Luz

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Diagrama da dispersão da luz através de um prisma
Representação de um raio de luz refletido
Sombras na praia
Efeito da luz do sol passando por uma janela

A luz é uma onda eletromagnética, cujo comprimento de onda se inclui num determinado intervalo dentro do qual o olho humano é a ela sensível.[1] Trata-se, de outro modo, de uma radiação electromagnética que se situa entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta. As três grandezas físicas básicas da luz são herdadas das grandezas de toda e qualquer onda eletromagnética: intensidade (ou amplitude), frequência e polarização. No caso específico da luz, a intensidade se identifica com o brilho e a frequência com a cor. Deve ser ressaltada também a dualidade onda-partícula, característica da luz como fenômeno físico, em que esta tem propriedades de onda e partículas, sendo válidas ambas as teorias sobre a natureza da luz.

Um raio de luz é a trajetória da luz em determinado espaço e sua representação indica de onde a luz é criada (fonte) e para onde ela se dirige. O conceito de raio de luz foi introduzido por Alhazen. Propagando-se em meio homogéneo, a luz percorre trajetórias retilíneas; somente em meios não-homogêneos a luz pode descrever trajetórias curvas.

Teorias sobre a luz

Primeiras ideias dos gregos

No século I a.C. Lucrécio, dando continuidade às ideias dos primeiros atomistas, escreveu que a luz solar e o seu calor eram compostos de pequenas partículas.

Teoria corpuscular

A ideia de que a luz seria um corpúsculo vem desde a Antiguidade, com o atomismo de Epicuro e Lucrécio. Tal teoria não é a mesma que a atual, aceita como alternativa à teoria ondulatória.

Contudo, somente no século XVII, a teoria corpuscular para a luz consolidou-se como um conjunto de conhecimento capaz de explicar os mais variados fenómenos ópticos. O seu principal expoente nesse período foi o filósofo natural inglês Isaac Newton(1643-1727).[2][3]

Nos seus trabalhos publicados - o artigo " Nova teoria sobre luz e cores" (1672) (disponível em português em Silva & Martins 1996) e o livro Óptica (Newton 1996) - e também nos trabalhos não publicados - os artigos "Hipótese da luz" e "Discurso sobre as observações" (disponíveis em Cohen & Westfall 2002) - Newton discutiu implicitamente a natureza física da luz, fornecendo alguns argumentos a favor da materialidade da luz.

Fato especificamente notório é que, apesar de ser conhecido como o grande defensor da teoria corpuscular, Newton nunca discutiu em detalhes o assunto, sendo sempre cauteloso ao abordá-lo Georg Cantor[4]. A razão desse comportamento seria as críticas recebidas sobre o artigo "Nova teoria sobre a luz e cores" de 1672, advindas principalmente de Robert Hooke, Christiaan Huygens.

A teoria corpuscular foi amplamente desenvolvida no século XVIII, pelos seguidores de Newton.

No início do século XIX, com o aperfeiçoamento da teoria ondulatória de Thomas Young e Augustin Fresnel, a teoria corpuscular foi, aos poucos, sendo rejeitada.

É importante compreender que a teoria corpuscular desenvolvida entre os séculos XVII e XIX não é a mesma da atual, inserida na concepção da dualidade onda-partícula da luz.

Teoria ondulatória

No século XVII, Huygens, entre outros, propôs a ideia de que a luz fosse um fenómeno ondulatório. Francesco Maria Grimaldi observou os efeitos de difracção, atualmente conhecidos como associados à natureza ondulatória da luz, em 1665, mas o significado das suas observações não foi entendido naquela época.

As experiências de Thomas Young e Augustin Fresnel sobre interferência e difracção no primeiro quarto do século XIX, demonstraram a existência de fenómenos ópticos, para os quais a teoria corpuscular da luz seria inadequada, sendo possíveis se à luz correspondesse um movimento ondulatório. As experiências de Young capacitaram-no a medir o comprimento de onda da luz e Fresnel provou que a propagação rectilínea, tal como os efeitos observados por Grimaldi e outros, podiam ser explicados com base no comportamento de ondas de pequeno comprimento de onda.

O físico francês Jean Bernard Léon Foucault, no século XIX, descobriu que a luz se deslocava mais rápido no ar do que na água. O efeito contrariava a teoria corpuscular de Newton, esta afirmava que a luz deveria ter uma velocidade maior na água do que no ar.

James Clerk Maxwell, ainda no século XIX, provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço equivalia à velocidade de propagação da luz de aproximadamente 300.000 km/s.

Foi de Maxwell a afirmação:

  • A luz é uma "modalidade de energia radiante" que se "propaga" através de ondas eletromagnéticas.[carece de fontes?]