O que é a luz? Qual sua natureza? Onda ou partícula? Antes de responder, precisamos entender sua natureza dual, ou seja, ora se comporta como onda, ora se comporta como partícula. Algumas teorias foram apresentadas no mundo científico tentando explicar o comportamento da luz; dentre elas a do físico inglês Isaac Newton, que em sua proposta considerava a luz como um feixe de partículas (modelo corpuscular).

James Clerk Maxwell apresentou uma teoria detalhada da luz como um efeito eletromagnético (modelo ondulatório), explicando uma gama de fenômenos. Contudo, esse modelo tornou-se parcial em algumas circunstâncias, como no efeito fotoelétrico, por não conseguir explicar a emissão instantânea de elétrons de uma placa de metal em razão da interação de ondas eletromagnéticas com a mesma.

Albert Einstein explicou o efeito fotoelétrico teorizando que as ondas eletromagnéticas (modelo ondulatório) que interagiam com a placa de metal só fariam com que os elétrons fossem ejetados instantaneamente se elas se comportassem como partículas (modelo corpuscular).

Ano internacional
Desta forma, escrevo este artigo pelo fato de a luz ser tão importante para a humanidade que seu entendimento precisa ser constantemente revisto e relembrado. Em 2015, foi comemorado o ano internacional da luz e um dos fatos que marcou este ano aqui no Maranhão foi um eclipse lunar ocorrido em no dia 27 de setembro na Praça Maria Aragão, onde cerca de 10mil pessoas prestigiaram o fenômeno.

Na época, nos perguntaram o porquê da superfície avermelhada da luz após ela ser coberta pelo cone de sobra da Terra (fig.1) durante o eclipse. A explicação é que o calor acumulado na atmosfera do planeta emite uma onda próxima ao infravermelho, inclusive de nós que contribui para iluminar a Lua.
Recentemente, em outra atividade que teve a participação do Ilha da Ciência, novamente na Praça Maria Aragão, aconteceu um eclipse, agora solar, levando milhares de pessoas para observar o fenômeno. Diferentemente do que ocorreu em 2015, agora o Sol era encoberto pela superfície da Lua, mesmo que em parte. A emoção foi de tal proporção que em um momento o público presente chegou a ovacionar o fenômeno por meio de uma salva de palmas.

Eclipse
A população, bastante curiosa, sempre perguntava o que estava acontecendo. Se isto poderia ser o fim do mundo. Mas os eclipses do Sol e da Lua são fenômenos luminosos comuns de formação de sombra. São bastante difundidos e previstos pela ciência, e os meios de comunicação normalmente informam as regiões onde o eclipse será total ou parcial.

Aqui em São Luís foi parcial, mas em boa parte da América do Norte foi total, em especial em vários estados norte-americanos. Acredita-se que mais de 400 milhões de pessoas viram o Sol sendo encoberto totalmente pela superfície da Lua, e para sua observação o Ministério da Ciência do EUA investiu 150 milhões de dólares, o que corresponde aproximadamente à metade do investimento em CT&I pelo governo do Brasil.

Estudos há mais de mil anos

Uns dos primeiros estudos sobre luz se iniciou há 1.000 anos, com a produção dos primeiros compêndios sobre luz por Abu Ali Haytham, com a publicação de um trabalho em sete volumes sobre Óptica. Foi traduzido para o latim como Opticae thesaurus Alhazeni em 1270, fato que tornou Haythan o verdadeiro pai da óptica geométrica e do entendimento da luz.
Isaac Newton, em 1666, quando trabalhava com polimentos de vidro, obteve um prisma retangular e em um ambiente escurecido deixou passar uma quantidade proveniente de luz do Sol através de uma fenda. Colocando uma das faces do prisma nesta fenda, a luz refrata para a parede oposta. Newton percebeu que,ao incidir a luz branca (solar) no prisma, havia uma projeção no lado oposto com cores que variavam do vermelho até o violeta, definindo, assim, a teoria corpuscular da luz.

Na data, também comemoramos os 150 anos da teoria eletromagnética publicada na revista Philoso­phical Magazine pelo escocês J. Clerk Maxwell, no artigo “Linhas Físicas de Força”. Neste artigo, dividido em quatro partes, Maxwell estabelece quatro equações diferenciais que modulam e relacionam os campos elétricos e magnéticos. As equações de Maxwell reuniram numa mesma descrição a eletricidade, o magnetismo e óptica, até então especialidades separadas, tendo constituído uma das mais bem-sucedidas teorias de unificação em Física.

Com a formulação de Maxwell, a luz adquiriu uma consistência científica que nos permitiu entender, de forma inédita, como que a luz interage com a matéria e suas diversas propriedades. A identificação da natureza elétrica e magnética da luz foi um dos desenvolvimentos mais brilhantes da ciência moderna.

Comemoramos também os 110 anos do ano miraculoso da Física, pelo fato do físico Albert Einstein publicar, em 1905, três artigos que alteraram profundamente o teor da física moderna. O primeiro, publicado na revista Annalen der Physik, estabeleceu a Teoria da Relatividade Especial, unificando a mecânica e a eletrodinâmica. Como consequência da nova teoria, deduziu a equação E=mc2, que se tornou a mais conhecida da história, fundindo as leis de conservação da massa e da energia. Propôs também que a luz exibe um comportamento corpuscular, ou seja, granular (efeito fotoelétrico).

Telescópio

Galileu Galilei, usando dois pedaçinhos de vidro, no interior de um tubo chamado de telescópio, foi o primeiro a fazer seu uso científico, ao fazer observações astronômicas com ele. Descobriu assim que a Via Láctea é composta de milhares de estrelas, a existência de pontos de luz em todo o universo e ainda os satélites de Júpiter, as montanhas e crateras da Lua, estes últimos usando reflexões de luz. Todas essas descobertas foram feitas em março de 1610 e comunicadas ao mundo no livro Sidereus Nuncius (O Mensageiro das Estrelas) em março do mesmo ano, em Veneza.

A observação dos satélites de Júpiter, por reflexão da luz, levou-o a defender o sistema heliocêntrico de Copérnico. Outro satélite foi Titã, descoberto pelo astrônomo Christiaan Huygens, o primeiro satélite natural de Saturno descoberto e o sexto do Sistema Solar. Aliás, este mês foi esperada com bastante expectativa por cientista e astrônomos à finalização da missão Cassini-Huygens, no qual a nave Cassini orbitou o planeta Saturno por 14 anos.

Ano Internacional da Luz
No Brasil, várias ações foram deliberadas, discutidas e deliberadas no Ano Internacional da Luz (AIL). No Maranhão, as comemorações começaram através do Laboratório de Divulgação Científica Ilha da Ciência (Ilha da Ciência), do Departamento de Física da UFMA, coordenado pelo autor deste artigo e consultor desta página, que participou ativamente das comemorações no Brasil, bem como ações próprias locais, como a atividade Férias com Ciência realizada nos meses de janeiro e fevereiro.

Em março, Mês Internacional da Mulher, fizemos a atividade Mulher um ser de Luz – Arte e Ciência em colaboração com o PPG em Educação da UFMA. O evento, segundo o prof. João de Deus (PPGE), se pautou na constatação de que a palavra luz é uma das metáforas da feminilidade, pois a mulher “dá à luz”, referindo-se à concepção de uma nova vida.

O Ilha da Ciência também elaborou e construiu equipamentos que explicam, na prática, os fenômenos luminosos, em especial para os jovens, para que entendam o mundo ao seu redor, como vemos as coisas e como toda a natureza funciona.

Mais
A luz e suas diversas formas são fundamentais para quase todas as áreas da ciência, bem como a sua falta. Luz retrata o início do universo e sua formação, que também retrata vida, que retrata ciência e que por sua vez retrata a paz, e sua falta retrata sombra, que também tem cores. Termino este artigo dizendo: “Todos têm luz e sombra dentro de cada um. Mas saberemos quem somos quando escolhermos que caminho vamos seguir” (Harry Potter e A Ordem da Fênix).

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