A dualidade onda-partícula da Luz

INTRODUÇÃO

Antigamente, os gregos no século I a.C. já acreditavam que a luz era composta de partículas (não as minúsculas partículas da física como conhecemos, eles tinham acabado de descobrir o átomo, portanto ainda não tinham esse conhecimento). Eles estavam certos num ponto, era realmente uma partícula, mas acreditavam também que cada uma dessas partículas tinha a imagem integral do objeto que a emitia (é isso mesmo, eles achavam que os próprios objetos emitiam as partículas de luz! Se fosse assim daria para vermos no escuro normalmente). Mas é uma pena que a Física Quântica (que estuda corpos menores que um átomo) não é nem um pouco simples. A luz é uma partícula, mas também uma onda! Como um objeto pode ser onda e também uma partícula? São coisas tão diferentes! Nem tanto. Na verdade é quase a mesma coisa só que depende do seu ponto de vista. Explicarei isso melhor agora:

DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA

O fóton é partícula. É o nome que se dá à luz quando está se comportando como uma partícula.

Fig.1

Partícula seria um ponto de matéria, algo tangível, mesmo que seja absurdamente pequeno. Já foi explicado acima porque se achava que a luz era uma partícula. Aquela ideia foi evoluindo através dos séculos. Até o  final do século XVII quando Chistian Huygens propôs que a luz agia como ondas e não como uma corrente de partículas. Depois, em 1807, Thomas Young retomou essa ideia e fez um teste. Ele fez com que um feixe luz passasse por uma fenda que irradiou para outras duas fendas como mostra a Figura 1. Até aí tudo bem, o problema foi depois que a luz passou dessas duas fendas. ela formou um desenho como mostra a Figura 2.

Fig.2

A luz passou pelas duas fendas e formou um desenho de várias barras umas do lado das outras. Se a luz fosse partículas, não aconteceria nada como na Figura 1 nem na Figura 2. A luz passaria pela primeira fenda e criaria uma barra única bem em frente à fenda e nem chegaria a passar pelas outras duas fendas seguintes, pois a barra seria desenhada bem no meio delas. Mas mesmo assim, imaginemos que não existisse a primeira fenda, somente as fendas duplas. a luz passaria por elas e criaria apenas duas barras na tela seguinte. Mas como vocês podem ver nas duas figuras, esse não é o caso. a Luz se comportou como ondas. As ondas passaram pela primeira fenda e se espalhou em direção às fendas seguintes. Depois que passou pelas duas fendas seguintes, o feixe de luz que passou pela fenda de cima se interceptou com a fenda de baixo e criou o desenho mostrado na Figura 2. Ou seja, somente ondas poderiam fazer tal efeito. A luz não era mais uma partícula, era uma onda.

Em 1905, anos mais tarde, Albert Einstein, refletindo sobre o Efeito Fotoelétrico (capacidade dos materiais de emitir eletricidade quando expostos à luz) teorizou que a luz era composta por uma corrente de pacotes de energia chamados fótons, explicando que quando a luz colide com o elétron ambos comportam-se como corpos materiais (Voltamos à estaca zero, a luz é novamente uma partícula!).

Também foi observado outro efeito em relação ao teste da dupla fenda. Em vez de lançar vários fótons de uma vez, foi lançado um a um num filme fotográfico através da dupla fenda. Se o problema do teste era que um fóton quando passava por uma fenda interferia noutro que estava em outra fenda, passando de um em um esse problema não existiria e o resultado seria duas barras impressas no papel fotográfico. Mas para complicar ainda mais as coisas, o resultado foi o mesmo do primeiro teste. A impressão vista no papel era a interferência de ondas. Como era possível? Foi então que em outro teste decidiram detectar a trajetória de cada onda de luz individualmente antes de passar por uma ou outra fenda para saber por qual ia passar. E conseguiram, mas a diferença foi no final quando revelaram o papel fotográfico mostrando apenas duas fendas e não várias linhas paralelas como nos testes anteriores. Sempre que se lançava os fótons um a um sem saber para onde iriam criava a interferência, mas quando tentava se detectar por onde passavam era criada a imagem de duas fendas sem interferência.

Werner Heinsenberg

Isso pode ser explicado pelo Princípio da Incerteza de Heinsenberg, formulada em 1927 por Werner Heinsenberg que diz, simplificando, que a simples observação (não exatamente olhar, pois isso independe do ser humano, uma melhor palavra seria 'detecção' ) de uma partícula subatômica ou onda altera seu estado ou posição. Ou seja, quando você não estava 'observando' a fóton ele age como uma onda, passa pelas duas fendas ao mesmo tempo(eu sei, isso é estranho, mas é Física Quântica, eu disse que não era simples. Além do mais é uma onda, ela pode fazer isso de qualquer forma) e cria a interferência consigo própria, mas quando você o 'observa', ele muda de estado, ou seja, se transforma em uma partícula e escolhe aleatoriamente uma das fendas para passar, criando no final apenas duas barras

A verdade é o seguinte: Todos estavam certos em relação à luz ser onda ou partícula. A luz é uma partícula, matéria, um corpúsculo. Mas também é uma onda, um feixe de energia. Depende do seu ponto de vista.