Fonte: About
Phyisics, UFRGS
O princípio da dualidade onda
partícula da velha física quântica afirma que matéria e luz exibem os
comportamentos de ondas e partículas, dependendo das circunstâncias do
experimento. É um tema
complexo, mas entre os mais intrigante na física. Veremos agora um pouco da
história da luz e a corda de guerra entre a sua natureza dual.
Dualidade onda partícula na Luz
Em 1600, Christiaan Huygens e Isaac
Newton propuseram teorias para o comportamento da luz
concorrente. Huygens propôs uma teoria ondulatória da luz, enquanto
Newton uma teoria "corpuscular" (partículas) da luz. A teoria de
Huygens teve alguns problemas na observação de harmonização. O prestígio
de Newton ajudou dar apoio à sua teoria, por isso há mais de um século a sua
teoria era dominante.
Surgiram complicações para a teoria corpuscular da luz. A Difração havia
sido observado, por um lado, que tinha dificuldade em explicar
adequadamente. experimento fenda dupla de Thomas Young resultou em comportamento ondulatório óbvio e parecia
apoiar firmemente a teoria ondulatória da luz sobre a teoria de partículas de
Newton.
No experimento de Young, uma luz é projetada em duas fendas
e em seguida, projetada novamente em um anteparo. Young A figura mostra
diferentes espectros de interferência obtidos variando a distância entre as
fendas.
Uma onda geralmente tem que propagar através de um meio de
algum tipo.
O meio proposto
por Huygens tinha sido éter luminífero (ou,
na terminologia moderna mais comum, éter ). Quando James Clerk Maxwell quantificado um
conjunto de equações (chamado leis de Maxwell ou equações
de Maxwell ) para explicar a radiação
eletromagnética (incluindo a luz
visível), como a propagação de ondas, ele assumiu
apenas como um éter como meio de propagação, e suas predições eram consistentes
com resultados experimentais.
O
problema com a teoria das ondas foi a de que a éter nunca tinha sido
encontrado. Não só isso, mas as observações astronômicas em aberração
estelar por James Bradley em 1720 tinha indicado éter que teria de ser estacionário em relação a um movimento
da Terra. Ao longo de 1800, foram feitas tentativas para detectar o éter
ou o seu movimento diretamente, culminando com a famosa experiência
de Michelson-Morley . Todos eles não
conseguiram realmente detectar o éter, resultando em um enorme debate como o
século XX começou. Luz era uma onda ou uma partícula?
Objetivando calcular a velocidade da luz com valores cada
vez mais precisos, assim como verificar a existência do éter luminífero
cartesiano (ELC) [meio no qual a luz se propaga, segundo a proposta apresentada
pelo físico e matemático escocês James Clerk Maxwell (1831-1879), em 1873
Michelson construiu, em 1881 (American Journal of Sciences 22, p. 120), um interferômetro.
Em 1905 (o ano do milagre), Albert
Einstein publicou seu artigo explicando o efeito
fotoelétrico, que propôs que a luz viaja em pacotes
discretos de energia os quanta. A
energia contida dentro de um fóton estava relacionada com a frequência da luz. Esta teoria veio a ser conhecida como a teoria do
fóton de
luz (embora a palavra fóton não foi inventado até anos mais tarde). Com esse
trabalho, mais tarde, em 1921, Einstein ganharia o seu Prêmio
Nobel de Física.
Com os fótons, o éter já não era essencial, como meio de
propagação, embora ainda deixado o paradoxo ímpar na qual o comportamento de
onda foi observado. Ainda mais
peculiar foram as variações quantum do experimento da fenda
dupla e o efeito
Compton que pareceu confirmar a interpretação de
partículas.
Animação do
experimento da dupla fenda. Créditos:
|
No efeito Compton, assim como no experimento da
dupla fenda, verificou-se que, ao emitir um fóton na eletrosfera de um certo
material, um elétron seria ejetado para fora da eletrosfera, e um fóton seria
espalhado pelo efeito da difração, assim como bolas de bilhar em uma mesa de
sinuca.
|
Como todos estes experimentos foram
realizados e evidências acumuladas, as implicações rapidamente se tornaram
claras e alarmantes:
"A Luz funciona como uma
partícula e uma onda, dependendo da forma como o ensaio é conduzido e quando
são feitas as observações."
