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Conceitos

A Luz

É a energia radiante em forma de partícula emitida sob certas circunstâncias pelos átomos e que pode ser detectada pela nossa retina.

O Quantum

A emissão dessa energia pelos átomos não se dá de uma maneira contínua, mas aos saltos, em pequenas quantidades denominadas quanta. É o chamado salto quântico da Física quântica; logo, dizemos que a energia é quantizada ou discreta ao invés de contínua.

O Fóton

Um "quantum" dessa energia quantizada radiante é chamado de fóton. Foi Einstein quem designou o termo "fóton" para representar o quantum da luz.

A Distribuição dos Fótons

Quando lançamos poucas moedas sobre uma mesa, pode acontecer de sair mais (ou menos) "caras" que "coroas", o que depende do acaso. No entanto, se jogarmos uma tonelada (1.000 kg) delas, teremos aproximadamente 500kg de "cara" e 500kg de "coroa". À medida em que aumentamos o número de moedas jogadas, mais bem equilibrada será a distribuição de "caras" e "coroas", já que esta tende para ½ a ½. Sendo assim, eliminamos o efeito do acaso.

Agora, vamos dar outro exemplo: se jogarmos seis toneladas de dados aleatoriamente, certamente, cada um dos seis números dos dados será representado por uma tonelada aproximadamente, pois temos igual probabilidade para cada uma das seis faces. Tendo em vista os exemplos acima, o leitor pode entender a questão da emissão de fótons pelos átomos. Cada átomo de um corpo, que constitui uma fonte de luz, emite fótons aleatoriamente em todas as direções. Num filamento de uma lâmpada elétrica ou mesmo em uma estrela existe uma enorme quantidade de átomos. Então, como temos um grande número de átomos numa fonte de luz, esperamos que, em qualquer direção escolhida, haja sempre uma mesma quantidade de fótons emitidos numa dada unidade de tempo.

Raio de Luz

O raio de luz emitido de uma fonte é uma seqüência de fótons que sai dessa fonte numa determinada direção.

Todo Fóton, ao alcançar o seu receptor, traz consigo a direção de onde ele foi emitido. Essa direção é definida através do ângulo b formado entre a direção do raio a qual ele pertence, com a vertical que passa pelo centro da sua fonte.

A e B

São corpos em movimento no espaço absoluto, em que A é a fonte e B é o corpo receptor da luz.

Observadores

É de suma importância definirmos a posição do observador em relação aos fenômenos da natureza envolvendo a luz. Assim, teremos:

- Observador parado no espaço absoluto, no referencial do Big Bang;

- Observador no referencial de expansão no Universo dos corpos A e B;

- Observador localizado na fonte de luz A;

- Observador localizado no receptor da luz B.

Velocidades dos fótons

Usaremos a velocidade da luz como unidade de velocidade (c = 1). Quando a velocidade for impressa em negrito, significa que ela tem uma direção, portanto é um vetor.

c → velocidade de emissão dos fótons, constante e aproximadamente 300.000 Km/s;

c₁ , c₂ → velocidades dos fótons para o observador no referencial absoluto, depois de sofrerem a influência da velocidade de expansão do Universo V;

V → velocidade de expansão do Universo. Só é notada pelo observador no espaço absoluto;

v → velocidade relativa entre dois corpos;

U → velocidade vista pelo observador no espaço absoluto, sendo U = V + v.

Velocidade do fóton por ocasião da emissão

Para o observador em uma fonte de luz A

Um fóton emitido em uma determinada direção continuará sempre nesta direção, com velocidade c, até o seu destino B.

Para um observador no espaço absoluto

Um fóton emitido em uma determinada direção, na direção de B por exemplo, sofre a influência da velocidade de expansão V da sua fonte, mudando:

- a sua velocidade de c para c₁ onde c₁ = c + V;

- o ângulo que a sua direção faz com a direção do vetor V, indo de a para b.

Velocidade do fóton na chegada ao receptor B

Para um observador no espaço absoluto

Um fóton com velocidade c₁, ao chegar a um corpo B com o mesmo movimento V da sua fonte, graças ao efeito denominado aberração, muda:

- a sua velocidade de c₁ para c, onde c = c₁ - V;

- o ângulo que sua direção de chegada faz com a direção do vetor V, indo de b para a.

Esse efeito é contrário àquele em que o fóton sofre na sua emissão. Ele é o responsável pelas ilusões que enganaram a ciência até hoje.

Para um observador em B

Este observador não conhece a velocidade V de expansão do Universo e nem a velocidade c₁ de chegada do fóton. Ele só está ciente da velocidade c modificada pelo efeito de aberração de c₁ para c.