História da luz

Os antigos filósofos gregos não faziam discernimento entre a luz e a visão. Eles não viam como duas coisas separadas a física da luz e a nossa sensação, ou a interpretação que nosso cérebro acaba tendo dessa física (visão). Observando os olhos de cães, pessoas etc..., à noite, que estivessem próximas ao fogo, os gregos observaram que dos olhos dos seres vivos saia luz. Como sabiam que a luz provém de uma fonte luminosa, e a única fonte conhecida era o fogo, concluíram que "os seres vivos têm uma ténue chama dentro dos olhos". Para eles a visão era explicada com uma teoria, segundo a qual a visão estava intimamente ligada ao tacto. Acreditavam que de dentro dos olhos projectavam-se raios de luminosos que tacteavam os objectos e retornavam aos olhos trazendo consigo informações que, ao serem interpretadas pelo cérebro, acabavam gerando a sensação visual. Acreditavam ainda que cachorros viam mais à noite do que os homens, pois a chama de seus olhos era mais intensa que a dos humanos. Argumentavam que os homens não têm boa visão nocturna porque, sendo a chama de seus olhos muito ténue, a luz em seu caminho de ida e volta acaba por se perder, ao passo que, durante o dia, a luz projectada dos olhos somava-se à do ambiente podendo assim cumprir seu caminho de ida e volta.

Com o passar do tempo e estudando a fisiologia dos olhos foi possível concluir que a ideia do "fogo dentro dos olhos" era mesmo absurda. Foi então que Aristóteles experimentou opinar. Ele pregava que a luz, ao bater nos objectos, retirava deles uma microscópica camada superficial de átomos que, ao serem projectados, acabavam atingindo nossos olhos permitindo assim que víssemos o mesmo. Note-se que ainda não existe discernimento entre luz e visão. Nas teorias propostas a luz e os objectos ainda interagem. A teoria de Aristóteles sobre a luz explicava ainda a sensação de diferenciação de tamanho de um mesmo objecto à medida que nos aproximamos ou nos afastamos dele. Para ele, quando estamos perto de um objecto o ‘enxergamos maior’, pois mais átomos atingem nossos olhos do que quando estamos afastados. Sua teoria, no entanto, acaba caindo por terra por não explicar problemas como o suposto desgaste que os objectos sofreriam ao serem iluminados, bem como as imagens embaralhadas que deveríamos formar devido às colisões de átomos de dois objectos, etc. Sobre o segundo problema, Aristóteles até tentou se defender alegando que, o que ocorria fora do corpo, era exactamente o que sua hipótese sugeria e que tais imagens irreais não eram percebidas pelas pessoas pois, quando a luz entrava por nossos olhos, a "alma humana" a recebia e só repassava ao cérebro as imagens corretas. Aristóteles transferiu assim um furo de sua teoria para um problema "parafísico". Hoje parece piada, mas é história da ciência!

E o mais incrível de toda essa história é observar como fenómenos hoje desvendados eram, mesmo que de forma deslocada, introduzidos no estudo da óptica. A ideia dos gregos de soma de luz e o que hoje aceitamos como interferência; a ideia de Aristóteles de luz arrancando átomos e o efeito fotoelétrico. Afinal, às vezes dentro alguns erros podem surgir indícios de futuras verdades e de algumas verdades, com o passar do tempo, podem surgir grandes erros.

Uma das primeiras pessoas a ter estudado a natureza da luz foi Sir Isaac Newton, que no século VII declarou que a luz era composta de partículas. Embora tenha havido algumas questões pendentes, a visão de Newton foi aceite por muitos cientistas e popularizado pelos seus seguidores há mais de 100 anos. Mas quando no início do século XIX, Thomas Young veio com um padrão de interferência de luz produzida,quando a luz passou por uma fenda estreita, esses pontos de vista recebeu feixe de luz. Estas observações foram um indicador distintivo da luz ser uma onda electromagnética. Um trabalho posterior de Fresnel logo convenceu os cientistas de que a luz deve ser uma onda.
Em meados do século XIX, James Clerk Maxwell veio com algumas equações brilhantes, hoje conhecidas como equações de Maxwell, e provou que a eletricidade e o magnetismo não foram dois fenômenos diferentes, mas inter-relacionados integralmente. As suas equações revelaram que deve haver uma espécie de onda, consistindo de um padrão especial intertravado de oscilar campos elétricos e magnéticos. Tal onda eletromagnética foi realmente encontrar como podia existir, e os cálculos de Maxwell podem até mesmo produzir um resultado da sua velocidade, que foi encontrado para ser exactamente o mesmo que a velocidade da luz, que havia sido calculado por alguns matemáticos. Estas experiências, por algum tempo, demoliram as vistas nas mentes de alguns cientistas sobre a teoria de Newton, com base em evidências sólidas veio a ser universalmente aceite.
Pouco antes do século XX, em 1899, Philip Lenard explicou esta observação, dizendo que o feixe com carga negativa consistia em eletrões, que já havia sido descoberto por JJ Thompson em 1897. No entanto, a explicação final não veio antes de as contribuições de mais duas pessoas - Max Plank e Albert Einstein.
No entanto, Max Planck sentiu que a matemática que tinha usado foi apenas para fazer as respostas de acordo com as suas observações.
Einstein usou o princípio da quantização que foi introduzido por Max Planck. Ele sugeriu que a quantização usada por Planck reflecte um aspecto básico da realidade. A sua interpretação, ao contrário da teoria era que a luz, em certo sentido era uma partícula e não uma onda.

No entanto, a história de sucesso de Einstein recebeu um revés, quando o príncipe Louis DeBroglie descreveu o eletrão como uma onda e mostrou que esta descrição ajudou a explicar muitas características do modelo atômico naquela época.

Ele examinou as consequências de combinar as equações de Planck e Einstein. Uma vez que ambas as equações são resolvidas para a energia, eles devem ser iguais entre si. Isso o levou à conclusão de que comprimento de onda é igual a h / mc, onde h é a constante de Planck é e c é a velocidade da luz. Mas desde que a velocidade vezes a massa é definido como impulso, pode ser possível definir um comprimento de onda para uma partícula de matéria, se a sua dinâmica é conhecida. Os números substituidos nesta equação revelou que para qualquer objecto do nosso mundo, o comprimento de onda é muito DeBroglie pequenos para serem detectados. No entanto, quando as partículas tão minúsculas quanto o átomo e os elétrões são considerados, as dimensões destas ondas tornam-se significativas.