a natureza da luz

Congresso de Inovação, Ciência e Tecnologia do IFSP - 2016
A NATUREZA DA LUZ: UMA PESQUISA DO DECURSO HISTÓRICO PARA A VIGENTE
TEORIA
LARIOS, G.S1, Buscatti Junior, D.A2
1
Graduando em Licenciatura em Física, IFSP, Campus Birigui ([email protected])
Licenciado em Física e mestre em Educação para a Ciência; docente do IFSP, campus Birigui
([email protected])
Área de conhecimento (Tabela CNPq): Instrumentação Específica de Uso Geral em Física–
1.05.01.06-1
2
Apresentado no
7° Congresso de Iniciação Científica e Tecnológica do IFSP
29 de novembro a 02 de dezembro de 2016 - Matão-SP, Brasil
RESUMO: Este trabalho se baseia em uma pesquisa documental onde é estudada a evolução da
natureza da luz, trazendo uma síntese do caminhar histórico da evolução da ciência, buscando as ideias
iniciais gregas sobre o que os filósofos explicavam sobre a luz, as discussões do século XVII sobre a
natureza da luz ser onda ou partícula, trazendo um percurso histórico que levou a justificar o
comportamento ondulatório para a luz. Assim chegando ao século XIX onde se notou que a teoria
vigente não explicava mais os dados coletados experimentalmente, surgindo então à necessidade de
revê-la e propor uma da qual justificasse todos os fenômenos observados. Discutiremos os fenômenos
que não eram explicados pela teoria ondulatória da luz, trazendo as propostas colocadas para justificalos. Trazendo assim uma visão histórica para a presente teoria da natureza da luz.
PALAVRAS-CHAVE: natureza da luz; evolução da ciência; história da ciência; física.
THE LIGHT OF THE NATURE: A COURSE OF HISTORY SEARCH FOR CURRENT
THEORY
ABSTRACT: This work is based on desk research where the evolution of the nature of light is
studied, bringing an overview of the historical journey of the developments in science, seeking the
Greek initial ideas about what philosophers explained about light, the discussions of 17th century
about the nature of light is wave or particle, bringing a historical path that led to justify the wave
behavior to light. So coming to the 19th century where it was noted that the current theory did not
explain more data collected experimentally, emerging then the need to review it and propose which
justify all the observed phenomena. We will discuss the phenomena that were not explained by the
wave theory of light, bringing the proposals put to justify them. Thus bringing a historical view for the
present theory of the nature of light.
KEYWORDS: light of nature; developments in science; history of science; physical.
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento da ciência passa por grandes rupturas até alcançar uma conclusão de
pensamentos, onde é possível justificar todos os fenômenos vigentes através de uma teoria. O estudo e
trabalho sobre o desenvolvimento científico é importante tanto para formação de professores
(PEDUZZI, 2012), quanto para o conhecimento pessoal, pois conscientiza o cidadão que a evolução
da ciência é dada pelas pesquisas de varias pessoas empenhadas a resolver um problema, não dando o
credito somente um pesquisador que se tornou famosos, desmerecendo o trabalho dos outros
cientistas.
A história sobre a natureza da luz se passa desde o primórdio da Grécia antiga com as escolas
Pitagóricas que questionava o que era luz, dando uma explicação filosófica sensorial sobre o principio
da visão. Após a revolução científica surgiu à necessidade de explicar este conceito fazendo o uso da
matemática a fim de realizar previsões, utilizando experimentos que comprovavam a repetição do
fenômeno em diversas situações (FORATO, 2009). Assim duas teorias eram discutidas, o
comportamento ondulatório e corpuscular para a luz. Até o século XVIII a luz era muito bem
explicada sendo considerada com onda, mas a partir do século XIX, com o avanço na tecnologia
surgiu a necessidade de reformular este pensamento e criar uma teoria que ligasse o comportamento de
onda e partícula para a luz.
Assim este trabalho trata da evolução da ciência sobre a teoria da natureza da luz, onde
estudamos o percurso histórico percorrido para o desenvolvimento desta teoria.
MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho permeia em uma pesquisa documental, onde estudou como foi o avanço do
pensamento científico para a formulação da teoria da natureza da luz. Trabalhamos com documentos
que faziam o uso da história, montando uma linha de pensamento histórico científica desde os
registros existentes sobre a reflexão da natureza da luz nas escolas Pitagóricas, até o surgimento da
Mecânica Quântica.
Evidenciamos pontos e importantes do pensamento científico, onde houve a necessidade de uma
ruptura para a introdução de uma nova teoria, fazendo a datação histórica e nomeando grandes nomes
que influenciaram no desenvolvimento científico.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A natureza da luz é uma questão que vem sendo referida desde a Grécia antiga pelas escolas
Pitagórica, com Platão (427-347 a.C.) que acreditava que todos os objetos emitiam pequenas
partículas que eram captadas por nossos olhos. Na visão atomística grega, destacava as ideias de
Leucipo (480-420 a.C.) e Demócrito (460-370 a.C.) que entendiam a luz como átomos que se
deslocavam no vazio, onde a visão era dada pelo fluxo de partículas emitidas pelo objeto e assimiladas
pelos olhos, uma formação de imagem totalmente sensorial.
Contra a ideia corpuscular, Aristóteles (384-322 a.C.) imaginou que a luz saia de nossos olhos
assim como o som saia da boca e chegando aos objetos o tornando visíveis. Segundo SILVA (2001)
tínhamos ideias metafísicas tentando explicar o que era luz.
As propostas sobre a ótica ficaram abertas até a revolução cientifica no século XVII, quando
em 1621 Willebrord Snell (1580-1626) descobriu experimentalmente a lei da refração. Dizendo que
um feixe de luz ao penetrar em um meio desvia sua orientação original, mas continuava a se propagar
em linha reta (MOURA, 2008).
Em 1678 Christiaan Huygens (1629-1695) sugeriu o quanto à luz era desviada da sua trajetória
inicial, dependendo da velocidade que a luz atravessa no meio. Ele defendia a teoria ondulatória para
luz, e caso sua teoria estivesse correta, quanto maior o índice de refração menor deveria ser a
velocidade da luz para um meio mais denso que o ar. Caso a luz se comportasse como partícula, como
Isaac Newton havia proposto, quanto maior o índice de refração, maior deveria ser sua velocidade de
propagação.
A partir do século XVII, os modelos para a natureza da luz, não estavam sendo ideias
filosóficas, mas agora como pensamentos físicos voltados a resolver problemas formulando-os e
buscando justifica-los. René Descartes (1596-1650) foi um dos primeiros a caracterizar a luz como um
problema científico, sustentando-a como uma tendência natural ao movimento ou pressão e que
propagava no Éter luminífero com velocidade infinita segundo FORATO (2009 a).
Os primeiros artigos de Newton referem-se à natureza atomística da luz, deve-se notar que
Hooke era totalmente avesso a teoria corpuscular proposta por Newton. Seus trabalhos publicados no
ano de 1672 criticava totalmente a ideia de corpúsculo para a luz. Durante o século XVII os
fenômenos óticos permaneciam em constantes debates. Neste período, Newton publicou seus
primeiros trabalhos de ótica, “A hipótese da Luz” em 7 de dezembro de 1675, sendo que neste ele
deixa algumas duvidas quanto a natureza da luz. A fim de não debater de frente com Hooke,
presidente da Royal Society e principal critico de seu trabalho.
No terceiro livro Ótica escrito por Newton contam com 31 questões que visam fazer
suposições e levantar duvidas a fim de que continuem com seu trabalho. Mostrando ao leitor que ele
não poderia ter certeza plena sobre a maturidade da luz, e que isto evitaria conflitos críticos na época.
Na segunda metade do século XVIII, os estudos de ótica voltaram dando um toque a mais a
hipótese ondulatória. Os trabalhos de Leonard Euler (1707-1783) começaram a constatar problemas na
concepção corpuscular newtoniana (massa, volume, força dos corpos para refletir e refratar, conceito
de inflexão, entre outros) servindo como estimulo para o ressurgimento de modelos ondulatórios
reforçando a teoria de Christiaan Huygens segundo MOURA (2015).
Thomas Young (1773-1829) no ano de 1801 demonstrou ondas de luz possui superposição,
interferindo uma na outra, o experimento que Young usou é muito famoso e conhecido como
“experimento da dupla fenda de Young”. Com ele mediu o comprimento da luz solar, estimada em
570 nm, próximo ao valor atual de 555 nm (SILVA, 2007 a).
No ano de 1817 houve um fenômeno que proporcionou determinar outra característica para a
luz, em 1808 Étienne Malus (1775-1812), havia descoberto que a luz era polarizada, ou seja, ela tinha
lado, até então se tratava a luz como o som, que se propagava de forma longitudinal, mas a partir da
descoberta de Malus em 1808, Young para explicar este problema sugeriu que a luz deveria conter
uma vibração transversal à direção de propagação.
Como tratou SILVA, (2010) no ano de 1850, Foucault (1819-1869) determinou a velocidade
da luz em diferentes meios e demonstrou que ela se propaga com menor velocidade quando o meio
fosse mais denso, sendo pela equação v=c/n. Assim a teoria corpuscular de Newton era refutada, pois
todos os experimentos da época eram explicados partindo para uma teoria corpuscular.
Na segunda metade do século XVIII, a eletricidade estava chamando a atenção, análoga a
Teoria Gravitacional Universa proposto por Newton, à interação elétrica decaia com o quadrado da
distancia, Coulomb publicou dois artigos tratando essa descoberta. Em 1819, Christian Oersted
observou que cargas elétricas em movimento geram um campo magnético e em 1831, Michael
Faraday mostrou que o fluxo magnético variável gerava campo elétrico. Nascendo as equações
fundamentais do eletromagnetismo. Na segunda metade do século XIX James Clerk Maxwell, fez uma
síntese dessas equações e por simetria percebeu a ausência de um termo entre elas. Esse termo
permitiu demonstrar que o campo elétrico e magnético satisfazem equações de ondas e propagam com
a velocidade da luz. Assim interpretando que a luz visível é um caso particular de onda
eletromagnética. Em 1886, Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) realizou experimentos que
confirmaram a previsão de Maxwell (Silva, 2007 b).
Mas em 1887, Hertz em seus estudos com a luz, evidenciou um problema do qual não
conseguiu explicar usando a luz como onda, este problema se manteve em aberto até o inicio do século
XX. Em 1900, Max Planck estudando a radiação emitida por um corpo negro, propôs que a luz não era
continua igual se diziam anteriormente, ela deveria ser entendida como quantas de energia, não
distribuída uniformemente no espaço. Assim Planck propôs para a radiação uma constante h que
explicava os resultados experimentais obtidos no experimento de Corpo negro.
Partindo da hipótese de Planck dos quantas de energia, Einstein em 1905 propôs que a luz
possuía uma energia proporcional a multiplicação da constante de Planck pela frequência da onda,
sendo então E=hf. Conseguiu explicar o fenômeno visto inicialmente por Hertz, usando uma hipótese
de que a luz era quantizada (ROSA, 2004). A explicação de Planck e Einstein por mais que seja
satisfatória em explicar os resultados experimentais, foi contrariada, pois no século XX a teoria
ondulatória para a luz estava muito bem explicada e fundamentada.
No ano de 1915, Robert A. Millikan confirmou experimentalmente as equações propostas por
Einstein para explicar o efeito fotoelétrico. Compton nos anos de 1922 e 1923 obteve fortíssimos
resultados que contrariavam a natureza na luz em seus estudos com Raios X, em 1912, Whalter
Friedrich e Paul Kinipping observaram a natureza ondulatória para os raios X de baixa intensidade,
incidindo em um cristal obtiveram uma rede de difração. Compton estudou o espalhamento de Raios X
incidindo eles em um material, era esperado que o mesmo comprimento de onda incidido fosse
coletado no espalhado, mas não se tinha obtinha este resultado, a onda espalhada mudava de amplitude
conforme mudava o angulo de incidência, isso seria possível somente se houvesse interação destes
raios com a matéria, este fenômeno ficou conhecido como Efeito Compton (SILVA, 2015).
No ano de 1922, Louis de Broglie iniciou seu trabalho para explicar a possível dualidade da
luz. Em seu primeiro artigo considerou como uma partícula relativística com massa não nula, e assim
explicou todos os conceitos consolidados pela ondulatória usando a luz como partícula (DE
BROGLIE, 1922).
Em 1923, de Broglie consolidou um caráter vibracional as partículas, assim adotando que todo
corpo que possui momento de inercia, possui junto a ele, um comprimento de onda associado.
Explicando não somente todos os parâmetros ondulatórios utilizando partículas, como associando o
movimento de qualquer partícula a uma onda, finalizando sua teoria sobre a dualidade onda-partícula
(DE BROGLIE, 1923).
Hoje a luz é compreendida com um caráter dual, onde, ora é onda, ora partícula, dependendo
do que se queira analisar. Em suma, percebemos que o avanço científico é um processo demorado e
depende do avanço tecnológico, e vice versa, assim como a aceitação de uma nova teoria deve ser
muito bem embasada explicando todos os fenômenos que a antecedem, passando por longos anos de
debate até sua aceitação.
CONCLUSÕES
Concluímos que a evolução da ciência é um processo longo que envolve discussões e rupturas,
observamos através deste estudo que a tecnologia evolui junto à ciência, e quando atingimos um ponto
onde os resultados experimentais não são mais explicáveis surge à necessidade de rever a teoria
vigente a vim de buscar erros ou reformula-la, ou seja, a ciência esta em constante evolução.
Perceber que propor uma nova teoria não é um processo simples, ela deve contem resultados
experimentais que apresente repetições em diversas condições, possuindo uma formulação matemática
que justifique os resultados a fim de prevê-los. O desenvolvimento da ciência não é um conhecimento
gerado através de um pesquisador, percebemos neste trabalho que diversos pesquisadores buscavam
explicações para o mesmo fenômeno e que todos contribuíram para a evolução do conceito.
REFERÊNCIAS
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FORATO, T.C.M. A natureza da ciência como saber escolar: um estudo de casos a partir da
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