Meu Cosmos: BREVE RELATO DOS ESTUDOS SOBRE A LUZ

BRIEF REPORT OF LIGHT STUDIES

Espectro de emissão do mercúrio[1].

Wenderson Rodrigues F. da Silva - Viçosa, 04 de julho de 2019.

A luz é uma ocorrência da natureza que está diretamente ligado a grande parte dos fenômenos naturais. A evolução dos organismos primitivos (bactérias, archaeas, briófitas...) se deu, em grande parte, com a influência da luz. Graças a ela, esses organismos primitivos evoluirão e, em ciclos cada vez mais energéticos, originaram os seres mais complexos que conhecemos hoje (pteridófitas, gimnospermas, angiospermas, mamíferos...). A importância da luz foi lembrada até no momento da criação do planeta, segundo a doutrina cristã, descrita pela bíblia, no livro do Genesis, compilado: “Deus disse - faça-se a luz. E a luz foi feita”.

Hoje sabemos, graças a várias pessoas curiosas a respeito das ocorrências da natureza (os cientistas), que a luz nem o planeta foram criados como retratado, em particular, no livro do gêneses. Uma formulação a respeito da luz, que se fundamentou por observações, teve início, pelo menos na história ocidental, com Euclides (325 a.C. - 265 a. C.) que, no seu tratado Optica, descrevia a luz como raios que partiam dos olhos para os objetos e que eles viajavam em linha reta. Posteriormente foram vários os cientistas que buscaram descrever a luz, Isaac Newton (1643 - 1727), com sua obra Opticks (1704), apresentou a ideia de que a luz é um corpúsculo.

Thomas Young (1773 - 1829), verificou por meio de experimentos que a luz se comporta como uma onda. Já no século XIX, Max Planck (1858 - 1947), e posteriormente, Albert Einstein (1879 - 1955) introduziram o conceito de quanta de energia (mais tarde denominado fóton) e assim atribuiu novamente propriedades corpusculares para a luz.

Newton tentou descrever a luz com o mesmo arcabouço teórico desenvolvido por ele para o estudo da mecânica. Contudo, o modelo não explicava as observações feitas por Christiaan Huygens (1629 - 1695), seu contemporâneo, a respeito dos desvios que a luz sofria ao passar por uma fenda estreita, o que mais tarde Young estudou e descreveu como sendo hoje o que conhecemos como princípio de Huygens.
Posteriormente, Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827) apresentou uma explicação matemática a respeito das observações relacionadas ao desvio da luz ao passar por fendas estreitas. Matematicamente e de um modo simplificado, o seno do ângulo do desvio que um raio de luz sofre ao passar por uma fenda estritamente pequena, da ordem de grandeza do comprimento de onda dessa luz é:

$$ sin(\theta)=\frac{m\lambda}{a},\qquad (m=\pm1,\pm2,\pm3,...) $$

onde a é a largura da fenda, m é a ordem da franja escura considerada e λ é o comprimento de onda da luz utilizada.

Já no final do século XIX, Max Planck introduziu novamente o conceito corpuscular à luz como forma de explicar certos fenômenos, como o observado por Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894), hoje conhecido como efeito fotoelétrico. De acordo com suas observações, a energia E da luz era quantizada, em pacotes bem definidos, cujos valores dependiam do comprimento de onda da luz, como se segue:

$$ E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$$

onde h é a constante de Planck, $\nu$ a frequência do fóton e c a velocidade da luz no vácuo.

Graças a esses estudos temos aparelhos como lâmpadas, televisores, fibras ópticas, placas solares, máquinas fotográficas, telescópios, entre tantos outros que convivemos cotidianamente. Foi por meio do estudo da luz que foi possível entender o fenômeno da fotossíntese, extremamente importante para diversos organismos vivos que dependem do oxigênio. Desenvolveu-se aparelhos, como espectrômetros, que são destinados a pesquisas e possibilitam realizações de medidas muito precisas. Na medicina, indiscutivelmente se observou um avanço enorme quando Wilhelm Conrad Röntgen (1845 - 1923), físico alemão, descobriu os Raios X. Graças ao intelecto humano, a vontade pela busca do conhecimento a respeito das coisas e muita persistência, chegamos ao grau de conhecimento que temos hoje e, a respeito da luz, como vimos, não foi diferente.

Segue-se, abaixo, uma tabela com as principais datas relacionadas aos descobrimentos da óptica.

Datas	Fenˆomeno	Cientista
1609	Invens˜ao do telesc´opio	Galileo Galilei
1621	Lei da Refra¸c˜ao da Luz	Willebord Snell
1704	Publica¸c˜ao do livro Opticks (a luz como particula)	Isaac Newton
1678	Teoria Ondulat´oria da Luz	Christiaan Huygens
1801	Confirma¸c˜oes experimentais da Teoria Ondulat´oria da Luz	Thomas Young
1873	Unifica¸c˜ao da ´optica ao eletromagnetismo	James Clerk Maxwell
1899 1904	F´oton de luz (a luz como particula) Explicação teórica para o Efeito Fotoelétrico	Max Planck Albert Einstein