Tudo começou com um simples experimento durante o século XX. Ao iluminar um pedaço de metal, esperava-se que os elétrons obtivessem a energia necessária vinda da luz para que se deslocassem da superfície e saíssem voando por aí. Após isso, o próximo passo seria apenas apontar um detector para esse metal para medir a energia dos elétrons, em um fenômeno conhecido como efeito fotoelétrico.
Os cientistas da época afirmavam que a luz era feita de ondas de eletricidade e magnetismo, o que implicaria na possibilidade de que os elétrons acumulassem energia suficiente para se desvencilhar da superfície, independentemente da frequência da luz.
Mas não foi isso que aconteceu. Ao invés disso, apenas a luz acima de uma certa frequência conseguiria fazer os elétrons se moverem, e eles sempre deixavam o metal com a mesma energia, não importa quão intensa fosse a luz.
Contribuição de Einstein
O resultado desse experimento mudou a física para sempre. O que poderia ter acontecido? Foi então que Albert Einstein, um dos físicos mais conhecidos da história da humanidade, entrou em cena.
Por incrível que pareça, não levou muito tempo para que ele formulasse sua hipótese sobre o tema. Ele supôs que o que percebemos como ondas agitadas e ondulantes de eletricidade e magnetismo eram, na verdade, uma inundação de pequenos feixes discretos, distintos e indivisíveis de matéria luminosa, ou seja para Einstein, a luz era quantizada.
Albert Einstein: o lendário físico que, entre outras contribuições, descobriu o fóton. Fonte: Getty Images
Isso significa que, em vez de transferir um fluxo contínuo, a luz transfere sua energia em quantidades bem definidas, proporcionais à sua frequência. A essa quantidade, Einstein deu o nome de quantum de luz.
Cada quantum representa a menor quantidade de material leve que você pode ter. E como esses feixes não podem ser cortados, não é possível ter proporções fracionárias de matéria leve. Você pode ter uma unidade de material luminoso, duas unidades de material luminoso e assim por diante, mas nunca 1,34, por exemplo, ou qualquer outro número fracionado.
Isso resolveu o problema do efeito fotoelétrico, e essa hipótese não foi refutada até os dias de hoje. Os elétrons precisam de uma certa quantidade de energia para se afastarem de um metal. E essa energia não é determinada pelo brilho ou intensidade da luz, mas pela sua frequência.
Frequências mais altas correspondem a fótons (nome dado às partículas) mais energéticos. Se a energia fosse muito lenta, os elétrons nunca conseguiriam escapar do metal. Quando o fóton atinge os elétrons, eles depositam uma quantidade específica e fixa de energia, explicando por que sempre escaparam exatamente da mesma maneira.
A revolução quântica
A descoberta do fóton por Einstein foi uma verdadeira revolução em todo mundo da ciência. Uma das diferenças da física clássica para aquilo que ficou conhecido como mecânica quântica é o fato de que a observação passa a mudar a forma como vemos a matéria.
Em outras palavras, anteriormente acreditava-se que, independentemente de como era feita a observação, o estado de uma partícula jamais seria alterado, já que seria algo exato. Porém, a descoberta do fóton mudou essa perspectiva.
Isso porque o ato do impacto dessa partícula quântica gera influências, culminando em um dos principais postulados dessa teoria: o ato de observação muda o estado de um sistema quântico.
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