Christian Huygens
Na antiga Grécia já eram conhecidos e estudados
alguns fenômenos ópticos, tais como, reflexão, refração, decomposição da
luz em prismas e havia também alguns grupos que definiam a natureza da luz
conforme o preceito básico que defendiam.
O filósofo grego Aristóteles (384-322 a.C.) foi a primeira
pessoa, que se tem notícia, a adotar a natureza ondulatória da luz, pois para
ele a luz era uma espécie de fluído
imaterial que chegava aos nossos olhos, vindo dos objetos visíveis, através de
um.
Christian
Huygens nasceu em Adia,
na Holanda, em 14 de abril de 1629. Filho de Constante Huygens, uma das figuras
mais importantes do renascimento na Holanda, foi também um grande amigo do filósofo
René Descartes. Foi assim que por
volta de 1655, usando uma dos telescópios mais poderosos de seu tempo,
Christian Huygens demonstrou que as estruturas estranhas observadas por Galileu
ao redor de Saturno quase cinqüenta anos antes eram, na verdade, anéis!A
observação sistemática dos anéis de Saturno conduziu a uma das maiores
descobertas desse astrônomo: a lua Titã, uma dos maiores satélites naturais
de todo o Sistema Solar.
Com
isso suas primeiras observações o levam a descoberta da Nebulosa de Orem, de
um novo satélite de Saturno, como também, consegue dar a primeira descrição
correta dos anéis deste planeta. O problema dos anéis de Saturno foram
primeiramente enfrentados por Galileu, quando foram descobertos pela primeira
vez, juntamente com a descoberta do seu primeiro satélite.
A
necessidade de registrar, com maior precisão, os tempos das observações
astronômicos levou Huygens a estudar o problema da aplicação do pêndulo para
regulagem dos relógios. Problema este não resolvido por Galileu. Em 1657,
apresentou seu primeiro método de controle de relógios utilizando-se do
movimento de um pêndulo, apresentando aos Estados-Gerais e, publicando logo após,
sua famosa obra Horologium
Oscillatorium, que contém muitas das descobertas originais sobre a
teoria do pêndulo. Além da teoria e da descrição dos mecanismos de
funcionamento do pêndulo, este livro também trazia os teoremas
sobre a força centrífuga no movimento circular com os quais, Newton
utilizou para formular sua Lei da Gravitação.Por influência de Colbert,
Huygens foi convidado por Luis XIV a vir para Paris como um
membro da Académie dês Sciences
que tinha acabado de ser fundada. Aceitando o convite, passou quinze anos em
Paris saindo de lá somente para visitas a sua terra natal.Em 1678, Huygens
apresentou a academia francesa, mas só publicou em 1690, em Leyden, o Traité
de la Lumière (Tratado da Luz), sua mais importante
contribuição para o progresso da Física, onde descrevia sua teoria ondulatória
da luz. No início de seu trabalho ele descreve o seu princípio:No
estudo da propagação destas ondas, deve-se considerar que cada partícula do
meio através do qual a onda evolui, não só transmite o seu movimento à partícula
seguinte, ao longo da reta que parte do ponto luminoso, mas também a todas as
partículas que a rodeiam e que se opõem ao movimento. O resultado é uma onda
em torno de cada partícula e que a tem como centro".
Huygens parte da idéia de que a luz é transmitida através do éter e se
comporta como uma série de ondas de choque, que transmitem o movimento de
uma à outra (por exemplo: como a transferência de momento de uma bolinha a
outra), possui uma enorme velocidade mas não se propagava a uma velocidade
infinita, como pensavam os cientistas da época. Quem o levou a este ponto
de vista correto, sobre a a velocidade da luz, foi o trabalho realizado
pelo astrônomo dinamarquês Olaus
Röemer,
em 1666.
Os desenhos abaixo mostram as construções geométricas de Huygens para
ilustrar o seu princípio, a reflexão da luz e a refração da luz. Christiaan Huygens havia proposto uma
teoria ondulatória da luz, segundo a qual ela consistiria de vibrações de uma
substância sutil, a que se chamou “éter luminífero”. Mas a teoria de
Huygens não era suficientemente articulada e precisa, e foi logo eclipsada pela
teoria corpuscular de Newton, que prevaleceu durante todo o século 18. (As únicas
vozes discordantes nesse século foram a de Benjamin Franklin e a do mais famoso
matemático da época, o suíço Leonard Euler.)
Tal situação viria a reverter-se a partir do início do século
seguinte. Em 1801 o inglês Thomas Young realizou um experimento no qual pôde
observar efeitos luminosos com uma configuração típica de interferência. O
experimento consistia essencialmente em iluminar com a luz de uma fonte de
tamanho aparente pequeno um anteparo contendo dois orifícios diminutos
e muito próximos um do outro, .
Antes de prosseguirmos, precisamos ainda tecer algumas considerações
sobre dois outros conceitos importantes na física: o de campo e o de átomo.
Tem
havido profundas divergências de interpretação em torno do conceito de campo,
ao longo da história e em cada época, entre diferentes cientistas e filósofos.
Existe, porém, uma interpretação mínima mais imediata, aceita por todos,
segundo a qual os campos podem ser tidos como instrumentos matemáticos que
facilitam o cálculo das forças que agem sobre um dado corpo. As divergências
surgem quando se pergunta se eles são meros instrumentos de cálculo ou algo além
disso, e qual a natureza desse algo.
Ilustremos a interpretação instrumentalista dos campos tomando o
caso do campo gravitacional. A lei da gravitação universal de Newton descreve
a força gravitacional entre duas partículas de massas M e m separadas por uma
distância r por meio da expressão F = GMm/
Em 1681 Huygens retorna para Holanda. A partir daí até a sua morte, que
ocorreu em Haia, em 8 de junho de 1695, aos sessenta e seis anos, ele devota o
resto de sua vida a estudos científicos e a publicação de seus trabalhos.
|
Nem todo mundo concordava com o modelo corpuscular adotado
por Newton. O holandês Christian Huygens (pronuncía-se "róiguens")
defendia ardorosamente um modelo ondulatório da luz. Segundo ele, a luz
seria formada por ondas, cada cor correspondendo a um comprimento de onda
próprio, com velocidade diferente dentro do prisma. |
|
|
A dispersão da luz por um prisma não permite decidir qual
dos dois modelos, corpuscular ou ondulatório, é o mais adequado para
descrever a natureza da luz. Ambos produzem explicações satisfatórias.
Na época, prevaleceu o enorme prestígio de Newton, lastreado em seu
assombroso sucesso com a Mecânica e a Gravitação. Praticamente toda a
comunidade científica e intelectual desse tempo preferiu seguir o grande
mestre inglês, adotando o modelo corpuscular. No caso do arco-íris, um
modelo geométrico descrito pelo filósofo francês René Descartes já
tinha grande aceitação. Como veremos a seguir, esse modelo era baseado
no comportamento de raios de luz e se ajustava melhor à descrição da
luz como formada de partículas. |
Em
1678, Christian Huygens sugeriu que o índice de refração é determinado pela
velocidade que a luz atravessa o meio. Ele pensava que a luz era um movimento
ondulatório, e se estivesse certo, o índice de refração seria maior quanto
menor fosse a velocidade com a qual a luz penetrasse no meio. Mas se fosse partícula,
acorreria o posto, ou seja, num meio mais denso, a velocidade seria maior,
porque as partículas seriam atraídas pelas moléculas. Mas não havia
tecnologia disponível para medir a velocidade da luz com precisão, de maneira
que permaneceu a dúvida quanto à natureza do fenômeno luminoso, embora
Huygens estivesse certo quanto à refração ser decorrente da alteração de
velocidade.
Tratado sobre a luz'' em 1690, uma explicação para
o fenômeno da reflexão e refração baseado no conceito de frente de ondas,
atualmente conhecido como Princípio de Huygens. Na propagação destas ondas,
cada partícula do éter não só transmite o seu movimento à partícula
seguinte, ao longo da reta que parte do ponto luminoso, mas também a todas as
partículas que a rodeiam e que se opõem ao movimento. O resultado é uma onda
em torno de cada partícula e que a tem como centro.2