A História da Luz: há mais de 2 mil anos ela instiga filósofos e cientistas

Desde o filósofo grego Empédocles até os dias atuais, a luz é objeto de estudo

O que ocorre nos olhos que nos permite ver? A informação que vemos sobre o mundo vem de fora ou está dentro dos olhos? A visão depende da luz? Afinal, o que é a luz? Uma onda? Uma partícula?

Essas foram questões que dividiram filósofos e cientistas por mais de 2 mil anos. Entre os gregos antigos, havia várias teorias para tentar explicar a luz e a visão. Os primeiros questionamentos nesse sentido foram algo como ‘Os homens enxergavam porque algo saía dos olhos ou porque algo entrava nos olhos?’ Primeiramente, acreditou-se que a visão era resultado de raios emitidos pelos olhos.

No século 5 a.C., o filósofo Empédocles, que postulou que tudo era composto de quatro elementos (terra, fogo, água e ar), foi um dos mais influentes em sua época sobre a questão da luz. Ele acreditava que o olho humano havia sido feito por Afrodite e que essa deusa da beleza e do amor havia acendido o fogo dentro desse órgão. Portanto, era essa luz emitida pelos olhos que permitia a visão.

Para Empédocles, esse fogo interno “tocava” os objetos e, ao retornar para a pupila, trazia informações sobre eles, como se fossem tentáculos. Por sua vez, os objetos também emitiam um tipo de fogo que carregava suas informações, como a cor e a forma. Assim, o fenômeno da visão ocorria quando o fogo interno dos olhos entrava em contato com o fogo externo dos objetos.

Mas a teoria de que a luz emanava dos olhos deixava questões em aberto: por que não é possível enxergar num lugar escuro? Que relação tem a luz do dia com o fogo emitido pelos olhos?

O matemático Euclides, famoso por seu livro sobre geometria, questionou-se sobre a natureza da luz. Ele se perguntava como era possível fechar os olhos, à noite, e, ao abri-los, ver imediatamente a luz das estrelas distantes? Para ele, isso só seria possível se a luz emitida pelos olhos viajasse com velocidade infinita.

As ideias de Empédocles sobre a luz foram criticadas pelos atomistas, filósofos que acreditavam que as coisas eram feitas de diminutas partículas, os átomos. Lucrécio, por exemplo, escreveu, em 55 a.C., que a luz e o calor do Sol eram compostos de átomos, que, assim que disparados, viajavam, sem perder tempo algum, através do ar. Para os atomistas, os objetos emitiam átomos em todas as direções e entravam nos nossos olhos, produzindo a visão.

Porém, a teoria atomista não explicava outros tantos questionamentos: as partículas desprendidas de um objeto não se chocavam contras as do objeto? Elas passariam umas pelas outras sem interagir? Como a imagem de um objeto muito grande encolheria para caber nos olhos?

O matemático árabe Alhazen (Foto: Reprodução TV)

A hipótese de que algo saía dos olhos foi duramente criticada pelo matemático e astrônomo árabe Alhazen – também conhecido como Ibn Al-Haytham –, que viveu no século 10 da era cristã. Para Alhazen era absurdo supor que uma emanação fluindo do olho seria capaz de preencher os céus visíveis quase simultaneamente ao levantar de nossas pálpebras.

Para ele, uma das propriedades da luz é afetar o olho, e é uma propriedade da visão ser afetada pela luz. A sensação visual, portanto, só é adequadamente explicada em termos da luz que chega aos olhos, vinda de um objeto. Num pensamento semelhante ao dos atomistas, Alhazen defendeu que a luz solar era feita de diminutas partículas que viajavam em linha reta, com grande velocidade, mas finita, e que eram refletidas pelos objetos para dentro de nossos olhos. Alhazen estudou não só a reflexão da luz pelos corpos, mas também a passagem dela por eles, fenômeno chamado refração.

Pelo conjunto de sua obra, reunida nos sete volumes do livro Óptica, publicado em latim em 1270, Alhazen é considerado, por muitos estudiosos da cultura árabe, como o primeiro físico experimental da história. Isso porque ele usou a câmara escura para estudar os fenômenos luminosos e provar suas ideias, principalmente a de que eram os objetos que emitiam luz e não os olhos.

Quase seis séculos se passaram até que surgisse uma contribuição importante para o entendimento dos fenômenos ópticos. Isso foi feito pelo astrônomo alemão Johannes Kepler. Em seu livro A parte óptica de astronomia, de 1604, considerado um dos marcos da óptica moderna, ele explica a formação da imagem no olho e apresenta uma teoria matemática para explicar o funcionamento de uma câmara escura. Também explicou problemas de visão, como a miopia (dificuldade de enxergar de longe) e a hipermetropia (de perto).

Kepler afirmou que a imagem do objeto observado é formada na retina – e não na lente do olho, o cristalino, como acreditava Alhazen. Mas não se perturbou com o fato de que a imagem aparecesse de cabeça para baixo nessa parte ao fundo do olho.

Em 1611, em outra obra importante, Dioptrica, Kepler, para quem a velocidade da luz era infinita, traça as bases das leis da passagem da luz através de um sistema de lentes. Ele mostra, por exemplo, como duas lentes convexas podem tornar os objetos maiores, embora invertidos. Esse é o princípio usado nos telescópios astronômicos.

Mas qual a importância de Kepler para o entendimento dos fenômenos ópticos?

René Descartes (Foto: Reprodução TV)

A história do pensamento sobre a natureza da luz pode ser dividida em duas correntes: 1) aqueles que defendiam ser a luz uma onda e 2) os que acreditavam se tratar de um corpúsculo. Como vimos, os atomistas e Alhazen eram adeptos desta última, sendo que a teoria corpuscular foi retomada por pensadores no século 17, como o francês Pierre Gassendi. Já a visão da luz como sendo uma onda teria adeptos de peso, como o filósofo e matemático francês René Descartes e o inglês Robert Hooke, que viveram no século 17.

Descartes defendia que o espaço era preenchido com algo que ele chamou de ‘plenum’, que transmitia pressão da fonte de luz até os olhos. Portanto, não era uma coisa material – partícula, átomo ou fogo – que realmente se deslocava de uma fonte luminosa até o olho.

Adepto de Kepler, Descartes apelou para um experimento bizarro para comprovar o argumento do astrônomo alemão de que a imagem se formava na retina de cabeça para baixo. Olhou através de um olho de boi do qual havia arrancado a retina e viu que a imagem realmente era invertida.

Descartes, para quem a velocidade da luz era finita, dedicou-se a um dos problemas mais difíceis até então da óptica: a refração, ou seja, a passagem da luz de um meio para o outro, como do ar para a água. Ele apontou a forma de calcular o desvio que ela sofre nesse processo. Além disso, ele tentou explicar o arco-íris.

Influenciado pelas ideias de Descartes, o matemático e físico holandês Christiaan Huygens desenvolveu uma teoria baseada na concepção de que a luz seria uma onda que se propaga pelo éter, um meio que, segundo os filósofos antigos, permeava todo o espaço. Isso o fez discordar de aspectos da teoria sobre luz e cores de Isaac Newton, baseada numa concepção corpuscular da luz. Para Huygens, a luz se comportava como uma série de ondas, que transmitiam o movimento de uma a outra – como a transferência de movimento de uma bolinha a outra.

Com sua teoria ondulatória da luz, Huygens explicou satisfatoriamente vários fenômenos ópticos, como a propagação retilínea da luz, a refração e a reflexão. Para ele, a luz se propaga com velocidade enorme, mas finita. Seus estudos podem ser consultados em seu mais conhecido trabalho sobre o assunto, o Tratado sobre a luz, de 1690. A teoria ondulatória de Huygens, no entanto, foi eclipsada pela teoria corpuscular de Newton, que prevaleceu ao longo de todo o século 18. A fama e o alcance das ideias desse cientista inglês desempenharam um papel essencial nessa preponderância.

O físico inglês Isaac Newton defendeu a teoria corpuscular da luz. Ele foi influenciado pelas ideias do atomista Gassendi. Essa visão causou grande controvérsia com outro cientista inglês, igualmente influente, Robert Hooke, que, poucos anos antes, havia publicado sua teoria ondulatória da luz. As ideias de Newton, no entanto, prevaleceriam, disseminadas pelo século 18 por seus seguidores.

No final do século 19, no entanto, a concepção ondulatória da luz passou a ser predominante. Agora, a luz visível era apenas um dos vários tipos de ondas eletromagnéticas, que podem viajar no espaço sem qualquer matéria que sirva de suporte para elas. Diferentemente do som, a luz pode viajar no vácuo, com uma velocidade de 300 mil km por segundo, o que permite a ela dar várias voltas em torno da Terra em um piscar de olhos. A velocidade da luz é um limite na natureza.

Albert Einstein (Foto: Reprodução TV)

O resultado de um experimento publicado pelo inglês Thomas Young foi fundamental para o estabelecimento da visão ondulatória da luz. No chamado experimento da dupla fenda, a luz, depois de atravessar dois orifícios muito pequenos feitos sobre um obstáculo, incide sobre um anteparo, formando nele um fenômeno que é típico das ondas: a interferência.

Foi o físico alemão Albert Einstein, no início do século passado, que, mais uma vez, inverteu esse cenário. Ele demonstrou que a luz é formada de partículas, diminutos pacotes de energia, denominados fótons. No final da década de 1900, Einstein perceberia que o entendimento de vários fenômenos naturais só seria completo se a luz fosse entendida como sendo tanto uma onda quanto um corpúsculo.

A confirmação final sobre a realidade física do fóton foi obtida apenas na metade da década de 1920. Um dos experimentos que comprovaram a existência dos fótons foi feito pelo físico norte-americano Arthur Compton. Nele, Compton demonstrou que, quando um fóton colide com um elétron, ambos se comportam como partículas.

Em meados da década de 1950, já no final de sua vida, Einstein costumava dizer que qualquer um achava saber o que era o fóton. Mas, na verdade, as pessoas não sabem. Porque a natureza do fóton ainda continua um mistério.

Afinal, o que é a luz?

Fonte: GLOBO CIÊNCIA