Fótons

A luz, tanto durante a sua emissão como durante a absorção, comporta-se como um fluxo de partículas com energia E = hf, dependente da frequência. A porção de luz resultou ser, inesperadamente, muito parecida com o que costuma chamar-se partícula. As propriedades da luz que se verificam durante a sua emissão e absorção dizem-se propriedades corpusculares, ao passo que a partícula de luz chama-se fótons ou quanto luminoso.    O fóton tal como qualquer partícula, possui uma certa energia hf. A energia do fóton, amiúde, exprime-se através da frequência angular w=2p f, em vez de frequência f. Neste caso, em vez da grandeza h, usa-se, como coeficiente de proporcionalidade, a grandeza h, cujo valor numérico se calcula pela seguinte fórmula:

Então, a energia de um fóton é dada pela fórmula

( 4 )

   De acordo com a teoria da relatividade, a energia varia em função da massa segundo a fórmula E = mc2 . Uma vez que a energia de um fóton é igual a hf, a massa dele calcula-se através da seguinte fórmula:

( 5 )

   O fóton não possui massa de repouso m0 , isto é, não pode estar em repouso e, no instante em que nasce, é lhe comunicada a velocidade c . A sua massa, cujo valor se calcula pela fórmula ( 5 ) , é a massa do fóton em movimento. Conhecidas a massa e a velocidade do fóton, podemos calcular o seu impulso :

( 6 )

  

A direção do impulso do fóton coincide com a do raio luminoso

  

Quanto maior for a frequência, maiores são a energia e o impulso do fóton e mais evidentes se tornam as propriedades corpusculares da luz. Dado o fato de a constante de Planck ser muito pequena, é muito pequena também a energia dos fótons da luz visível. Os fótons correspondentes à luz verde, por exemplo, possuem a energia de 4x10-19J.

  

Contudo, as experiências que o olho humano é capaz de reagir e distinguir diferenças de intensidades luminosas da ordem de alguns quantos.

Foi assim que os cientistas foram forçados a considerar a luz como um fluxo de partículas. Poder-se-ia pensar que se trata de um retorno à teoria corpuscular de Newton. Porém, não devemos esquecer que os fenômenos de interferência e difração da luz provam a natureza ondulatória da luz. Verifica-se uma espécie de dualismo da propriedades da luz. Durante a propagação da luz põem-se em evidência as suas propriedades ondulatórias, enquanto que a sua interação com as substâncias (radiação e absorção) se manifestam as propriedades corpusculares. Tudo isto parece-nos estranho e impróprio, pois não podemos esquematizar tais fatos na nossa imaginação. Mas é uma realidade. Não sabemos esquematizar com evidência todos os aspectos que caracterizam o desenvolvimento dos inúmeros processos que se verificam no mundo microscópico, por serem muito diferentes dos fenômenos macroscópicos que estamos acostumados a ver há já milênios, os quais obedecem a leis descobertas e formuladas até ao fim do século XIX.

Com o decorrer do tempo, o dualismo das propriedades foi provado tanto nos elétrons como noutra partículas elementares. O elétron, nomeadamente, também possui, além das propriedades corpusculares, propriedades ondulatórias. Note-se que é relativamente fácil observar a difração dos elétrons.

Todas estas características específicas dos objetos microscópicos podem ser esclarecidas através da mecânica quântica, que constitui a teoria moderna do movimento de partículas microscópicas. A mecânica de Newton torna-se inadequada neste caso. O estudo pormenorizado da mecânica quântica não será feito neste texto.