Todos empolgados para aprender mais um pouco de Física? Esperamos que sim, porque vamos começar a estudar uma parte sensacional e totalmente diferente da Física. Aqui entenderemos como as coisas muito, mas muito pequenas (menores que os átomos!) funcionam. Mas, espera aí, o que existe de totalmente diferente nisso? Aqui vem a grande jogada! Para essas partículas muito pequenas, as Leis da “Física Clássica”, todas as leis que estudamos até agora, não funcionam! Para entendê-las foi necessário “criar” uma Física totalmente nova: a Física Moderna.
Lembra da última vez que você foi ao cinema? Ou então da última vez que você precisou fazer um exame de Raio X? Parecem duas situações bem aleatórias da vida que não possuem nada em comum, certo? Realmente parece, mas isso não é verdade! Tanto a máquina de Raio X quanto o cinema que conhecemos só puderam ser inventados graças ao estudo da Física Moderna! Mas não é só isso, agora vem a parte mais sensacional: este ramo da Física não somente possibilitou a criação dos nossos celulares e dos nossos computadores, mas também serviu de base para que os físicos pudessem comprovar que a nossa galáxia (nosso mundo!) está em constante expansão! Não é incrível como a Física relaciona tudo?
E aí, também ficou fascinado em aprender tudo que a Física Moderna tem para oferecer? Esperamos que sim! Se prepare, vamos começar a entender essa maravilha agora. Vamos lá!
Dualidade Onda Partícula
Você lembra de quais foram os últimos dois ramos da Física que estudamos? Ótica e Ondulatória, não é? Bem, talvez você tenha percebido que, durante o estudo destas duas áreas, tivemos uma contradição muito forte a respeito de um assunto em específico: a luz. Durante nosso estudo da Ondulatória, afirmamos e comprovamos diversas vezes o comportamento ondulatório da luz em vários fenômenos. Até aí, tudo bem. O grande problema veio no capítulo de Ótica, onde, sem explicação nenhuma, afirmamos que poderíamos considerar os raios de luz como o movimento de uma particular em linha reta, lembra disso? Afinal, o que exatamente a luz é? Uma partícula em movimento ou uma onda? A resposta para essa pergunta é a mais confusa possível: ela é ambas as coisas! Difícil de encarar isso, não é? Para entender isso, precisamos ir um pouco mais a fundo e compreender como se deu a história do estudo da luz.
Uma das primeiras teorias a respeito da luz foi desenvolvida por Platão praticamente cinco séculos antes de Cristo. Ele afirmava que a luz consistia em raios que eram emitidos pelos nossos olhos. Por incrível que pareça, o estudo da luz não avançou e essa teoria permaneceu por quase 2000 anos!
Somente em 1704, Newton (sim, aquele mesmo Newton da Dinâmica e da Gravitação!) desenvolveu uma nova teoria para a luz. Ele dizia que a luz era basicamente uma corrente de partículas. Mas é claro que ele não supôs isso do nada, um dos argumentos que ele usou para validar essa teoria foi a reflexão! Ele comparou a incidência das “partículas” de luz em um espelho com um bala (sim, um tiro de arma) ricocheteando em uma parede. Quando a bala ricocheteia em uma superfície, ela é refletida com o mesmo ângulo de incidência. Agora, tente lembrar de quando estudamos a reflexão lá no capítulo de Ótica. Lembrou? Esse movimento da bala não é justamente a mesma coisa acontece com a luz incidindo em uma espelho? Sim, exatamente isso!
Durante a mesma época, outros dois físicos chamados Christian Huygens e Thomas Young também resolveram estudar e criar uma teoria sobre a luz. A grande diferença é que eles defendiam o caráter ondulatório da luz. Para provar essa teoria, eles exploraram um fenômeno que Newton não conseguiu explicar: a interferência. Se Newton estava correto e a luz era realmente uma corrente de partículas, então, quando dois feixes de luz se cruzavam, devia haver colisão entre essas partículas, certo? O problema é que isso não acontecia.
E aqui entrou o chamado experimento de Young, que, através da interferência, conseguiu provar que a luz possui comportamento de uma onda: este experimento mostrou que os feixes de luz conseguem se sobrepor e se anular formando pontos claros e pontos escuro. Para nosso estudo da Física Moderna, não é fundamental entendermos exatamente o funcionamento do experimento de Young, apenas saber que ele comprovou o caráter ondulatório da luz. Caso você queria saber mais, deixaremos indicado um site no final do capítulo, em que você encontrará todas as informações sobre ele!
O grande resumo é que esse experimento de Young fez quase todo mundo no começo do século 19 achar que a luz era uma onda, até que, ali pelo ano 1900, um gênio da física chamado Max Planck mostrou uma situação em que as contas iam dar muito certo se a gente imaginasse que a luz era feita de partículas (puts, e agora?). Ele mesmo não gostava muito da própria sugestão, mas foi em 1905 que um tal de Albert Einstein usou a ideia do Planck (essa história de que a luz é feita de partículas) para explicar uma coisa chamada efeito fotoelétrico (que vamos ver logo mais!) e toda a teoria dele se encaixou muito bem nos experimentos! Então, o mundo da luz virou de cabeça para baixo de novo! Afinal, a luz é uma onda ou uma partícula? O que tudo indica é que ela é as duas coisas! Dependendo do experimento, ela pode interagir como onda e como partícula. E essa teoria é a mais aceita até hoje! Parece loucura, não é? Principalmente para nós que estamos acostumados com a Mecânica Clássica, onde tudo está muito bem definido pelas Leis de Newton.
Muito importante! A luz se propaga como uma onda e incide como uma partícula!