Os 9 experimentos que mudarão sua visão da luz (e te surpreenderão)

há muito da ciência que entendemos se eu jogasse uma bola para o alto e recebesse dados correto sobre as forças que atuam sobre Ela poderia dizer exatamente onde pousaria através da química a ciência Explica as moléculas que compõem a bola Podemos prever os níveis de energia mecânica do som que faria quando caísse no chão tal como uma vela no escuro a ciência ilumina a nossa visão do mundo ao nosso redor mas há um limite para a distância que a luz incide atualmente ainda hoje quando parece como se houvesse tanto do mundo e do universo que podemos explicar há sombras também respostas que ainda não temos e pior resultados confusos que correm a nossa confiança em o que pensamos que sabemos existem experimentos que parecem sugerir que a Luz está nos enganando a ponto de de questionarmos a própria natureza da realidade somos reais o tempo é linear talvez não Mas você está pronto para que o vé reconfortante da compreensão seja rasgado e para que a estranheza nos limites do nosso entendimento seja trazida à luz se sim eu tenho alguns experimentos para você eu sou Denis Ariel e você está assistindo ao ason Brasil e no vídeo de hoje vou te mostrar experimentos que di desafiarão sua compreensão das leis fundamentais da física de uma forma que quase certamente deixará você com algo entre uma dor de cabeça e uma Crise existencial e curiosamente quase todos os experimentos tem algo a ver com a luz a luz é muito mais estranha do que você imagina Claro Pode parecer bastante simples viajar pelo universo levando energia de um lugar para outro a luz nos ajuda a ver fornece vida as plantas e portanto ao nosso planeta em geral tem fama de ser muito rápida e no entanto para uma fonte de energia que se tornou sinônimo da nossa grande compreensão a luz é surpreendentemente difícil de entender a luz nos ajuda a ver melhor outras coisas Claro mas quando os cientistas tentam olhar para PR luz percebem que é surpreendentemente difícil não quero dizer que começaram a olhar para qualquer lâmpada Por favor não faça isso em casa mas experimentos nos últimos 200 anos ou mais provaram que o que a luz parece ser e o que a luz é de fato são na realidade duas coisas completamente diferentes o primeiro experimento da nossa lista destaca o seguinte fato a luz se comporta de maneira diferente quando você não está olhando para para ela em comparação com quando você está olhando para ela e vamos começar com o básico O que é [Música] luz no início dos anos 1700 Isaac Newton teorizou que a luz era composta de minúsculas partículas que ele chamou de corpúsculos mas em 1801 um homem chamado Thomas Jong descobriu que a luz deve na verdade ser mais parecida como uma onda do que par partícula ele provou isso usando um importante método conhecido como o experimento da dupla fenda Ele montou uma fonte de luz e a iluminou através de duas estreitas fendas em uma placa Jong notou que em vez de obter duas faixas de luz do outro lado das fendas um estranho padrão listrado estava se formando isso era conhecido como um padrão de interferência E era uma prova incontestável de que a luz viajava Como Uma Onda por quê vamos falar sobre ondas por momento quando as ondas viajam elas oscilam para cima e para baixo mas quando duas ondas tentam oscilar no mesmo ponto no espaço ao mesmo tempo ocorre algo conhecido como interferência Imagine que você tem uma banheira com um pato de borracha na superfície da água duas ondas atingem o pato ao mesmo tempo uma onda tenta levantar o pato exatamente ao mesmo tempo em que a outra onda tenta baixá-la o que acontece desde que a as ondas tenham a mesma magnitude e estejam perfeitamente fora de fase elas se anularão e o pato não se moveria isso é chamado de interferência destrutiva da mesma forma se as ondas tentassem levantar o pato ao mesmo tempo o pato seria levantado duas vezes mais alto isso é conhecido como interferência construtiva como as ondas tendem a se expandir em um círculo duas ondas próximas uma da outra começarão a interferir construtiva e dest uma na outra aqui estão duas ondas na água V essas linhas esses trechos mais calmos são onde as ondas estão se anulando este é o efeito que vemos com AZ passando pelas duas fendas medid que AZ de uma fenda elaela outra onda de luz em determinados pontos pão de interferência que yong observou na placa então mistério resolvido a luz era uma onda e não uma partícula exceto que há mais neste experimento do que aparenta vamos avançar mais 100 anos até 1905 cientistas dessa época ficaram intrigados com algo conhecido como efeito fotoelétrico descobriu-se que quando você ilumina uma superfície de metal partículas semelhantes a elétrons saem dela deduziu que isso acontecia porque os elétrons no metal estavam sendo eliminados pelo aumento da energia que a luz transmitia Imagine como uma fruta em uma árvore Se você arrancar a fruta da árvore precisará usar uma certa quantidade de energia uma vez que a energia é maior do que a força da conexão da fruta com o galho a fruta se solta isso estava acontecendo com a luz e os elétrons assim que a luz atingiu Um elétron e deu a ele energia suficiente para ultrapassar o limar ele se soltou do Metal no entanto o que surpreendeu os cientistas foi que se você aumentasse a intensidade da Luz eles esperavam que os elétrons fossem afastados mais rapidamente se você puxasse a fruta da árvore com mais força ela sairia mais rápido mais energia é igual a mais energia cinética de partida no entanto esse não parecia ser o caso em vez disso aumentar a frequência da Luz Aumentou a velocidade dos elétrons que partiam a intensidade da luz não afetou em nada a velocidade dos elétrons que partiam mas afetou a quantidade de elétrons emitidos Isso foi um pouco intrigante Albert Einstein foi o homem que resolveu o quebra-cabeça ele deduziu que a luz deve estar viajando em pequenos pacotes de energia então enviar mais deles aumentando a frequência era a única maneira de aumentar a energia que vai para os elétrons ele chamou esses pacotes de fótons e mais tarde ganhou um prêmio Nobel por seu trabalho a luz ao que parecia era mais como uma partícula novamente ou uma onda e uma partícula ao mesmo tempo claro esse ainda não é o quadro completo para ser honesto não temos certeza absoluta sobre a imagem completa até agora em vez disso temos mais resultados contraditórios voltemos ao experimento da dupla fenda armados com o conhecimento dos fótons físicos mais uma vez deram uma olhada no experimento da dupla fenda as técnicas experimentais melhoraram muito nos últimos 100 anos e agora é possível emitir um único fóton de luz por vez Então o experimento foi feito novamente desta vez apenas um único fóton seria enviado através da fenda para um detector do outro lado feito isso o detector registrava a chegada do fóton em apenas um ponto então a luz estava se comportando como uma partícula novamente Mas então por que ela interferiu em si mesma na versão anterior do os cientistas tiveram uma ideia eles enviaram vários fótons um de cada vez e identificaram os resultados no detector e foi aí que o resultado ficou muito estranho mais uma vez o detector começou a ver os fótons chegando em Pontos únicos um de cada vez mas surpreendentemente os fótons que chegavam começavam a criar um padrão era o padrão de interferência a prova de que a luz se comportou como uma uma onda mas estranhamente isso estava ocorrendo Apenas quando um único fóton estava passando por vez de alguma forma o único fóton que estava saindo do detector como uma partícula e chegando ao seu destino como uma partícula estava aparentemente de alguma forma viajando pelas duas fendas ao mesmo tempo o suficiente para então interferir consigo mesmo do outro lado como uma onda se a luz fosse apenas uma partícula quando ela passasse pelas fendas você não veria esse padrão você veria apenas duas bolhas de luz uma para as partículas que passaram por uma fenda e uma para as partículas que passaram pela outra e no entanto aqui estava o padrão de interferência com suas múltiplas linhas de luz refutando isso os cientistas tentaram fixar a luz eles montaram o experimento Mas desta vez com mais dois detectores Na Fenda para que pudessem observar se realmente estava passando pelos dois ao mesmo tempo isso não aconteceu mas ao mesmo tempo parou de criar um padrão de interferência no detector mais adiante e a partir disso cientistas começaram a perceber algo a luz se importava em ser observada para ser claro não importava se foi observada por um olho humano ou por uma máquina no momento em que a luz teve algum tipo de interação por qualquer partícula que a única maneira de detectar a luz e não há outra maneira de observá-la ela começou a se comportar de maneira diferente do que se não tivesse sido detectada era como se a luz entrasse em Foco sempre que o universo perguntava Onde exatamente ela estava quando sem esse escrutínio parecia relaxar em algo um pouco mais nebuloso estranhamente isso parecia implicar que a luz na verdade é mais como uma onda de probabilidade do que qualquer partícula ou onda sempre que era perguntado onde estava fornecia uma resposta definitiva com confiança estava neste ponto do detector não estava em nenhum outro ponto mas sem ninguém verificando a luz parece estar viajando em todas as direções ao mesmo tempo de acordo com certas probabilidades se você executar o experimento várias vezes poderá quantificar essas probabilidades descobrindo que é mais provável que esteja nas bandas do padrão de interferência e menos provável que esteja nas lacunas mas sempre que um único fóton de luz era perguntado ele dava uma resposta 100% concreta isso é destacado por algo conhecido como paradoxo dos três polarizadores considere por um momento um óculos de sol polarizador obviamente ele reduz a quantidade de luz que pode passar geralmente em cerca de 50% dependendo do tipo de lente do comprimento de onda da luz ele funciona por ser formado por por finas cadeias de moléculas que correm longitudinalmente ao longo da lente qualquer luz que oscile na mesma orientação desta lente é absorvida qualquer luz que seja perpendicular às correntes pode passar sem problemas algo interessante ocorre quando o único fóton passa em uma orientação diagonal à lente nesse caso você não passa meio fóton aparentemente você não pode simplesmente absorver a parte da oscilação que é paralela às linhas e deixar passar a parte que é perpendicular em vez disso O fóton se encaixa em uma orientação ou outra ele é completamente absorvido Ou passa inteiramente mas agora com uma nova polarização perpendicular para corresponder ao que teria que ser para passar facilmente como sabemos que o fóton não tinha essa orientação o tempo todo por causa do que acontece quando você começa a adicionar mais lentes ao colocar uma segunda lente atrás da primeira você pode bloquear totalmente a luz desde que que as duas polarizações sejam perpendiculares uma à outra Digamos que giramos a segunda lente 90º em relação à primeira qualquer luz que passe pela primeira lente tem 0% de chance de passar pela segunda como resultado vemos apenas preto mas adicione uma terceira lente coloque-a em um ângulo de 45º entre as outras duas e de forma bizarra a luz começa a passar pelas três lentes novamente isso pode parecer contraintuitivo como adicionar mais bloqueios aumenta a quantidade de luz que passa mas esse resultado realmente exclui a possibilidade de que a luz tenha uma orientação fixa deve estar entrando em Foco a cada nova lente rolando um dado quântico a cada vez para ver se era a orientação correta o tempo todo ou não se passar pela primeira lente uma chance de 50% só fez porque foi orientada perfeitamente perpendicular à polarização da lente O que significa que quando chega a segunda vem de uma polarização que é diagonal então mais uma vez há uma chance de 50% de que ela passe ela rola seus dados quânticos novamente e mais uma vez tem uma chance de 50 para 50 de prosseguir se passar por esse obstáculo também se ajustará novamente à Nova orientação como se fosse essa nova orientação o tempo todo o que obviamente não era o que significa que agora está polarizada diagonalmente em relação à Terceira lente ou seja agora tem de chance final de passar é queun fons não pors manoplas apenasa de 12,5 deles CONSEG ISO mais 0 erte anteri quando você apen duentes a luz gosta de se comportar em quantidades discretas é quântica aparentemente se Ajusta a um valor discreto quando observada e sinceramente não sabemos bem o porquê se você pensa em uma onda Não Há Razão Para não ter simplesmente meia onda Você pode cortá-la pela metade várias vezes um número infinito de vezes e ainda assim obter uma resposta que faça sentido matemático E no entanto Parece que em uma escala quântica baixa o suficiente você não pode reduzir a Luz pela metade além de um certo ponto você não pode ter meio fóton nem mesmo um fóton e meio e se você tentar fazer isso o fóton se encaixará em um ou outro inteiro mais próximo com base em probabilidades mas apenas quando for solicitado caso contrário ele se contenta em existir probabilisticamente interferindo em si mesmo como uma onda enquanto viaja antes de pular para uma resposta quando posteriormente perguntado exatamente onde está o que está acontecendo aqui isso ainda está sendo teorizado a comparação mais próxima que temos é algo conhecido como harmônicos onde uma corda limitada apenas um certo número de ondas pode existir em uma corda de violão Você pode ter uma onda ou duas ou mais mas nunca qualquer número que não seja um número inteiro parece que a luz funciona da mesma maneira talvez algo beliz que o início e o fim do caminho que a luz percorre embora o que isso possa ser e quais mecanismos a impulsionam sejam desconhecidos até agora fundamentalmente porém e talvez a coisa mais louca sobre tudo isso é que não se trata apenas da luz embora Tenhamos nos concentrado na luz se comportando Como Uma Onda e se comportando probabilisticamente todas as partículas da matéria fazem o mesmo a luz é apenas outra forma de energia e energia e matéria estão ligadas partículas de matéria átomos e até mesmo mol moléculas complexas demonstraram ter comprimentos de onda os elétrons são tão quantificáveis e movidos por probabilidades quanto os fótons aparentemente somos todos movidos pela probabilidade se você reduzir as coisas o suficiente então do que tudo é realmente feito o que compõe a energia e a matéria que faz com que ela se comporte da maneira que se comporta o que está acontecendo debaixo do capô da realidade Por que o universo está se comportando diferente quando é observado em comparação com quando não é e o que significa pensar que em algum nível até você é probabilístico o que tudo isso significa é uma incógnita a pessoa que descobrir será o Einstein de nosso tempo mas por enquanto tudo o que podemos dizer é que quando se trata da realidade parece que o universo está jogando dados você e o mundo ao seu redor pode podem ser muito mais incertos do que [Música] imagina assim completamos nossos primeiros experimentos destacando a estranheza da Luz faça uma pausa para momento de a seu cérebro a chance de se desvencilhar de agora em diante fica cada vez mais estranho se há uma coisa que aprendi sobre a luz é que parece estar brincando conosco durante anos os cientistas debateram se era uma partícula ou uma onda pois continua exibindo elementos de ambos aparentemente incapaz de se estab se compa de Mane quando observada de diferente quando não está Maso menos a suacidade é consistente a luz vi na velocidade da luz não importa seu quadro de referência essa característica permanece a mesma tenho más notícias acontece que a constância na velocidade da luz também pode não estar correta e os próximos experimentos que estou prestes a mostrar provam isso a luz pode ir mais devagar do que a física preveria em determinadas circunstâncias e não não estou falando apenas sobre a desaceleração da Luz em meios mais densos como vidro embora fosse sobre isso que Originalmente pretendia tratar esse vídeo temos o uma explicação para isso estou dizendo que em algumas circunstâncias a luz parece percorrer um caminho através do tempo e do espaço que a faz ir mais devagar ou mais rápido que a velocidade da luz mesmo que meios densos não estejam presentes mas o mais estranho é que de qualquer maneira acaba no mesmo destino no tempo e no espaço a luz viaja a 299 milhões 792. 23 m/s ou se preferir 300. 000 km/s de acordo com a relatividade Esta é a única velocidade em que a luz pode viajar e curiosamente parece manter esse número independente do seu referencial duas pessoas poderiam estar viajando pelo espaço uma a 1% da velocidade da luz e a outra 50% da velocidade da luz mas se ambas olharem para o mesmo feix de FT em propagação eles os verão viajando na mesma velocidade o tempo e a distância Aparentemente tendem a se distorcer ao invés de permitir que você veja qualquer cois além daz viajando na velocidade daz é claro que quando cientistas dizem isso est apenas falando sobre AZ viajando no vácuo já sabemos há muito tempo que assim que você envolve a matéria a luz fica presa e viaja mais devagar a luz viajando no ar atinge apenas 299 mil 705.

000 m/s 87. 458 m/s mais lenta que no váo a luz na água atinge cerca de 225 milhões de metos por segundo a luz passando pelas tampas de vidro atinge cerca de 200 milhões de metos por segundo as razões para isso são intrigantes mas bem compreendidas e certamente não quebram a física quando a luz viaja através da matéria seus Campos eletromagnéticos em constante movimento fazem com que os elétrons dentro da matéria também comecem a se mover como navios balançando na água mas como os elétrons que se movem para cima e para baixo também geram um campo elétrico que por sua vez cria um campo magnético uma segunda onda de luz é criada por essas partículas em movimento que crucialmente se sobrepõem às ondas da Luz original embora ondule em um ritmo ligeiramente diferente da Luz original de acordo com o meio em que se propaga quando duas ondas se encontram elas interferem uma na outra fazem uma média às vezes interferindo construtivamente para se fortalecerem e às vezes trabalhando uma contra a outra então quando você calcula o Total Geral de todos os altos e baixos de cada onda você na verdade acaba com uma nova onda uma que viaja a uma velocidade diferente das outras duas e outra que vai mais devagar que a velocidade da luz eventualmente essa onda de propagação pode atingir a borda do material bloqueador e sem que esses elétrons interfiram mais você fica com apenas a luz original novamente que fica então livre para viajar ao longo de Seu Caminho original novamente em sua velocidade original como se nada tivesse acontecido os cientistas se divertiram muito com esse conceito ao longo dos anos em 1999 a pesquisadora Len h de Harvard conseguiu desacelerar a luz para surpreendente 61 km/h ao enviá-la através de uma nuvem de átomos de sódio resfriados a um bilionésimo de grau acima do zero absoluto dois anos depois H conseguiu desacelerar a velocidade da luz para zero antes de aquecer a nuvem e mandá-la embora novamente você pode achar esse resultado surpreendente no entanto coisas estranhas aconteceram na direção oposta também em 2000 pesquisadores do Instituto Neck em princeton Nova Jersey enviaram um pulso de luz através de uma nuvem de átomos de sésio de forma alarmante quando eles mediram a velocidade com que o pulso saiu da nuvem pareceu que ele saiu antes de entrar embora isso possa parecer uma confusão com a causalidade Afinal como você poderia sair de um prédio antes de entrar nele felizmente houve uma explicação simples que nos salvou de criar muitos paradoxos embora o pulso de luz viajasse mais rápido que a luz a luz em si não o fez e isso foi mais uma ilusão de ótica do que uma refutação da relatividade de Einstein vamos dar uma olhada mais de perto em um fóton de luz cada fóton representa um pequeno pacote de ondas movendo-se para cima e para baixo a velocidade com que as ondas dentro do pacote se propagam é conhecida como velocidade de fase enquanto a velocidade na qual o pacote como um todo está viajando é conhecida como velocidade de grupo você também pode ter uma velocidade de frente de onda que é a rapidez com que o primeiro fóton em uma onda de fótons Pode viajar a terminologia é um pouco pesada Então vamos explicar com um exemplo pense em uma multidão fazendo uma onda mexicana a onda que as pessoas estão fazendo é a velocidade de fase você pode ver a onda viajando no meio da multidão Pode parecer que está viajando rapidamente mas a multidão em si não vai a lugar algum então a velocidade real da nossa onda é zero essas pessoas são a velocidade de grupo ou Possivelmente a velocidade de frente de onda agora vamos imaginar que queremos fazer Nossa multidão marchar eles podem fazer isso e continuar fazendo uma onda mexicana enquanto viajam mas embora o movimento das mãos pudesse fazer a onda ir muito rápido na direção da sua viagem ela desapareceria sempre que atingisse a frente da multidão a troca de informações não poderia ser mais rápida do que a velocidade de caminhada da própria multidão independente da velocidade com que os Picos das ondas pareciam estar viajando Einstein na relatividade nunca afirmou que a velocidade de fase não poderia exceder a velocidade da luz ele apenas afirmou que a informação não poderia viajar mais rápido que a luz e se você você está tentando entregar uma mensagem a alguém enviando uma multidão acenando em sua direção realmente não importa o quão rápido eles estão acenando até que a primeira pessoa na multidão chegue nenhuma informação poderá ser entregue ainda assim essa diferença entre as ondas dentro da luz e a própria velocidade da luz se tornará interessante em nosso próximo experimento E aí que as coisas começam a ficar um pouco estranhas Ah você já achou estranho não essa não não é a parte que realmente desafia a física este experimento é uma exploração fascinante de como a luz às vezes pode se comportar como uma onda e às vezes como uma partícula no entanto em 2023 pesquisadores da Universidade Imperial de Londres descobriram uma maneira de separar as fendas desse experimento não no espaço mas no tempo a maneira como eles fizeram isso foi simples eles pegaram material transparente chamado óxido de índio estanho que sob condições específicas pode ser reflexivo óxido de índio estanho é o que eles usam na maioria das telas de celulares eles dispararam um laser contra ele e depois mudaram rapidamente o material de transparente para reflexivo e vice-versa isso deixou apenas uma pequena janela alguns fentos segundos onde o laser Foi refletido eles chamaram isso de intervalo de tempo eles registraram a a aparência do laser depois de ter sido refletido e descobriram que sua frequência se espalhou um pouco no processo mas fora isso nada de muito estranho aconteceu o mais estranho foi o que aconteceu quando eles enviaram dois pulsos de laser através dessas fendas de tempo em rápida sucessão a posição do emissor do espelho e do receptor permaneceu a mesma A única diferença foi o tempo de passagem dos lasers curiosamente quando dois passaram aconteceu um padrão de interferência no entanto esse não era um padrão de interferência no mesmo sentido do experimento da dupla fenda no espaço 3D normal Este foi um padrão de interferência que afetou a frequência do laser certas frequências de luz dentro do laser desapareceram exatamente em linha com a forma como a intensidade desapareceu na versão regular do experimento da dupla fenda para visualizar Porque isso pode estar acontecendo vamos desenhar esse experimento em relação ao tempo o experimento do intervalo de tempo pode ser desenhado de maneira semelhante ao experimento da dupla fenda exceto que precisamos visualizar a mudança no experimento ao longo do tempo vamos criar um gráfico 4D onde o espaço está ao longo do eixo X e o tempo está ao longo do eixo Y isso é fácil de fazer é apenas assim o fóton sai do emissor pela esquerda atinge a fenda temporal é refletido e chega ao receptor desenhei isso como uma linha contínua apenas para simplificar as coisas mais tarde mas a ideia funciona igualmente bem de qualquer maneira mais tarde um segundo fóton é liberado do emissor ele reflete e chega ao receptor em um momento um pouco mais tarde representado na forma como ocorre mais acima mais no futuro em nosso gráfico de tempo se a luz se comportasse normalmente viajando na velocidade que deveria isso seria o fim de tudo em vez disso a Luz está interferindo consigo mesma Isso significa que deve estar viajando por um caminho que a leve através de outra fenda e da sua própria Esta é a única maneira pela qual a luz entraria com o padrão que vemos e assim como no experimento da dupla fenda é provável que isso também esteja acontecendo do outro lado das fendas quanto ao motivo pelo Qual é a frecia e não a intensidade que está send alterada aqui pense n implicações do que você veria se AZ realmente entrasse em umângulo diferente como este FT V em pequenotes de como meni anteriormente ag veja o que acontece seud em ond estacia norm adicionei uma linha do tempo preta aqui e destaco sempre que o receptor vê um novo pico na onda vija o que acontece quando você Altera a direção de chegada da onda de repente os Picos estão chegando com muito mais frequência a frequência de uma Onda ao longo do tempo está muito ligada à cor que percebemos que a luz tem a luz de baixa frequência tem uma cor mais vermelha enquanto o aumento da frequência muda a cor da luz para o azul Então essa variação de cores faz sentido o que faz menos sentido é o que está acontecendo com com os caminhos que essa luz está percorrendo ao longo do tempo lembre-se as linhas retas com as quais começamos representam os 299. 792 458 m por segundo que vemos a luz viajando então o que podemos dizer sobre os fótons que Viajam por esses caminhos em algumas partes da jornada eles viajam mais devagar que a velocidade da luz demorando mais para chegar a um destino que está à mesma distância e no entanto em outras partes da jornada eles estão viajando mais rápido do que a causalidade deveria permitir do ponto de vista deles estão viajando para trás no tempo como lembrei te esses dois emissores à esquerda são na verdade o mesmo apenas em momentos diferentes o mesmo para os receptores à direita é um resultado Alucinante E no entanto de acordo com os resultados desse experimento realizado por uma equipe de pesquisa da Universidade Imperial de Londres é isso que está acontecendo as implicações são surpreendentes a luz sempre percorre o caminho que leva menos tempo a rota que lhe permite chegar ao seu destino ao longo do caminho mais próximo de 300.