Teoria dos ftons de Einstein pode ser desnecessria

Energia

Com informações da Universidade Plaksha – 11/04/2025

O que um fton?

J em 1865, quando James Clerk Maxwell publicou sua obra “Uma teoria dinmica do campo eletromagntico“, sabamos que a luz se comporta como uma onda no espao livre. As ondas de luz interferem umas nas outras, da mesma forma que as ondas de gua interagem e geram ondulaes em um lago – no caso da luz, os lagos so conhecidos como campos de Maxwell.

Na virada para o sculo XX, porm, Philipp Lenard (1862-1947) fez os primeiros experimentos com raios catdicos que permitiram observar o efeito fotoeltrico. E as observaes mostraram que a luz no se comportava exatamente como a teoria de Maxwell previa: Ao interagir com a matria, a energia transferida pela luz para partculas carregadas, como eltrons, depende da sua frequncia, ou seja, do nmero de vezes que a onda oscila em um segundo.

Foi Albert Einstein, em 1905, mesmo ano em que Lenard recebia seu Nobel, quem sugeriu que a luz composta por pacotes de energia, que ele chamou de quanta de luz, mais tarde ftons, com energia proporcional frequncia da luz. Portanto, a energia ganha pelo eltron proporcional frequncia, e no amplitude, da radiao de entrada, visto que a luz se comporta como partcula ao interagir com a matria – Einstein recebeu seu Nobel por isto em 1921.

Mas nem Einstein tinha a questo clara sobre o que seria um fton. Em 1951, ele disse: “Todos esses cinquenta anos de reflexo consciente no me aproximaram da resposta pergunta: ‘O que so os quanta de luz?’ Hoje em dia, todo moleque pensa que sabe, mas est enganado.”

Bom, e se no precisarmos de pensar nos quanta de luz, e pudermos explicar no apenas o efeito fotoeltrico, mas todas as observaes mais avanadas da fsica desde ento, simplesmente dispensando Lenard e Einstein, e ficando apenas com a teoria clssica de Maxwell?

justamente isso o que est propondo o professor Dhiraj Sinha, da Universidade Plaksha, na ndia.

Maxwell quntico

O professor Sinha partiu das equaes bsicas do eletromagnetismo de Maxwell e conseguiu chegar a uma nova perspectiva sobre a interao luz-matria, explicando como a luz energiza os eltrons – sem precisar de partculas.

Ao focar a ateno no campo magntico da luz, o fsico argumenta que sua variao no tempo gera uma tenso eltrica, da mesma forma que um m vibrante induz uma tenso eltrica em uma bobina. De uma perspectiva matemtica, o fluxo magntico da luz, j, gera uma tenso definida por dj/dt sobre uma variao diferencialmente pequena no tempo t. A transferncia de energia para um eltron de carga e, portanto, W = edj/dt. Sua representao em frequncia ou domnio fasorial, ejw, onde w a frequncia angular da radiao.

Esta expresso semelhante expresso de Einstein sobre a energia de um fton, hw, onde h a constante de Planck reduzida. Em outras palavras, o fluxo magntico do campo de radiao energiza os eltrons de acordo com a lei de induo de Faraday.

Energia do fton

Este novo arcabouo terico oferece o elo perdido entre o eletromagnetismo clssico e o conceito mecnico quntico de fton, visto que, atualmente, a energia de um fton considerada um fato experimental, sem qualquer derivao matemtica formal.

E a proposta j tem base observacional, j que experimentos comprovam que o fluxo magntico quantizado em sistemas eletrnicos bidimensionais, bem como em laos supercondutores.

claro que a equao de Maxwell s trata de campos, sem qualquer meno quantizao, um conceito que ainda no existia na poca. Mas ambas no so incompatveis. Assim, ao utilizar a quantizao de fluxo e carga, as equaes de Maxwell podem ser usadas para explicar a interao luz-matria.

Se Dhiraj Sinha estiver correto, ento as equaes de Maxwell eram “qunticas” pelo menos 60 anos antes da elaborao da teoria da mecnica quntica.

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