e reformulações dos conceitos? Justifique de acordo com as passagens do texto.

2) Durante os processos de produção de uma teoria, a experimentação possui alguma importância? Justifique com base no texto.

3) O trabalho de cada cientista é dependente ou independente dos outros trabalhos feito por outros estudiosos? Justifique com base no texto.

4) Pelo que você entendeu do texto, e de acordo com sua opinião, a teoria sobre a luz já está finalizada? Ainda descobriremos algo mais sobre ela?

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Referências

1BERNARDO, M. L. História da Luz e das Cores. v. 1. Porto, 2005.

2ASSIS, A. K. Óptica: Isaac Newton. 1. ed. Editora da Universidade de São Paulo, 2002.

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Fontes da imagens:

1 Disponíveis em: <https://razaoinadequada.com/wp-content/uploads/2018/03/epicuro-1.jpg> e <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f4/Hazan.png>. Acesso em: 02 jul. 2019.
2 Disponíveis em: <htt ps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a4/Christiaan_Huygens-painting.jpeg/800px-Christiaan_Huygens-painting.jpeg> e . Acesso em: 02 jul. 2019.
3 Disponíveis em: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9b/Young_Thomas_black_white.jpg> e . Acesso em: 02 jul. 2019.
4 Disponíveis em: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Augustin_Fresnel.jpg> e . Acesso em: 02 jul. 2019.
5 Disponíveis em: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Lenard.jpg> e . Acesso em: 02 jul. 2019.
6 Disponíveis em: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/af/Einstein1921_by_F_Schmutzer_2.jpg/200px-instein1921_by_F_Schmutzer_2.jpg> e . Acesso em: 02 jul. 2019.
7 Disponíveis em: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6d/Niels_Bohr.jpg/800px-Niels_Bohr.jpg> e . Acesso em: 02 jul. 2019.