Vova Krasen
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Espelho, espelho na parede, como a luz e a matéria se misturam afinal?
Os cientistas sabem há algum tempo que a luz tem impulso e exerce força sobre tudo o que atinge. Mas porque esse impulso é tão pequeno, os experimentos não foram capazes de observar exatamente como isso afeta a matéria.
Em busca de respostas, um grupo internacional de pesquisadores se voltou para um novo estudo. "O espelho sempre diz a verdade", escreveu Tomaž Požar, o principal autor do estudo e professor assistente no departamento de engenharia mecânica da Universidade de Ljubljana, na Eslovênia, em uma analogia lúdica referenciando "Branca de Neve e os Sete Anões" que ele criado e enviado para. [O que é isso? Respostas às suas perguntas de física]
Embora Požar e sua equipe não tenham conversado com o espelho, eles ouviram atentamente como ele reagia ao ser atingido por um raio de luz. Eles anexaram sensores acústicos, que funcionam de forma semelhante a um ultrassom médico, a um espelho equipado com um escudo térmico. (O aquecimento pode criar ondas elásticas que prejudicariam o sinal que eles estavam tentando estudar: as ondas elásticas criadas pelo momento).
Em seguida, os pesquisadores dispararam feixes de laser no espelho e usaram os sensores acústicos para ouvir as ondas criadas quando a luz atingiu a superfície. "É como um golpe de martelo feito pela luz", disse Požar .
Essas ondas minúsculas causaram "sons", ou pequenos movimentos entre os átomos do espelho. O menor deslocamento que eles encontraram foi de cerca de 40 femtômetros, que é cerca de quatro vezes o tamanho do núcleo de um átomo, disse Požar.
Antes deste experimento, os cientistas só podiam medir como a luz transferia o momento para um objeto como um todo, disse Požar. Mas esse novo método permitiu que eles vissem como essa força é distribuída por todo o material. E embora pesquisas anteriores previssem que a luz move a matéria depositando momentum em diferentes ondas elásticas, agora há evidências experimentais de que o faz, disse Požar.
Atualmente, os cientistas têm um punhado de ideias sobre como o momentum é transferido da luz para um material, disse Požar.
O físico escocês James Clerk Maxwell foi o primeiro a propor, em 1873, que a luz carrega impulso em seus campos eletromagnéticos. Suas equações junto com algumas outras formam a base do eletromagnetismo. "Todo mundo concorda com as equações de eletromagnetismo de Maxwell" e as leis que dizem que o momento e a energia são conservados, disse Požar. Mas diferentes cientistas têm suas próprias opiniões sobre como a força da luz é distribuída pela matéria.
Um exemplo famoso é a chamada controvérsia Abraham-Minkowski, uma discussão entre o físico alemão Max Abraham e o matemático alemão Hermann Minkowski. Abraham sugeriu que o momento de um fóton deveria ser inversamente relacionado ao "índice de refração", um número que descreve como a luz viaja através de um material, enquanto Minkowski sugeriu que deveria estar diretamente relacionado.
Embora o novo estudo ainda não tenha determinado qual hipótese, se houver, estava correta, os pesquisadores esperam fazer o ajuste fino e usar este procedimento experimental em líquidos e outros materiais para, eventualmente, descobri-lo.
Požar continua em sua analogia: é a Branca de Neve ou a Rainha do mal? "É o formulismo proposto por Abraham? Talvez o sugerido por Minkowski? Ou é o de Einstein ... Ou de um cientista ainda anônimo cujo nome [um] dia aparecerá em todos os livros didáticos?"
Já em 1619, o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler sugeriu que a cauda de um cometa parecia sempre apontar para longe do sol porque a luz do sol estava exercendo pressão sobre ele.
Compreender a física por trás do momento da luz provavelmente teria emocionado o Kepler, mas também teria algumas aplicações práticas. Por exemplo, pinças ópticas podem ser otimizadas para exercer o mínimo de força nos minúsculos objetos orgânicos que seguram. Ou grandes velas solares poderiam ser criadas para navegar pela galáxia com a energia do sol.
Os pesquisadores relataram suas descobertas em 21 de agosto na revista Nature Communications.
Originalmente publicado em .