(Créditos da imagem: Pixabay).

Olá leitor(a)! Se você está aqui, provavelmente é porque acompanhou a parte 1 (clique aqui para ler) e a parte 2 (clique aqui para ler) deste debate. Nesse momento, focaremos o debate sobre a natureza da luz no século XX, quando surgiu o conceito de fóton, postulado qualitativamente por J.J. Thompson, em 1904, e de maneira exata por Einstein, em 19051.

Einstein, aliado ao efeito fotoelétrico, trabalho no qual lhe renderia o prêmio Nobel de física em 1921,  interpretou o fóton como sendo a resposta para o debate de séculos a respeito do caráter da luz. Isto pois, existem dois aspectos principais do efeito fotoelétrico que não podem ser explicados em termos da teoria ondulatória clássica da luz!

Representação do efeito fotoelétrico. (Créditos da imagem: Reprodução).

O primeiro diz respeito a intensidade do feixe de luz. Para a teoria ondulatória, a energia cinética dos fótons deveria aumentar conforme aumentasse a intensidade de luz. Contudo, dados experimentais mostram que a energia cinética é independente da intensidade da luz. Depois, para a teoria ondulatória, o efeito fotoelétrico deveria ocorrer para qualquer frequência da luz (desde que essa fosse intensa o bastante), novamente, foi demonstrado pelo físico Robert Millikan que existe uma frequência mínima que precisa existir para acontecer tal efeito, independente da intensidade da iluminação. Assim, a teoria ondulatória da luz para não ser de vez abandonada, precisou passar por uma reformulação, visto que a sua interpretação clássica (presente nos argumentos de Huygens) não mais explicaria o fenômeno do efeito fotoelétrico.

Niels Bohr, aliado a outros dois físicos da época, apresentaram uma nova forma de observar o  efeito fotoelétrico baseado na natureza quântica ondulatória da luz e não na conservação das leis de energia e momento, assim, poderiam descartar a proposta do quanta de luz2.

Desse modo, notemos que o debate agora a respeito da natureza da luz possui um diferente foco: o fóton somente deve ser associado àquilo que é observado ou medido, e nisso todos concordam. A discussão agora é a respeito do que acontece antes (ou depois) da medição3. Para isso, os físicos não puderam deixar de adotar posições filosóficas e caráter como epistemologia e ontologia que antes não desempenhavam um papel tão importante na discussão entram em jogo.

Entre as diversas interpretações da quântica, as que nos são relevantes aqui são: a interpretação ondulatória realista e a interpretação dualista realista. Para a primeira, “a luz é uma onda que sofreria colapsos sempre que fosse medida, resultando num pacote de onda bastante comprimido, que seria o fóton”. Por outro lado, a interpretação dualista realista “diria que o fóton é na verdade um corpúsculo que segue uma trajetória bem definida (mesmo que oscilante), sendo guiado pela onda”.

Contudo, até o fim da terceira década do século XX, o conceito de fóton ainda estava em discussão entre os cientistas, mas o que acabou prevalecendo entre 1930 e 1956 foi aquilo apresentado por Einstein: partícula pequena, indivisível e localizável. Prevaleceu, pois a maioria dos físicos não queriam entrar nessa zona de discussão: “não vamos tocar nesse assunto”2.

Resumo: o debate estendeu-se por anos e até hoje não sabemos exatamente o que é um fóton. Sabe-se que não é uma partícula pontual, porém pode sim ser um pacote de onda, mas não temos certeza. Desse modo, umas das poucas afirmações que podemos tecer a respeito dos fótons é que este tornou-se uma ferramenta matemática para a física quântica.

Referências:

  1. PASCAL, B. Pensamentos, 1.18; cit. cf. edição brasileira. São Paulo, coleção Os pensadores, Abril Cultural, 1979.
  2. SILVA, I. Uma nova luz sobre o conceito de fóton: Para além de imagens esquizofrênicas. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 37, n. 4, 2015.
  3. PESSOA Jr. Cap. XVII: Luz, Ondas e Fótons. Notas de aula.
Daniel Trugillo
Santista e pós-graduando em Ensino de Ciências (PIEC/USP). Além de escrever para o Ciencianautas, escrevo resenhas de livros de filosofia, educação, psicologia e afins na rede Skoob. Também faço parte do grupo de divulgação científica Via Saber. Como hobby gosto de xadrez, paradoxos e memes.