O que é luz? Essa questão interessou a humanidade em todas as épocas, mas somente no século XX de nossa era foi possível esclarecer muito sobre a natureza desse fenômeno. Este artigo se concentrará na teoria corpuscular da luz, suas vantagens e desvantagens.
Dos antigos filósofos a Christian Huygens e Isaac Newton
Algumas evidências que sobreviveram ao nosso tempo dizem que as pessoas começaram a se interessar pela natureza da luz no antigo Egito e na Grécia antiga. A princípio, acreditava-se que os objetos emitiam imagens de si mesmos. Este último, entrando no olho humano, cria a impressão da visibilidade dos objetos.
Então, durante a formação do pensamento filosófico na Grécia, surgiu uma nova teoria de Aristóteles, que acreditava que cada pessoa emite alguns raios dos olhos, graças aos quais ele pode "sentir" os objetos.
A Idade Média não trouxe clareza ao assunto em questão, novas conquistas vieram apenas com o Renascimento e a revolução na ciência. Em particular, na segunda metade do século XVII, surgiram duas teorias completamente opostas, que procuravamexplicar os fenômenos associados à luz. Estamos falando da teoria ondulatória de Christian Huygens e da teoria corpuscular de Isaac Newton.
Apesar de alguns sucessos da teoria das ondas, ela ainda tinha uma série de deficiências importantes:
- acreditava que a luz se propagava no éter, o que nunca foi descoberto por ninguém;
- a natureza transversal das ondas significava que o éter tinha que ser um meio sólido.
Tendo em conta essas deficiências, e também dada a enorme autoridade de Newton na época, a teoria das partículas-corpúsculos foi aceita por unanimidade no círculo dos cientistas.
A essência da teoria corpuscular da luz
A ideia de Newton é a mais simples possível: se todos os corpos e processos ao nosso redor são descritos pelas leis da mecânica clássica, da qual participam corpos de massa finita, então a luz também é pequena partícula ou corpúsculo. Eles se movem no espaço a uma certa velocidade, se encontram um obstáculo, são refletidos nele. Este último, por exemplo, explica a existência de uma sombra em um objeto. Essas ideias sobre a luz perduraram até o início do século XIX, ou seja, cerca de 150 anos.
É interessante notar que Lomonosov usou a teoria corpuscular newtoniana em meados do século XVIII para explicar o comportamento dos gases, que é descrito em sua obra "Elements of Mathematical Chemistry". Lomonosov considerava que o gás era composto de partículas corpúsculos.
O que a teoria newtoniana explica?
As ideias esboçadas sobre a luz feitaum grande passo na compreensão de sua natureza. A teoria dos corpúsculos de Newton foi capaz de explicar os seguintes fenômenos:
- Propagação retilínea da luz em um meio homogêneo. De fato, se nenhuma força externa atua sobre um corpúsculo de luz em movimento, seu estado é descrito com sucesso pela primeira lei newtoniana da mecânica clássica.
- O fenômeno da reflexão. Ao atingir a interface entre dois meios, o corpúsculo sofre uma colisão absolutamente elástica, pelo que seu módulo de momento é preservado e ele próprio é refletido em um ângulo igual ao ângulo de incidência.
- O fenômeno da refração. Newton acreditava que penetrando em um meio mais denso a partir de um menos denso (por exemplo, do ar para a água), o corpúsculo acelera devido à atração das moléculas do meio denso. Essa aceleração leva a uma mudança em sua trajetória mais próxima da normal, ou seja, observa-se um efeito de refração.
- A existência das flores. O criador da teoria acreditava que cada cor observada corresponde ao seu próprio corpúsculo de "cor".
Problemas da teoria declarada e retorno à ideia de Huygens
Eles começaram a surgir quando novos efeitos relacionados à luz foram descobertos. As principais são a difração (desvio da propagação retilínea da luz quando um feixe passa por uma fenda) e a interferência (fenômeno dos anéis de Newton). Com a descoberta dessas propriedades da luz, os físicos do século XIX começaram a relembrar o trabalho de Huygens.
No mesmo século 19, Faraday e Lenz investigaram as propriedades dos campos elétricos (magnéticos) alternados, eMaxwell realizou os cálculos correspondentes. Como resultado, comprovou-se que a luz é uma onda eletromagnética transversal, que não necessita de éter para sua existência, pois os campos que a formam geram uns aos outros no processo de propagação.
Novas descobertas relacionadas à luz e a ideia de Max Planck
Parece que a teoria corpuscular de Newton já foi completamente enterrada, mas no início do século 20 novos resultados aparecem: acontece que a luz pode "extrair" elétrons da matéria e exercer pressão sobre os corpos quando ela cai sobre eles. Esses fenômenos, aos quais foi adicionado um espectro incompreensível de um corpo negro, a teoria ondulatória se mostrou impotente para explicar.
A solução foi encontrada por Max Planck. Ele sugeriu que a luz interage com os átomos da matéria na forma de pequenas porções, que ele chamou de fótons. A energia de um fóton pode ser determinada pela fórmula:
E=hv.
Onde v - freqüência do fóton, h - constante de Planck. Max Planck, graças a essa ideia de luz, lançou as bases para o desenvolvimento da mecânica quântica.
Usando a ideia de Planck, Albert Einstein explica o fenômeno do efeito fotoelétrico em 1905, Niels Bohr - em 1912 dá uma justificativa para os espectros de emissão e absorção atômica, e Compton - em 1922 descobre o efeito que agora leva seu nome. Além disso, a teoria da relatividade desenvolvida por Einstein explicava o papel da gravidade no desvio da propagação linear de um feixe de luz.
Assim, o trabalho desses cientistas do início do século 20 reviveu as ideias de Newton sobreluz no século 17.
Teoria da luz da onda corpuscular
O que é luz? É uma partícula ou uma onda? Durante sua propagação, seja em um meio ou em um espaço sem ar, a luz exibe as propriedades de uma onda. Quando suas interações com a matéria são consideradas, ela se comporta como uma partícula material. Portanto, atualmente, com relação à luz, costuma-se falar sobre o dualismo de suas propriedades, que são descritas no âmbito da teoria das ondas corpusculares.
Uma partícula de luz - um fóton não tem carga nem massa em repouso. Sua principal característica é a energia (ou frequência, que é a mesma coisa, se você prestar atenção na expressão acima). Um fóton é um objeto da mecânica quântica, como qualquer partícula elementar (elétron, próton, nêutron), portanto tem um momento, como se fosse uma partícula, mas não pode ser localizado (determinar as coordenadas exatas), como se fosse um fóton. onda.
