Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

A luz é uma partícula ou uma onda? - Colm Kelleher

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

You look down and see a yellow pencil lying on your desk.

Você olha e vê um lápis amarelo em sua escrivaninha.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Seus olhos e, em seguida, seu cérebro estão coletando

all sorts of information about the pencil:

todos os tipos de informação sobre o lápis:

its size,

color,

tamanho,

cor,

shape,

distance,

formato,

distância

and more.

e muito mais.

But, how exactly does this happen?

Mas, como isso acontece exatamente?

The ancient Greeks were the first

Os gregos antigos foram os primeiros

to think more or less scientifically

a pensar mais ou menos cientificamente

about what light is and how vision works.

sobre o que é a luz e como a visão funciona.

Some Greek philosophers,

Alguns filósofos gregos,

including Plato and Pythagoras,

incluindo Platão e Pitágoras,

thought that light originated in our eyes

pensavam que a luz se originava em nossos olhos

and that vision happened when little, invisible probes

e que a visão acontecia quando pequeninas sondas invisíveis

were sent to gather information about far-away objects.

eram enviadas para coletar informação sobre objetos distantes.

It took over a thousand years

Levou mais de mil anos

before the Arab scientist, Alhazen,

antes que o cientista árabe, Alhazen,

figured out that the old, Greek theory of light couldn't be right.

percebesse que a velha teoria grega da luz não podia estar correta.

In Alhazen's picture, your eyes don't send out

Na percepção de Alhazen, os olhos não enviam

invisible, intelligence-gathering probes,

sondas coletoras invisíveis,

they simply collect the light that falls into them.

eles simplesmente captam a luz que recai sobre eles.

Alhazen's theory accounts for a fact

A teoria de Alhazen esclarece um fato

that the Greek's couldn't easily explain:

que a teoria dos gregos não conseguia explicar:

why it gets dark sometimes.

por que fica escuro às vezes.

The idea is that very few objects actually emit their own light.

A ideia é que, na verdade, muito poucos objetos emitem luz própria.

The special, light-emitting objects,

Objetos especiais, capazes de emitir luz,

like the sun

como o sol

or a lightbulb,

are known as sources of light.

ou uma lâmpada,

são conhecidos como fontes de luz.

Most of the things we see,

A maioria das coisas que vemos,

like that pencil on your desk,

como aquele lápis em sua escrivaninha,

are simply reflecting light from a source

estão simplesmente refletindo a luz de uma fonte,

rather than producing their own.

não estão produzindo luz.

So, when you look at your pencil,

Assim, quando olha para seu lápis,

the light that hits your eye actually originated at the sun

a luz que atinge seu olho, na verdade, originou-se no sol

and has traveled millions of miles across empty space

e viajou milhões de milhas através do espaço vazio

before bouncing off the pencil and into your eye,

antes de ricochetear no lápis e em seu olho,

which is pretty cool when you think about it.

o que é muito legal, quando você pensa nisso.

But, what exactly is the stuff that is emitted from the sun

Mas, o que é exatamente essa coisa que é emitida do sol

and how do we see it?

e como a vemos?

Is it a particle, like atoms,

É uma partícula, como os átomos,

or is it a wave, like ripples on the surface of a pond?

ou é uma onda, como as que se formam na superfície de um lago?

Scientists in the modern era would spend a couple of hundred years

Os cientistas, na era moderna, levaram algumas centenas de anos

figuring out the answer to this question.

imaginando a resposta para esta pergunta.

Isaac Newton was one of the earliest.

Isaac Newton foi um dos primeiros.

Newton believed that light is made up

Newton acreditava que a luz era feita

of tiny, atom-like particles, which he called corpuscles.

de minúsculas partículas semelhantes ao átomo, as quais ele chamou de corpúsculos.

Using this assumption, he was able to explain some properties of light.

Usando essa hipótese, ele foi capaz de explicar algumas propriedades da luz.

For example, refraction,

Por exemplo, a refração,

which is how a beam of light appears to bend

que é como um raio de luz parece curvar-se

as it passes from air into water.

quando passa do ar para a água.

But, in science, even geniuses sometimes get things wrong.

Mas, na ciência, mesmo os gênios entendem as coisas errado algumas vezes.

In the 19th century, long after Newton died,

No século XIX, muito depois que Newton morreu,

scientists did a series of experiments

os cientistas fizeram uma série de experiências

that clearly showed that light can't be made up

que mostravam claramente que a luz não podia ser feita

of tiny, atom-like particles.

de pequeninas partículas semelhantes ao átomo.

For one thing, two beams of light that cross paths

De um lado, dois raios de luz que se cruzam

don't interact with each other at all.

não interagem um com o outro de modo algum.

If light were made of tiny, solid balls,

Se a luz fosse feita de minúsculas esferas sólidas,

then you would expect that some of the particles from Beam A

então você poderia esperar que uma das partículas do Raio A

would crash into some of the particles from Beam B.

colidiria com uma das partículas do Raio B.

If that happened, the two particles involved in the collision

Se isso acontecesse, as duas partículas envolvidas na colisão

would bounce off in random directions.

quicariam em direções aleatórias.

But, that doesn't happen.

Mas, isso não acontece.

The beams of light pass right through each other

Os raios de luz passam direto, um através do outro,

as you can check for yourself

como você mesmo pode verificar

with two laser pointers and some chalk dust.

com dois ponteiros de 'laser' e um pouco de pó de giz.

For another thing, light makes interference patterns.

De outro lado, a luz produz padrões de interferência.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Padrões de interferência são as complicadas ondulações que acontecem

when two wave patterns occupy the same space.

quando dois padrões de onda ocupam o mesmo espaço.

They can be seen when two objects

Eles podem ser vistos quando dois objetos

disturb the surface of a still pond,

agitam a superfície imóvel de uma lagoa,

and also when two point-like sources of light

e também quando duas fontes de luz em forma de ponto

are placed near each other.

são colocadas perto uma da outra.

Only waves make interference patterns,

Somente as ondas produzem padrões de interferência,

particles don't.

as partículas não.

And, as a bonus, understanding that light acts like a wave

E, além disso, o entendimento de que a luz age como uma onda

leads naturally to an explanation of what color is

leva naturalmente para a explicação do que é a cor

and why that pencil looks yellow.

e por que aquele lápis é amarelo.

So, it's settled then, light is a wave, right?

Então, está resolvido, a luz é uma onda, certo?

Not so fast!

Não é bem assim!

In the 20th century, scientists did experiments

No século XX, os cientistas fizeram experiências

that appear to show light acting like a particle.

que pareciam demonstrar que a luz agia como uma partícula.

For instance, when you shine light on a metal,

Por exemplo, quando você lança luz sobre um metal,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

a luz transfere sua energia para os átomos no metal

in discrete packets called quanta.

em pequenas quantidades chamadas quanta.

But, we can't just forget about properties like interference, either.

Mas, também não podemos nos esquecer das propriedades como a interferência.

So these quanta of light aren't at all like

Portanto, esses quanta de luz não são de modo algum como

the tiny, hard spheres Newton imagined.

as minúsculas esferas sólidas que Newton imaginou.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Esse resultado, que a luz algumas vezes se comporta como uma partícula

and sometimes behaves like a wave,

e outras vezes como uma onda,

led to a revolutionary new physics theory called

levou a uma nova e revolucionária teoria da física, chamada

quantum mechanics.

mecânica quântica.

So, after all that, let's go back to the question,

Assim, depois de tudo isso, vamos voltar à questão:

"What is light?"

"O que é a luz?"

Well, light isn't really like anything

Bem, na verdade, a luz não é como algo

we're used to dealing with in our everyday lives.

com que estamos acostumados a lidar em nossa vida cotidiana.

Sometimes it behaves like a particle

Algumas vezes ela se comporta como uma partícula,

and other times it behaves like a wave,

outras, como uma onda,

but it isn't exactly like either.

mas não é exatamente como nenhuma delas.