Afinal, qual a natureza da luz?

Há séculos cientistas buscam descobrir a natureza da luz. Uma das primeiras contribuições modernas para compreensão da natureza desse fenômeno foi feita na Idade Média por René Descartes.

Descartes encarava a luz como uma pressão transmitida, assim como o som, através de um meio perfeitamente elástico, o éter, que deveria ser muito leve e rarefeito, capaz de penetrar todos os corpos sem ser percebido.

Em 1666, Isaac Newton descobriu que a luz branca pode ser decomposta em diferentes cores com o uso de um prisma, e anos depois, ele apresentou a teoria corpuscular da luz, propondo que a se a luz fosse realmente uma onda ela poderia contornar obstáculos como acontece com o som. Caso a luz fosse uma onda o fenômeno físico da difração impossibilitaria a formação de regiões de sombra e penumbra.

De acordo com Newton ainda nós podemos ouvir uma pessoa conversando do outro lado de um muro alto, mas não podemos vê-la em razão de o som ser uma onda e a luz uma partícula.

Apesar dessas teorias, ainda não havia explicação outros pontos como o fato de a luz conseguir propagar-se sobre o vácuo. Em 1677, Christiaan Huygens (1629-1695) argumentou que a luz seria constituída por ondas de energia radiantes, e lançou a teoria ondulatória da luz, classificando a luz como uma onda.

Observou que uma onda se comportava como uma fonte de onda secundária para os próximos pontos, o que explica a difração da onda ao atravessar uma fenda. A teoria ondulatória da luz ganhou força quando o físico e matemático Yang demonstrou que a luz sofre difração.

Em 1861, James Clerk Maxwe (1831-1879) propôs que a luz seria uma onda ou radiação eletromagnética, ou seja, seria formada por dois campos, um elétrico e outro magnético, que oscilariam entre si de forma perpendicular e na direção da propagação da radiação. Então teorizava que a luz não era apenas onda eletromagnética, mas radiação como infravermelho, radiação ultravioleta, raio-X , raios gama e ondas de rádio.

A luz não é a única radiação eletromagnética existente, há vários tipos de radiações, porém, elas não são visíveis para nós, entre elas estão os raios X, a radiação ultravioleta, o infravermelho, as micro-ondas e as ondas de rádio.

No início do Século XX experimentos mudaram a ideia da natureza da luz, entre eles, são exemplos o efeito fotoelétrico, o espelhamento cotton e a produção de raios X, que não explicaram a teoria ondulatória.

A única maneira de explicar todos esses fenômenos seria considerando a luz como uma partícula – o fóton. De maneira bem simples, fótons podem ser interpretados como pacotes de ondas que transportam energia contida nas radiações eletromagnéticas.

Por volta de 1900, Max Planck propôs que a energia não era contínua, que essa energia emitida pelos corpos aquecidos não era na forma de ondas, mas sim de pequenos “pacotes” de energia, denominados quantum. 

Albert Einstein usou essa teoria para explicar a transmissão de radiação no vácuo e mostrou que a absorção de energia é feita de um quantum por vez. De acordo com Einstein, fótons têm massa igual a zero e energia fixa igual a constante de Planck, multiplicada pela frequência da luz.

E a intensidade da luz está ligada a um número de partículas. Pela definição de Einstein, a luz é quantizada. Isso significa que existe uma unidade mínima de luz com uma energia mínima.

Por fim, não é possível separar os dois conceitos quando se fala de luz. Ela se comporta como uma onda quando analisamos experimento de difração e interferência. Se tratarmos a luz como partícula conseguimos explicar o efeito fotoelétrico.