Do que é feita a luz? Dualidade partícula-onda explica como a luz se comporta

Se você já se perguntou do que a luz é feita, vai gostar de entender o fenômeno partícula-onda.

Essa é uma questão que surgiu há séculos, quando físicos começaram a explorar a natureza da luz.

Uma das descobertas mais significativas ocorreu quando experimentos demonstraram que a luz possuía uma velocidade constante, independente da velocidade ou direção do observador. Esse marco foi fundamental para Albert Einstein avançar na compreensão da luz.

Contudo, outras pesquisas, que intrigaram os físicos, foi sobre a capacidade da luz de se comportar de duas maneiras: como uma onda ou como uma partícula.

Ambas as abordagens podiam descrever propriedades da luz, dependendo do experimento utilizado ou, por vezes, apenas uma delas. Esse fenômeno ficou conhecido como dualidade partícula-onda.

A dualidade partícula-onda não se limita apenas à luz; outras partículas na Mecânica Quântica exibem comportamentos semelhantes.

Esse fenômeno já foi observado em elétrons, nêutrons e em quase todas as partículas descritas pelo Modelo Padrão. Isso, por sua vez, contribuiu para o reconhecimento de Albert Einstein com o Prêmio Nobel.

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Mecânica Quântica

A área da Física dedicada ao estudo do mundo atômico é conhecida como Mecânica Quântica e ela atrai muita atenção devido aos seus conceitos complexos, que muitas vezes não se encaixam no mundo macroscópico em que vivemos.

Um desses conceitos é a dualidade partícula-onda, assim como o princípio da incerteza de Heisenberg, que postula que não podemos determinar simultaneamente o momento e a posição de uma partícula.

A Mecânica Quântica foi desenvolvida principalmente no início do século XX por vários físicos ao redor do mundo, representando um dos marcos mais importantes na história da Física.

Alguns conceitos da Mecânica Quântica, como o famoso experimento mental do Gato de Schrödinger, são frequentemente retratados em filmes e séries.

Outro conceito que desperta interesse é a dualidade partícula-onda, que explica o comportamento das partículas conforme descrito pelo Modelo Padrão.

Este modelo abrange todas as partículas e interações conhecidas na natureza, com exceção da gravitacional.

Efeito Fotoelétrico

O fenômeno fundamental para explicar a dualidade partícula-onda é o efeito fotoelétrico, que foi elucidado por Albert Einstein em 1905, trabalho pelo qual ele recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921.

Einstein explicou o efeito descrevendo a luz como sendo composta por partículas chamadas fótons, cuja energia está relacionada ao comprimento de onda.

Quando a luz incide sobre uma superfície metálica, os fótons podem colidir com os elétrons presentes nela e transferir sua energia. Se a energia do fóton for suficientemente alta para permitir que o elétron escape da superfície metálica, ele será ejetado.

Essa descrição considera tanto a luz quanto os elétrons como partículas que interagem por meio de colisões.

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De Broglie

Em 1924, o físico Louis De Broglie introduziu em sua tese de doutorado a ideia de que todas as partículas exibem uma dualidade partícula-onda.

Essas partículas demonstram tanto propriedades de onda quanto de partículas, embora tradicionalmente sejam consideradas apenas como partículas. De Broglie estabeleceu uma relação que conecta essas duas facetas.

De acordo com De Broglie, o comprimento de onda associado a uma partícula é inversamente proporcional ao seu momento, sendo esse comprimento de onda igual à constante de Planck dividida pelo momento da partícula.

Quanto menor o momento da partícula, maior será o seu comprimento de onda associado. Essa relação oferece uma explicação para o motivo pelo qual objetos do mundo macroscópico não são observados com comportamento de onda.

Experimento fenda dupla

O experimento da fenda dupla representou outro marco significativo na descrição da natureza dual das partículas subatômicas. A ideia subjacente ao experimento é relativamente simples: um feixe de luz é direcionado para duas fendas, atingindo uma tela localizada além delas.

O que se observa é um padrão de interferência na tela, revelando o comportamento ondulatório das partículas.

Esse experimento aconteceu tanto com fótons quanto com elétrons. Curiosamente, ao usar instrumentos para determinar por qual fenda cada elétron passava, o padrão de interferência desaparecia.

As partículas voltavam a se comportar estritamente como partículas devido à influência da observação durante o experimento.

Dualidade partícula-onda na Ciência

Por fim, a dualidade partícula-onda desempenha um papel crucial na explicação de fenômenos como o emaranhamento quântico e outras propriedades na Mecânica Quântica.

Essa dualidade é notável por desafiar a compreensão do nosso mundo clássico, onde algo não pode ser simultaneamente duas coisas distintas.

Fonte: Tempo

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