Luz: um pouco mais de mistério

MARCELO GLEISER
COLUNISTA DA FOLHA

Aos leitores perplexos com o "um pouco mais" no título, explico que, semana passada, escrevi sobre o fato de a luz ter velocidade constante no espaço vazio, sempre 300 mil quilômetros por segundo, independentemente do movimento da fonte ou do observador. Esse comportamento, sugerido por Einstein em 1905 como base de sua teoria da relatividade, faz da luz uma entidade misteriosa, diferente de tudo que conhecemos. Mas não é o único de seus mistérios. O outro, que discutiremos abaixo, também surgiu em 1905 das mãos de Einstein. E, segundo ele mesmo, foi sua idéia mais revolucionária.

Einstein, que gostava de freqüentar bares com os amigos, deve ter se inspirado num jogo de bilhar ao propor sua explicação para o efeito fotoelétrico

Ao final do século 19, a maioria dos físicos sabia que a chamada física clássica estava em crise: várias descobertas feitas no laboratório mostravam que certos fenômenos não podiam ser descritos pelos pilares do conhecimento físico de então, a mecânica de Newton e o eletromagnetismo de Michael Faraday e James Clerk Maxwell. Desses fenômenos, o efeito fotoelétrico era dos mais abstrusos: uma placa metálica onde foi depositada carga elétrica perde essa carga se iluminada por luz ultravioleta, mas, se a luz for amarela, vermelha ou azul, nada ocorre.

Einstein, que gostava de freqüentar bares com os amigos, deve ter se inspirado num jogo de bilhar ao propor sua explicação para o efeito fotoelétrico. Pense numa placa metálica carregada como uma mesa de bilhar cheia de bolas. Cada bola é um elétron, que dá carga extra à placa. Uma mesa sem bolas é equivalente a uma placa sem carga extra. Einstein propôs que a luz incidente na placa também fosse feita de pequenas "bolas", partículas de luz que hoje chamamos de fótons. Na época, a idéia era inesperada: a luz era considerada uma onda, tem propriedades como refração e difração, coisas que vemos todos os dias ao olharmos raios de luz no fundo de uma piscina. Como assim "bolas" de luz? Einstein justificou-se dizendo que sua idéia era heurística. isto é, uma explicação tentativa, sem maior suporte teórico. Se funcionasse, explicaria os dados experimentais.

Da teoria ondulatória da luz, sabia-se que cada cor está relacionada com uma onda de determinada freqüência, que aumenta do vermelho ao violeta. Pense nessas ondas como o fole de um acordeão: o fole aberto corresponde a ondas de maior comprimento e menor freqüência, os tons mais graves; o fole fechado corresponde à ondas de maior freqüência, mais agudas. Einstein, inspirando-se na idéia de Max Planck de que átomos recebem e emitem energia em pequenos pacotes, sugeriu que a luz também pode ser interpretada como sendo composta de pacotes, cada cor uma partícula com energia que aumenta com a freqüência. Um fóton correspondendo à luz ultravioleta tem mais energia do que um da luz vermelha ou amarela.

O resto é fácil: só fótons ultravioleta têm energia para arrancar elétrons da placa metálica. O mesmo ocorre com a mesa de bilhar: só uma tacada bem forte arranca as bolas da mesa. A teoria de Einstein explica os dados perfeitamente. Porém, cria outro problema: afinal, a luz é onda ou partícula? A melhor resposta é: nem uma coisa nem outra. Onda e partícula são imagens que criamos com base na nossa intuição, forjada pelo que vemos ao nosso redor. Mas, no mundo quântico, tais imagens são irrelevantes. Apenas o que medimos com instrumentos faz sentido. Nossas teorias são construções que explicam o que medimos, baseadas em conceitos restritos pela nossa percepção do mundo. A natureza da luz, se é que é possível caracterizá-la, permanece um mistério.

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