Curiosidade, O Mistério Duradouro da Luz

O Mistério Duradouro da Luz

Ele atravessa paredes, mas retarda a paralisação em gases ultra-frios. Ele transporta informações eletrônicas para rádios e TVs, mas destrói a informação genética nas células. Ele se curva em torno de edifícios e aperta através pinholes, mas ricocheteia minúsculos elétrons.

É luz. E apesar de conhecê-lo principalmente como o oposto da escuridão, a maior parte da luz não é visível aos nossos olhos. De ondas de rádio de baixa energia a raios gama de alta energia, luz zips em torno de nós, salta fora de nós, e às vezes passa por nós.

Porque é tantas coisas, definir a luz é um pouco de um dilema filosófico. Não ajuda que a luz continue a nos surpreender, com novos materiais que alteram a velocidade da luz e a trajetória de maneiras inesperadas.






É uma onda?


O que liga microondas, raios-X e as cores do arco-íris é que elas são todas ondas - ondas eletromagnéticas para ser exato. A substância que sloshes para a frente e para trás não é água ou ar, mas uma combinação de campos elétricos e magnéticos.

Esses campos flutuantes exercem forças sobre as partículas carregadas - às vezes levando-os a subir e descer como bóias no oceano.

O que separa todas as várias formas de luz é o comprimento de onda. Nossos olhos são sensíveis à luz com comprimentos de onda entre 750 nanômetros (vermelho) e 380 nanômetros (violeta), onde um nanômetro é um bilionésimo de um metro, ou sobre o tamanho de uma única molécula .

Mas o espectro visível - visto através de um prisma - é apenas um pequeno pedaço de todo o espectro eletromagnético. O comprimento de onda da luz varia de centenas de milhas para ondas de rádio longas a um milionésimo de um nanômetro para raios gama.

A energia da luz é inversamente proporcional ao comprimento de onda, de modo que os raios gama são bilhões de milhões de vezes mais energéticos do que as ondas de rádio.

Ou é uma partícula?


Mas as ondas não são toda a história. A luz é composta de partículas chamadas fótons. Isto é mais óbvio com luz de alta energia, como raios-X e raios gama, mas é verdade todo o caminho até ondas de rádio.

O exemplo clássico de particleness é o efeito fotoelétrico, em que a luz que bate uma folha de metal faz com que os elétrons voam para fora da superfície. Surpreendentemente, luz mais longa que um determinado comprimento de onda não pode liberar elétrons, não importa quão brilhante a fonte é.

Uma teoria estrita de ondas de luz não pode explicar esse limite de comprimento de onda, já que muitas ondas longas devem embalar a mesma energia total que algumas ondas curtas.

Albert Einstein decifrou o mistério em 1905 assumindo que partículas de luz batiam nos elétrons, como colisões de bolas de bilhar. Apenas partículas de luz de comprimento de onda curto pode dar um chute forte o suficiente.

Apesar desse sucesso, a teoria das partículas nunca substituiu a teoria das ondas, pois apenas as ondas podem descrever como a luz interfere consigo mesma quando passa por duas fendas. Portanto, temos que viver com a luz sendo simultaneamente uma partícula e uma onda - às vezes agindo como dura como uma rocha, às vezes suave como uma ondulação.

Os físicos retificam a personalidade dividida da luz, pensando em termos de pacotes de ondas, que se pode imaginar como um grupo de ondas de luz que viajam juntas em um pacote apertado e com partículas.

Fazendo um espetáculo


Em vez de se preocupar com o que é a luz , talvez seja melhor se concentrar no que a luz faz . A luz agita, torce e empurra as partículas carregadas (como os elétrons) que residem em todos os materiais.

Essas ações de luz são específicas de comprimento de onda. Ou para dizê-lo de outra maneira, cada material responde apenas a um determinado conjunto de comprimentos de onda.

Pegue uma maçã, por exemplo. As ondas de rádio e os raios X vão essencialmente direto através dele, enquanto a luz visível é interrompida por várias moléculas de maçã que absorvem a luz como calor ou a refletem para trás.

Se a luz refletida entrar em nossos olhos, ela estimulará os receptores de cores (cones) que estão especificamente "sintonizados" com longos, médios ou curtos comprimentos de onda. O cérebro compara as diferentes respostas do cone para determinar que a maçã reflete luz "vermelha".

Aqui estão alguns outros exemplos de atividades específicas da luz.

As ondas de rádio de uma estação local fazem com que os elétrons livres na antena de um rádio oscilem. A eletrônica sintonizada na freqüência da estação (ou comprimento de onda) pode decodificar o sinal oscilante em música ou palavras.

O forno de microondas aquece o alimento de dentro para fora porque microondas penetram na superfície para girar as moléculas de água contidas no alimento. Este baralhamento molecular gera calor.

Ao lado de um fogo de acampamento, luz infravermelha vibra moléculas em nossa pele para nos aquecer. Por outro lado, perdemos constantemente calor quando essas mesmas moléculas emitem luz infravermelha .

Na luz solar, vários comprimentos de onda visíveis e ultravioleta estão ausentes, ou escuro. Essas "sombras" são devidas à captura de fótons por átomos, como hidrogênio e hélio, que compõem o sol.

A energia fotônica capturada é usada para aumentar os elétrons dos átomos de um nível de energia para outro.

A imagem de raio X de um esqueleto é devido ao fato de que os raios-X passam através de tecido mole, mas são bloqueados por osso denso. No entanto, mesmo quando apenas de passagem, raios-X e raios gama ionizam moléculas ao longo do seu caminho, o que significa que tira elétrons das moléculas. As moléculas ionizadas podem danificar direta ou indiretamente o DNA em uma célula. Algumas dessas alterações genéticas podem levar ao câncer.

Tudo isso mostra que a luz usa muitos chapéus diferentes na manipulação da matéria. Talvez seja apropriado, então, que a verdadeira identidade da luz - onda ou partícula - seja incontestável.a


Referência de informação

The article is a translation of the content of this work: The Enduring Mystery of Light, LiveScience