Quando a luz (ou outra radiação eletromagnética) propaga–se por uma região específica, (a) o que oscila? (b) o que é transportado?

Passo 1

O enunciado pergunta, para uma onda eletromagnética (luz ou outra radiação) que se propaga num dado espaço, (a) qual grandeza está oscilando e (b) o que efetivamente é levado de um ponto a outro. O conteúdo envolve as soluções de Maxwell para ondas no vácuo (ou meio transparente) e a interpretação física do vetor de Poynting.

Passo 2

Para ver o que oscila, lembramos que uma onda eletromagnética é uma solução das equações de Maxwell com componentes de campo elétrico \mathbf{E} e campo magnético \mathbf{B} acoplados. Essas equações levam à forma de onda plana, por exemplo
\mathbf{E}(\mathbf{r},t)=E_{0}\,\hat{\mathbf{x}}\cos(kz-\omega t), \quad \mathbf{B}(\mathbf{r},t)=B_{0}\,\hat{\mathbf{y}}\cos(kz-\omega t),
onde \mathbf{E} e \mathbf{B} variam senoidalmente no tempo e no espaço, sempre perpendiculares à direção de propagação. Logo, o que oscila são os campos elétrico e magnético, não há oscilações de partículas ou do meio.

Passo 3

Para saber o que é transportado, usamos o vetor de Poynting
\mathbf{S}=\frac{1}{\mu_{0}}\;\mathbf{E}\times\mathbf{B},
que representa a densidade de fluxo de energia por unidade de área e unidade de tempo. Assim, a onda não “carrega matéria”, mas transporta energia eletromagnética (e, concomitantemente, momento e impulso). Em linguagem quântica, pode‐se dizer que são transportados fótons, cada um com energia \hbar\omega.

Resposta

(a) Oscilam os campos elétrico \mathbf{E} e magnético \mathbf{B}.
(b) É transportada energia eletromagnética (e momento), descrita pelo vetor de Poynting \mathbf{S}=(1/\mu_{0})\,\mathbf{E}\times\mathbf{B}.

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