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

Tradutor: Isabel Vaz Belchior Revisora: Rafael Galupa

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

Olhas para baixo e vês um lápis amarelo em cima da secretária.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Os teus olhos e, depois o teu cérebro, estão a recolher

all sorts of information about the pencil:

todo o tipo de informações sobre o lápis:

its size,

color,

o seu tamanho, cor, forma, distância, e mais.

shape,

distance,

and more.

But, how exactly does this happen?

Mas como é que isto acontece exatamente?

The ancient Greeks were the first

Os antigos gregos foram os primeiros a pensar,

to think more or less scientifically

about what light is and how vision works.

mais ou menos cientificamente,

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

Some Greek philosophers,

Alguns filósofos gregos, incluindo Platão e Pitágoras,

including Plato and Pythagoras,

thought that light originated in our eyes

pensavam que a luz se originava nos 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 recolher informação de objetos distantes.

It took over a thousand years

Passaram mais de mil anos até o cientista árabe, Alhazen,

before the Arab scientist, Alhazen,

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

perceber que a antiga teoria grega da luz não podia estar certa.

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

Na ilustração de Alhazen, os olhos não enviam sondas invisíveis,

invisible, intelligence-gathering probes,

para recolha de informações,

they simply collect the light that falls into them.

simplesmente recebem a luz que neles incide.

Alhazen's theory accounts for a fact

A teoria de Alhazen dá conta de um facto

that the Greek's couldn't easily explain:

que a teoria grega não conseguia explicar com facilidade:

why it gets dark sometimes.

porque é que às vezes escurece.

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

A ideia é que muito poucos objetos emitem a sua própria luz.

The special, light-emitting objects,

Os objetos especiais, que emitem luz

like the sun

como o sol ou uma lâmpada acesa,

or a lightbulb,

are known as sources of light.

são conhecidos por fontes de luz.

Most of the things we see,

A maioria das coisas que vemos,

like that pencil on your desk,

como o lapis em cima da secretária,

are simply reflecting light from a source

estão simplesmente a refletir luz de uma fonte

rather than producing their own.

e não a produzirem a sua própria luz.

So, when you look at your pencil,

Portanto, quando olhas para o teu lápis,

the light that hits your eye actually originated at the sun

a luz que chega aos teus olhos originou-se no sol

and has traveled millions of miles across empty space

e viajou milhões de quilómetros através de espaço vazio

before bouncing off the pencil and into your eye,

antes de rebater no lápis e nos teus olhos,

which is pretty cool when you think about it.

o que é bem fixe, se pensares nisso.

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

Mas o que é exatamente aquilo que é emitido pelo sol

and how do we see it?

e como é que o 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 ondulações na superfície das águas de um lago?

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

Os cientistas da era moderna passaram umas centenas de anos

figuring out the answer to this question.

a pensar na resposta a esta questão.

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 de partículas minúsculas,

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

semelhantes aos átomos, às quais chamou "corpúsculos".

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

Partindo desta suposição, ele conseguiu 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 desviar-se

as it passes from air into water.

ao passar do ar para a água.

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

Mas, em ciência, até os génios às vezes se enganam.

In the 19th century, long after Newton died,

No século XIX, muito depois de Newton ter morrido,

scientists did a series of experiments

cientistas fizeram uma série de experiências

that clearly showed that light can't be made up

que demonstraram, claramente, que a luz não pode ser feita

of tiny, atom-like particles.

de partículas minúsculas semelhantes a átomos.

For one thing, two beams of light that cross paths

Para começar, dois raios de luz que se atravessem

don't interact with each other at all.

não interagem de todo um com o outro.

If light were made of tiny, solid balls,

Se a luz fossem feita de bolas sólidas, minúsculas

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

então seria de esperar que algumas das partículas do raio A

would crash into some of the particles from Beam B.

embatessem em algumas 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.

fariam ricochete em direções ao acaso.

But, that doesn't happen.

Mas isso não acontece.

The beams of light pass right through each other

Os raios de luz atravessam-se completamente

as you can check for yourself

como podemos verificar com dois ponteiros "laser" e pó de giz.

with two laser pointers and some chalk dust.

For another thing, light makes interference patterns.

A segunda razão é que a luz faz padrões de interferência.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Os padrões de interferência são as complicadas ondulações que ocorrem

when two wave patterns occupy the same space.

quando dois padrões de ondas ocupam o mesmo espaço.

They can be seen when two objects

Podem ser vistos quando dois objetos perturbam a superfície de um lago parado,

disturb the surface of a still pond,

and also when two point-like sources of light

e também quando duas fontes de luz são colocadas perto uma da outra.

are placed near each other.

Only waves make interference patterns,

Apenas as ondas fazem padrões de interferência,

particles don't.

as partículas não.

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

E, como bónus, compreender que a luz age como uma onda

leads naturally to an explanation of what color is

conduz, naturalmente a uma explicação do que é a cor

and why that pencil looks yellow.

e porque é que o lápis parece amarelo.

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

Portanto, está decidido, a luz é uma onda, certo?

Not so fast!

Mais devagar!...

In the 20th century, scientists did experiments

No século XX, os cientistas fizeram experiências

that appear to show light acting like a particle.

que parecem demonstrar que a luz age como uma partícula.

For instance, when you shine light on a metal,

Por exemplo, quando se incide luz sobre um metal,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

a luz transfere a sua energia para os átomos no metal

in discrete packets called quanta.

em discretos pacotes chamados "quanta".

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

Mas não nos podemos esquecer de propriedades como a interferência.

So these quanta of light aren't at all like

Por isso, estes quanta de luz não são

the tiny, hard spheres Newton imagined.

como as esferas duras e minúsculas que Newton imaginou.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Este facto de que a luz, às vezes, se comporta como uma partícula

and sometimes behaves like a wave,

e, às vezes, se comporta como uma onda,

led to a revolutionary new physics theory called

levou a uma nova e revolucionária teoria da Física,

quantum mechanics.

chamada "Mecânica Quântica".

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

Depois de tudo isso, voltemos à questão:

"What is light?"

"O que é a luz?"

Well, light isn't really like anything

A luz não é como qualquer coisa

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

com que estejamos habituados a lidar no nosso quotidiano.

Sometimes it behaves like a particle

Às vezes, comporta-se como uma partícula

and other times it behaves like a wave,

e, outras vezes, comporta-se como uma onda,

but it isn't exactly like either.

mas não é exatamente nenhuma delas.