Postulado De Einstein No Quantum De Radiação Eletromagnética E O Efeito Compton

Introdução

O debate científico no qual envolveu cientistas das mais diversas áreas, e que mais perdurou durante a toda a história científica se refere à natureza da luz, onde a dualidade partícula-onda é central para o entendimento da física moderna.

A explicação física da luz deu origem a duas teorias rivais, o modelo Corpuscular e o modelo Ondulatório. A ideia de que a luz fosse formada por partículas veio desde a antiguidade, mas só se consolidou no século XVII, mas ao mesmo tempo em que uma se consolidava outra surgia. Alguns físicos propunham a ideia de que a luz seria uma vibração ou sucessão de impulsos contínuos que se propagava num meio, com essa nova perspectiva surgiu o modelo ondulatório.

Mas só em 1861 com as equações de Maxwell a teoria ondulatória se confirmou. Tendo em vista que através delas pode-se demonstrar teoricamente que a luz se comporta como uma onda eletromagnética. Já a comprovação experimental só veio em 1887 com Heinrich Hertz, ao realizar a experiência que ficou conhecida como Efeito Fotoelétrico.

Após a sua descoberta, diversos físicos a realizarão, como Lenard em 1902 e Millikan de 1906 a 1916. Onde os principais resultados das observações contradiziam as previsões feitas a partir da teoria ondulatória clássica, no qual intrigou os seus descobridores, pois não poderiam ser descritas pelas equações de Maxwell, trazendo assim novos paradoxos a essa novela.

Só em 1905 esses resultados foram explicados através da teoria da quantização da luz de Albert Einstein, ao considerar as ideias de Planck, propostas cinco anos antes. Onde a radiação eletromagnética ao interagir-se com a matéria fosse constituída de quanta de luz (fótons). Afirmando assim que a matéria em um nível subatômico possui um caráter descontínuo. Visto que essas ideias não poderiam ser explicadas através a teoria ondulatória clássica essa teoria revolucionária não foi bem aceita pela comunidade científica.

Mas como toda teoria deve ser comprovada experimentalmente, o postulado de Einstein só veio ser confirmado totalmente em 1922. Após cinco anos ininterruptos de realização de experimentos o físico americano Arthur Holly Compton descobre o fóton e estabelece esse fato supondo que a colisão entre o fóton e o elétron obedece à cinemática relativística. Dando um fim definitivo à rivalidade entre as teorias corpuscular e ondulatória, comprovando oque Einstein já havia proposto, que a luz é uma onda eletromagnética formada por pacotes de energia.

Primeiras teorias sobre a luz

A questão sobre a natureza da luz teve seu início na Grécia Antiga, mais precisamente no século I a.C.. No pensamento grego não havia separação entre filosofia e ciência, havendo apenas o conceito de filosofia. Onde encontramos nela a origem de muitas ideias importantes.

Os filósofos atomistas Epicuro, Lucrécio e Demócrito acreditavam que a luz era composta por pequenas partículas indivisíveis e que se propagavam em linhas retas, como um fluxo contínuo a uma alta velocidade. Com essas ideias surgiu a primeira teoria para explicar certos fenômenos da luz, a Teoria Corpuscular.

Somente no século XVII deu-se inicio a corrida para as teorias que melhor explicassem cientificamente os fenômenos da luz. O primeiro foi René Descartes, ao tentar explicar a propagação da luz, a rotação do sol e o movimento dos planetas, baseando-se em que: “a luz é uma ‘pressão’ exercida por minúsculas ‘partículas’ do ‘éter luminífero’, que tendem a se deslocar em linha reta e a girar sobre si mesma. Já a rotação do sol, através do éter, que criaria ondas ou redemoinhos, assim explicando também o movimento dos planetas.”. Visto que, teoricamente, esse “éter” nada mais era do que um fluido no qual a luz se propagava, um meio material que ficava entre os corpos no espaço. A teoria de Descartes foi de longe a mais aceita pela comunidade cientifica da época, pois não se aceitavam a ideia de algo se propagando sem um meio material.

Mas em meado do século XVIII surge uma figura importantíssima na história da física, Issac Newton, no qual estudou a fundo os artigos de Descartes ate chegar a sua teoria da luz instituindo que: “a luz branca é a mistura de todas as cores; cada cor tem associada a ela ‘partículas’ que de fato se propaguem como pequenos projéteis com determinada velocidade própria [...]”. Como uma boa teoria não basta, tendo que ser comprovada experimentalmente, Newton utilizou sua teoria para explicar o fenômeno da Refração no qual, estas diferentes velocidades explicariam porque as ‘partículas’ associadas ao vermelho são menos desviadas do que as associadas ao azul, devido á força atrativa perpendicular á superfície de separação dos meios.

Newton, mesmo conhecido por sua genialidade, não agradou os defensores da teoria ondulatória, sendo bastante criticado por Huygens, Hooke, dentre outros cientistas renomados, fazendo-o rever suas teorias e reescrevê-la.

Embora Newton não tenha parado de escrever, a corrente de físicos defensores da teoria ondulatória seguia a todo vapor suas pesquisas. Para Hooke e Huygens, duas das mais importantes pessoas que apoiavam essa linha, acreditavam que: “a luz seria uma vibração (sucessão de ‘impulsos’ ou ‘tremores’ descontínuos) que se propaga num meio.”.

Um dos primeiros a se aventurar não só nessa nova forma de ver a luz, mas também nessa corrida as explicações dos fenômenos da luz foi Francesco Maria Grimaldi, onde em 1665 observou o efeito de difração da luz, e que mesmo no ar ela ñ seguia em linha reta.

A difração era explicada como as ondas formadas na superfície da água, pois a densidade do fluído que propaga a luz depende do material onde a luz se propagaria e determinaria a sua velocidade no meio. Mas como a sua ideia estava muito a frente do seu tempo, muitos não a entendiam.

Mas em seguida, Robert Hooke refez os experimentos de Grimaldi sobre difração e observou padrões coloridos de interferência em filmes finos. Ele concluiu, corretamente, que o fenômeno observado devia-se à interação entre a luz refletida nas duas superfícies do filme, e propôs que a luz originava-se de um movimento ondulatório rápido no meio, propagando-se a uma velocidade muito grande.

Já Christiaan Huygens Ele estendeu a teoria ondulatória com a introdução do conceito das ondas secundárias (princípio de Huygens), com as quais deduziu as leis