Fótons

Todas as ondas só podem se propagar em um meio material. No final do século XIX, o físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) já havia constatado que a luz é uma onda eletromagnética de freqüência muito elevada e com uma velocidade de 300.000 km/s. Como toda a onda eletromagnética, ela poderia se propagar no vácuo (vazio).

Todavia, o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) estava insatisfeito com estes estudos, pois salientando-se que toda a onda necessita de um meio material para se propagar, nem a luz, como nenhuma onda eletromagnética, poderia se propagar no espaço sem matéria. Então Einstein imaginou que talvez a luz podesse ser constituída de partículas. Com uma experiência extremamente interessante para provar o chamado efeito fotoelétrico, que consiste no arrancamento de elétrons de um metal por meio de incidência da luz, ele pôde provar sua teoria. Esta experiência consistia de:

A luz de uma única freqüência entra em uma câmara de vácuo e incide sobre uma superfície denominada catodo, causando a emissão de elétrons. Alguns desses elétrons atingem uma segunda placa denominada anodo, constituindo uma corrente elétrica sobre as placas. A placa anodo é carregada negativamente, repelindo assim os elétrons (que têm carga elétrica negativa). Só os elétrons mais energéticos conseguem alcançá-la. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é medida aumentando-se a voltagem lentamente até fazer a corrente se anular. As experiencias realizadas levaram ao resultado surpreendente de que a energia cinética máxima dos elétrons emitidos é independente da intensidade da luz incidente. Pela teoria clássica, iria se esperar que aumentando a taxa de incidência da luz sobre a superfície metálica a energia absorvida por cada elétron aumentaria e, então, aumentaria também a energia cinética máxima dos elétrons emitidos. No entanto, experimentalmente isso não ocorre. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é a mesma para um determinado comprimento de onda da luz incidente, não importando a intensidade da luz. Einstein demonstrou que esse resultado experimental poderia ser explicado se a energia da luz fosse quantizada em pequenos pacotes chamados fótons. A energia E de cada fóton é calculada por:

E = hf

onde f é a freqüencia da luz e h é uma constante física denominada contante de Planck em homenagem ao seu descobridor, o físico alemão Max Planck (1858-1947). Atualmente o fóton é classificado como um bóson por ser uma partícula que possui spin inteiro (em unidades de h cortado).

Por essa grande descoberta, Einstein ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1921.