Marcelo Gleiser - A ilusão do saber

Tanto Newton quanto Maxwell estavam certos: a luz é tanto uma partícula quanto uma onda

Muitas vezes o familiar oculta os maiores mistérios. Esse é o caso da luz, um fenômeno tão comum que quase ninguém dá muita bola para ele. Acordamos com ela todos os dias, ligamos e desligamos lâmpadas com descaso, raramente refletindo sobre a sua natureza, sobre o que está por trás dessa intensidade visível, porém impalpável, etérea, porém concreta, discreta, porém essencial.

No seu tratado sobre a luz intitulado "Óptica", publicado em 1704, Isaac Newton defende sua crença de que a luz é constituída de pequenas "partes": "Não são os raios de luz corpúsculos diminutos emitidos por corpos brilhantes?", pergunta. Sugere, além disso, que a luz viaja com velocidade finita, fazendo referência aos resultados de Ole Roemer, o qual, em 1676, mediu a velocidade da luz usando o eclipse de Io, uma das luas de Júpiter.

Em 1865, James Clerk Maxwell publicou o tratado "Teoria Dinâmica do Campo Eletromagnético", no qual descreve a luz como ondulações do campo eletromagnético.

A teoria explica conjuntamente a eletricidade e o magnetismo como manifestações do campo eletromagnético: uma carga elétrica produz um campo elétrico à sua volta, como cabelos rodeando uma cabeça. Tal como a gravidade, seu efeito cai com o quadrado da distância. Campos magnéticos são gerados quando cargas elétricas são aceleradas.

Uma rolha oscilando numa piscina cria ondas circulares. Imagine que a rolha é uma carga elétrica; ao oscilar, ondas eletromagnéticas são irradiadas concentricamente. (A carga as emite em três direções, e não duas.) Se a rolha subir e descer rápido, as ondas estarão próximas, terão frequência alta; se lentamente, a frequência será baixa.

Algo assim ocorre com as ondas eletromagnéticas, que podem ter altas e baixas frequências: o que chamamos de luz visível é um tipo de onda com frequências entre 400 e 790 Terahertz (1 Terahertz=1.012 ciclos/segundo). Já os raios X e gama têm frequências bem mais altas, enquanto o infravermelho e as micro-ondas têm frequências mais baixas.

Maxwell imaginou que, tal como ondas na água ou de som, a luz precisasse de um meio para se propagar. Esse era o estranho éter: transparente, imponderável e muito rígido, uma quase impossibilidade. Mas todos acreditavam nele, mesmo após os experimentos de Michelson e Morley não o terem encontrado.

Só em 1905 o jovem Einstein descartou o éter com a sua teoria da relatividade: ao contrário de todas as outras, as ondas eletromagnéticas podem se propagar no vazio. (É possível que ondas gravitacionais também o façam, assunto que fica para outra semana.)

Para complicar, a luz não tem massa. "Como algo que não tem massa pode existir?", perguntaria o leitor. Em física, energia é mais útil que massa. E a luz tem energia, podendo ser descrita como onda ou partícula: Newton e Maxwell estavam corretos. As partículas de luz, os fótons, têm energia proporcional à frequência. (Vê-se logo a estranheza: uma partícula com frequência, que é propriedade de onda!)

Lembro-me das palavras de Daniel Boorstin: "O maior obstáculo à novas descobertas não é a ignorância; é a ilusão do saber". Mesmo que saibamos tanto sobre o mundo, sabemos ainda tão pouco.
 
MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Folha de S.Paulo

15/07/2012