Partículas e ondas refletidas por um espelho

Um ponto de vista prevê a luz como uma natureza ondulatória, produzindo energia que atravessa o espaço de maneira semelhante às ondulações que se espalham pela superfície de um lago tranquilo depois de ser perturbado pela queda de uma pedra. A visão oposta sustenta que a luz é composta de um fluxo constante de partículas, muito parecido com pequenas gotas de água borrifadas de um bico de mangueira de jardim. Este tutorial interativo explora como partículas e ondas se comportam quando refletidas em uma superfície lisa.

O tutorial começa com partículas de luz vermelha monocromática (fótons) impactando a superfície de um espelho com um ângulo de incidência de aproximadamente 60 graus. Após se afastarem da superfície, as partículas se movimentam de volta para o espaço em um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência (medido a partir de um plano perpendicular ao espelho). O deslizador de Partículas/Ondas, localizado abaixo do espelho, pode ser utilizado para transformar o feixe de partículas em uma frente de onda planar. Antes de se tornar uma onda, as partículas se alinham em ondas.

Uma excelente comparação das teorias de onda e de partículas envolve as diferenças que ocorrem quando a luz é refletida de uma superfície especular lisa, como um espelho. A teoria das ondas especula que uma fonte de luz emite ondas de luz que se espalham em todas as direções. Ao impactar um espelho, as ondas são refletidas de acordo com os ângulos de chegada, mas com cada onda virada de trás para frente para produzir uma imagem invertida (Figura 1). A forma das ondas que chegam depende fortemente de quão longe a fonte de luz está do espelho. A luz proveniente de uma fonte próxima ainda mantém uma frente de onda esférica altamente curvada, enquanto a luz emitida por uma fonte distante se espalhará mais e impactará o espelho com frentes de onda quase planares.

O caso de uma natureza de partícula para a luz é muito mais forte em relação ao fenômeno de reflexão do que o da refração. A luz emitida por uma fonte, próxima ou distante, chega à superfície do espelho como um fluxo de partículas, que são ricocheteadas ou refletidas na superfície lisa. Como as partículas são muito pequenas, um número enorme está envolvido em um feixe de luz que se propaga, onde movimentam-se lado a lado muito próximas umas das outras. Ao impactar o espelho, as partículas ricocheteiam de pontos diferentes, de modo que sua ordem no feixe de luz é invertida na reflexão para produzir uma imagem invertida, conforme demonstrado na Figura 1. Ambas as teorias de partículas e de ondas explicam adequadamente a reflexão de uma superfície lisa. Entretanto, a teoria das partículas também sugere que, se a superfície for muito áspera, as partículas ricocheteiam em vários ângulos, espalhando a luz. Essa teoria se ajusta muito bem à observação experimental.