Difração de ondas e partículas

Um ponto de vista prevê a luz como uma natureza ondulatória, produzindo energia que atravessa o espaço de maneira semelhante às ondulações que se espalham pela superfície de um lago tranquilo depois de ser perturbado pela queda de uma pedra. A visão oposta sustenta que a luz é composta de um fluxo constante de partículas, muito parecido com pequenas gotas de água borrifadas de um bico de mangueira de jardim. Este tutorial interativo explora como partículas e ondas se comportam quando difratadas por uma superfície opaca.

O tutorial começa com partículas de luz vermelha monocromática (fótons) impactando a superfície de uma barreira de luz opaca com um ângulo de incidência de aproximadamente 90 graus. Ao encontrar a barreira, as partículas são desviadas (não ilustradas) ou passam pelo objeto sem desvio. O deslizador de Partículas/Ondas, localizado abaixo da barreira de luz, pode ser utilizado para transformar o feixe de partículas em uma frente de onda planar. Antes de se tornar uma onda, as partículas se alinham em ondas. As ondas de luz interagem com a barreira de luz por difração (ou curvatura) na região sombreada atrás da barreira opaca. O cursor do mouse pode ser usado para arrastar a barreira da luz opaca para frente e para trás na frente das ondas ou partículas que se aproximam.

Partículas e ondas devem se comportar de maneira diferente quando encontram a borda de um objeto e formam uma sombra (Figura 1). Newton foi rápido em apontar em seu livro de 1704 Opticks, que "a luz nunca é conhecida por seguir passagens tortas nem se curvar na sombra". Este conceito é consistente com a teoria das partículas, que propõe que as partículas de luz devem sempre movimentar-se em linhas retas. Se as partículas encontrarem a borda de uma barreira, elas projetarão uma sombra porque as partículas não bloqueadas pela barreira continuam em linha reta e não podem se espalhar por trás da borda. Em uma escala macroscópica, essa observação é quase correta, mas não concorda com os resultados obtidos em experimentos de difração de luz em uma escala muito menor.

Quando a luz passa por uma fenda estreita, o feixe se espalha e se torna mais largo do que o esperado. Esta observação fundamentalmente importante dá uma quantidade significativa de credibilidade à teoria das ondas de luz. Como ondas na água, as ondas de luz que encontram a borda de um objeto parecem se curvar em torno da borda e em sua sombra geométrica, que é uma região que não é iluminada diretamente pelo feixe de luz. Esse comportamento é análogo às ondas de água que envolvem a extremidade de uma jangada, em vez de serem refletidas.