A teoria de Einstein, dos fótons, que admite ser a luz uma corrente de fótons, invalida a experiência da interferência numa fenda dupla, de Young, em que a luz se comporta como uma onda?

Passo 1

Beleza, o enunciado pergunta se, ao adotarmos a ideia de Einstein de que a luz é feita de fótons (isto é, pacotinhos de energia), a famosa experiência de interferência na fenda dupla de Young deixaria de funcionar como onda. Aqui o conteúdo é Física Moderna / Óptica quântica, e vamos precisar entender:
  1. Como funciona a interferência de ondas na fenda dupla.
  2. O que é esse “pacotinho” de luz, o fóton, segundo Einstein.
  3. Como a mecânica quântica junta onda e partícula.

Passo 2

Primeiro, lembra da interferência de Young: você tem duas fendas e a luz que passa por elas se sobrepõe. Onde as cristas das ondas chegam juntas a intensidade é alta (franjas brilhantes); onde crista encontra vale, a intensidade é baixa (franjas escuras). A fórmula básica (para fendas bem pequenas e distância grande até a tela) é:
I(theta)propto cos^2!l(tfracpi dlambdasinthetar)
onde
  • é a separação entre fendas,
  • o comprimento de onda da luz,
  • o ângulo até o ponto na tela.
Isso é pura descrição de onda clássica e funciona que é uma beleza.

Passo 3

Aí chega o Einstein em 1905 e diz: “Olha, pra explicar o efeito fotoelétrico, a luz age como se viesse em pacotinhos de energia , onde é a constante de Planck e a frequência.” Esses pacotinhos são os fótons. Até aí, parece contradizer a ideia de onda contínua, certo?

Passo 4

Mas a mecânica quântica diz: não é nem só partícula nem só onda, é dualidade. Cada fóton tem uma função de onda associada, que segue as equações de onda (por exemplo, a equação de Schrödinger em casos não relativísticos). A intensidade de detecção numa tela vem de .

Passo 5

Experimento moderno: emite-se um fóton de cada vez na fenda dupla. Se fosse partícula clássica, cada fóton iria por uma das fendas e cairia sem padrão de interferência (seria só dois risquinhos na tela). Mas o que se observa é que, pensamento a pensamento, fóton a fóton, ao longo do tempo vai surgindo o mesmo padrão de franjas de interferência! Isso mostra que cada fóton interfere consigo mesmo, como onda, antes de ser detectado como partícula.

Passo 6

Ou seja, a ideia de fóton de Einstein não derruba a experiência de Young, ela complementa: a luz tem comportamento ondulatório (padrão de interferência) e, ao mesmo tempo, se manifesta quantizada (detecta-se fótons individuais).

Resposta

Não, a teoria de fótons de Einstein não invalida a interferência de Young. Na verdade, a mecânica quântica incorpora ambos os comportamentos (onda e partícula) e a experiência de fenda dupla continua dando padrão de interferência, mesmo com fótons isolados.

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