Maxwell explica: Teoria dos fótons de Einstein pode ser desnecessária

Energia

Com informações da Universidade Plaksha - 11/04/2025

O que ? um f?ton?

J? em 1865, quando James Clerk Maxwell publicou sua obra "Uma teoria din?mica do campo eletromagn?tico", sab?amos que a luz se comporta como uma onda no espa?o livre. As ondas de luz interferem umas nas outras, da mesma forma que as ondas de ?gua interagem e geram ondula??es em um lago - no caso da luz, os lagos s?o conhecidos como campos de Maxwell.

Na virada para o s?culo XX, por?m, Philipp Lenard (1862-1947) fez os primeiros experimentos com raios cat?dicos que permitiram observar o efeito fotoel?trico. E as observa??es mostraram que a luz n?o se comportava exatamente como a teoria de Maxwell previa: Ao interagir com a mat?ria, a energia transferida pela luz para part?culas carregadas, como el?trons, depende da sua frequ?ncia, ou seja, do n?mero 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 f?tons, com energia proporcional ? frequ?ncia da luz. Portanto, a energia ganha pelo el?tron ? proporcional ? frequ?ncia, e n?o ? amplitude, da radia??o de entrada, visto que a luz se comporta como part?cula ao interagir com a mat?ria - Einstein recebeu seu Nobel por isto em 1921.

Mas nem Einstein tinha a quest?o clara sobre o que seria um f?ton. Em 1951, ele disse: "Todos esses cinquenta anos de reflex?o consciente n?o me aproximaram da resposta ? pergunta: 'O que s?o os quanta de luz?' Hoje em dia, todo moleque pensa que sabe, mas est? enganado."

Bom, e se n?o precisarmos de pensar nos quanta de luz, e pudermos explicar n?o apenas o efeito fotoel?trico, mas todas as observa??es mais avan?adas da f?sica desde ent?o, simplesmente dispensando Lenard e Einstein, e ficando apenas com a teoria cl?ssica de Maxwell?

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

• Defini??o de f?ton ? questionada

Maxwell qu?ntico

O professor Sinha partiu das equa??es b?sicas do eletromagnetismo de Maxwell e conseguiu chegar a uma nova perspectiva sobre a intera??o luz-mat?ria, explicando como a luz energiza os el?trons - sem precisar de part?culas.

Ao focar a aten??o no campo magn?tico da luz, o f?sico argumenta que sua varia??o no tempo gera uma tens?o el?trica, da mesma forma que um ?m? vibrante induz uma tens?o el?trica em uma bobina. De uma perspectiva matem?tica, o fluxo magn?tico da luz, j, gera uma tens?o definida por dj/dt sobre uma varia??o diferencialmente pequena no tempo t. A transfer?ncia de energia para um el?tron de carga e, portanto, ? W = edj/dt. Sua representa??o em frequ?ncia ou dom?nio fasorial, ? ejw, onde w ? a frequ?ncia angular da radia??o.

Esta express?o ? semelhante ? express?o de Einstein sobre a energia de um f?ton, hw, onde h ? a constante de Planck reduzida. Em outras palavras, o fluxo magn?tico do campo de radia??o energiza os el?trons de acordo com a lei de indu??o de Faraday.

Energia do f?ton

Este novo arcabou?o te?rico oferece o elo perdido entre o eletromagnetismo cl?ssico e o conceito mec?nico qu?ntico de f?ton, visto que, atualmente, a energia de um f?ton ? considerada um fato experimental, sem qualquer deriva??o matem?tica formal.

E a proposta j? tem base observacional, j? que experimentos comprovam que o fluxo magn?tico ? quantizado em sistemas eletr?nicos bidimensionais, bem como em la?os supercondutores.

? claro que a equa??o de Maxwell s? trata de campos, sem qualquer men??o ? quantiza??o, um conceito que ainda n?o existia na ?poca. Mas ambas n?o s?o incompat?veis. Assim, ao utilizar a quantiza??o de fluxo e carga, as equa??es de Maxwell podem ser usadas para explicar a intera??o luz-mat?ria.

Se Dhiraj Sinha estiver correto, ent?o as equa??es de Maxwell eram "qu?nticas" pelo menos 60 anos antes da elabora??o da teoria da mec?nica qu?ntica.

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