Tip:
Highlight text to annotate it
X
Os Campos Primários Parte 3
Apesar de sabermos muito agora sobre a luz,
ainda há alguns mistérios como como ela é verdadeiramente estruturada.
Nesta parte de Campos Primários
nós revelaremos a verdadeira estrutura da luz
e portanto decifrar alguns mistérios que deixaram
as mentes mais brilhantes do mundo perplexas por séculos.
Será mostrado o que está realmente por trás da natureza duṕla da luz.
Será revelado porque a luz tem ambas
as propriedades de partícula e de onda.
Em outras palavras, será mostrado porque pode ser provado
que a luz consiste de unidades discretas conhecidas como fótons,
e mesmo assim ter propriedades de onda ao mesmo tempo.
Então veremos que essa mesma estrutura aplica-se
a todas as radiações eletromagnéticas
bem como toda matéria.
Essa explicação também conciliará o famoso
experimento da fenda dupla de modo que
qualquer um possa compreender.
Uma vez que o experimento da fenda dupla
está no centro da mecânica quântica,
isso tem profundas implicações para
o futuro da computação quântica,
bem como de muitas outras tecnologias futuras
que serão construídas sobre esse conhecimento.
Algumas dessas tecnologias futuras já estão aqui,
mas isso não será revelado até a Parte 7 da série Campos Primários.
Nesta parte de Campos Primários
vamos dissecar a difração de borda,
difração de fenda simples,
difração de fenda dupla,
e muitos outros aspectos da luz
bem como de todas as radiações eletromagnéticas.
O interessante é que a explicação para tudo isso é muito simples,
e como você pode ter adivinhado, é baseada na estrutura do Campo Primário.
Então vamos começar a revelar nosso pequeno mistério.
Nessa maravilhosa demonstração do experimento da fenda dupla vemos um laser vermelho,
um laser amarelo,
e um laser verde
sendo usados para mostrar como os comprimentos de onda diferentes, ou cores de luz,
respondem quando passam através de fendas duplas idênticas.
Esse experimento mostra claramente a natureza de onda da luz,
e mesmo assim sabemos por outros experimentos que a luz é feita de unidades discretas,
ou quanta de luz, que chamamos de fótons.
Repare como os padrões das três cores diferentes variam.
Isso é uma pista importante.
Então com a difração de borda simples nós vemos
parões muito intrigantes ao redor da gilete.
Essa é outra pista muito importante.
Nós também temos pistas importantes
reveladas no espectro contínuo da luz
que é mostrado nesses experimentos de fenda simples.
Experimentos que foram feitos com elétrons
também nos deixaram com algumas pistas importantes
que nos ajudarão a resolver esse mistério.
Essa tabela mostra a frequência, comprimento de onda
e os níveis de energia da radiação eletromagnética.
Isso também é outra pista.
Esse é o diagrama do campo elétrico e do campo magnético
de todas as radiações eletromagnéticas.
Mais uma pista para usarmos.
Aqui temos a estrutura de uma unidade, ou quanta, de radiação eletromagnética.
O campo vermelho é de polaridade norte
e o campo azul é de polaridade oposta.
Então vemos como essa estrutura se encaixaria no nosso diagrama de radiação eletromagnética.
O tamanho dos campos é determinado
pelo comprimento de onda da radiação eletromagnética.
Portanto o tamanho do campo é igual a um ciclo do comprimento de onda,
com o ponto zero centralizado no núcleo desse campo,
ou fóton no caso da luz.
Agora vamos olhar o fluxo interno nesse único fóton.
Novamente isso se aplica a todas as radiações eletromagnéticas.
A esfera verde representa o fóton.
Aqui nós temos o fluxo da energia interna dentro dos campos do fóton,
bem como muitas outras vistas do fóton e seus campos.
A imagem no canto acima à direita mostra como
isso está relacionado aos nossos experimentos na câmara de vácuo.
Os mesmos fluxos estão trabalhando na câmara de vácuo.
Agora ao redor do centro do fóton nós temos
os emissores de campo magnético em forma de cuia
que foram mostrados na Parte 2 de Campos Primários.
Então quando nos ampliamos o centro do nosso fóton nós vemos o anel de virada
e o anel de estrangulamento.
Então repare que o fluxo de entrada de partículas não é só de partículas.
Cada partícula fluindo dentro dos campos do fóton
também tem essa mesma estrutura com
os mesmos campos magnéticos em forma de cuia.
Então essas partículas fluindo não são realmente partículas,
elas são na verdade concentrações de energia.
Essas concentrações de energia que fluem
também tem essa mesma estrutura de fluxo interno
como o fóton em si também tem.
O fóton é na verdade uma concentração de energia
feita de muitas concentrações de energia fluindo,
que são feitas de muitas concentrações de energia fluindo.
Não se conhece quantos níveis abaixo esse padrão repetido segue.
Então esse círculo verde nessa imagem representa
a concentração de energia que chamamos de fóton.
Mas como você pode ver há muito mais no fóton
do que apenas a energia concentrada no centro dos campos do fóton.
O tamanho exato do fóton em relação aos campos
e onde ele está exatamente em relação aos anéis de virada ainda precisam ser determinados.
Essa imagem serve só para lhe dar uma idéia do sistema geral
de um fóton e não pretende ser um modelo em escala real.
Na realidade o fóton é muito menor em relação a esses campos do que mostramos aqui,
mas essa proporção é melhor para mostrarmos o funcionamento interno em um único fóton.
Quando as concentrações de energia que chegam atingem o anel de virada,
elas ficam presas dentro do círculo verde ou fóton.
Mas como você pode ver alguma dessa energia presa
escapa pelo equador do fóton
e é reciclada de volta ao anel de virada.
Esse é o mesmo padrão que nós vemos nos experimentos na câmara de vácuo.
Agora vamos pegar nosso único fóton e seus campos
e colocá-lo numa fileira simples com outros fótons.
Lembre que os campos verdadeiros que aqui são
mostrados em vermelho e azul na verdade são invisíveis.
As esferas verdes são os fótons.
Os campos vermelhos representam polaridade magnética norte
e o azul representa polaridade magnética sul
e portanto eles são naturalmente atraídos entre si
e o espaçamento entre os fótons é mantido por essa estrutura de campos.
Os fótons vão simplesmente nos atravessar,
mas os campos dos fótons vão nos atingir.
No mundo real, isso claro que faria os fótons girarem um pouco
por causa do arrasto nos campos do lado onde os campos nos atingem.
Fótons podem ser girados por uma obstrução no caminho dos seus campos
mesmo que o obstáculo não tenha contato com o fóton propriamente dito.
Assim é que a luz pode ser curvada ao redor de um objeto.
Lembre também que a estrutura de cada fóton tem o fluxo mostrado no canto inferior esquerdo.
Novamente nós vemos o diagrama da radiação eletromagnética
e você pode ver claramente agora como esse diagrama
está de acordo com a estrutura dos nossos fótons e campos.
Então a bola de plasma confinada na câmara de vácuo tem a mesma estrutura básica de um fóton.
Agora vamos pegar o nosso fóton branco e dividí-lo
para termos seis comprimentos de onda diferentes ou cores de fótons.
Os fótons agora são mostrados com seus tamanhos relativos e taxas de giro.
Essa animação é apenas uma aproximação para lhe dar um conceito básico
e não pretende ser um modelo em escala precisa.
O importante é notar que quanto menor o fóton, maior é a taxa de giro.
Isso se aplica a todas as radiações eletromagnéticas.
O fóton violeta tem um comprimento de onda mais curto do que o fóton vermelho,
e também tem uma taxa de giro maior.
O fóton violeta
também tem maior nível de energia do que o fóton vermelho.
Portanto, quanto mais curto o comprimento de onda,
maior é a taxa de giro,
maior é o nível de energia
e menor é o fóton.
Isso logicamente se aplica a todas as radiações eletromagnéticas.
Então claro que o comprimento de onda está relacionado ao tamanho do campo
e o tamanho do campo está relacionado com o tamanho do fóton.
Façamos uma breve revisão da estrutura de fluxo interno de um único fóton antes de seguir adiante.
Essa estrutura de fluxo é igual para todas as radiações eletromagnéticas.
Uma vez mais nós vemos que o comprimento de onda
está relacionado com o tamanho do campo.
Aqui temos linhas de campos de fótons com as formas de onda correspondentes.
Assim você pode ver agora que a forma de onda claramente representa
o tamanho dos campos ao redor de um fóton de radiação eletromagnética.
Agora os campos são mostrados como campos de polaridade vermelha e azul.
Essa imagem representa o que acontece aos campos quando uma fileira de fótons passa através do vidro.
Repare que os campos são comprimidos quando passam através do vidro.
Lembre que os campos na verdade são invisíveis.
Agora temos uma fileira de fótons que nós vamos observar enquanto ela passa através do vidro.
Vamos ligar um indicador de velocidade da luz a um dos fótons para acompanhar a sua velocidade.
Observe como o fóton desacelera ao encontrar o vidro.
Então o fóton acelera novamente à plena velocidade da luz
quando sai do vidro
e os outros fótons da fila também aceleram de volta à plena velocidade da luz
ao saírem do vidro e restabelecem seu espaçamento normal.
Agora teremos uma corrida entre duas filas de fótons.
Apenas uma fila passará através do vidro.
Repare como os campos na fileira de baixo são comprimidos quando se encontram com o vidro.
Então quando saem do vidro os campos comprimidos inflam e empurram os fótons para longe do vidro
portanto reacelerando-os de volta à plena velocidade da luz.
Vamos fazer outra corrida entre fileiras de fótons.
Uma vez mais nós vemos como campos comprimidos inflam quando saem do vidro
portanto reacelerando os fótons à plena velocidade da luz.
Esse rebate do campo comprimido é o que é responsável
pelo movimento da fibra óptica no vídeo no canto superior esquerdo.
Assim, quando os fótons e seus campos passam através de uma fibra óptica eles se comprimem como uma mola.
Então quando essa mola de fótons e campos sai da fibra óptica
ela descomprime e empurra a fibra óptica fazendo-a chicotear um pouquinho
Então como você pode ver
a luz na verdade empurra o vidro quando sai.
Mesmo que os fótons de luz que atingem nossa retina a partir desse vídeo
estão empurrando a tela quando saem dela
devido ao efeito de descompressão dos campos dos fótons.
Então novamente o tamanho dos campos de um fóton são determinados pelo comprimento de onda do fóton.
Aqui nós vemos as formas de onda típicas
que são usadas para representar a luz visível
e outras formas de radiação eletromagnética.
Mas na realidade essas formas de onda não existem.
As formas de onda são úteis para discutir a radiação eletromagnética,
mas luz e outras radiações eletromagnéticas não se movem em um padrão de onda.
Em outras palavras, a luz não vai pra cima e pra baixo.
Ou serpenteiam.
Novamente vemos que um comprimento de onda é igual ao tamanho dos campos.
Nessa imagem a fileira de fótons de cima é mostrada ampliada
para que você veja a taxa de giro e o tamanho relativo mais claramente.
Também mostrei intencionalmente os fótons de cima sem um formato esférico sólido
para enfatizar que fótons são na verdade concentrações de energia
exatamente como a bola de plasma na câmara de vácuo.
Agora veremos por que a luz de diferentes comprimentos de onda tem ângulos de refração diferentes,
ou em outras palavras por que conseguimos um espectro de cores
quando incidimos luz branca através de um prisma de vidro.
Nessa animação o tempo está temporariamente congelado
e isso parou o movimento dos fótons para que possamos examinar melhor
a dinâmica da interação entre vidro e fótons.
Quando a fileira de campos de fótons entra no prisma de vidro
nós vemos que cores diferentes refratam,
ou se curvam em ângulos diferentes.
Então vemos que quando saem do prisma de vidro
os campos de fótons também refratam em ângulos diferentes
de acordo com o comprimento de onda ou cor da luz.
Claramente a luz refrata na superfície do prisma de vidro
e os campos do fóton destacados em branco são o que nós queremos focar.
Agora vamos observar enquanto dois fótons e seus campos viajam através do prisma de vidro.
Podemos ver claramente que os campos do fóton violeta refratam mais
quando cruzam a superfície do prisma de vidro do que os campos do fóton vermelho.
Então quando os campos de fótons saem do vidro
nós também vemos que novamente os campos do fóton violeta
refratam mais agudamente que os campos do fóton vermelho.
Desta vez vamos ampliar a imagem para observar quando os campos do fótons entram no prisma de vidro.
Você pode ver claramente que o fóton violeta refrata mais agudamente que os campos do fóton vermelho
devido ao tamanho menor dos campos.
Portanto quanto menores os campos,
mais agudamente eles refratam.
Uma vez que o tamanho dos campos está relacionado com o comprimento de onda,
isso está de acordo com o que nós realmente observamos
quando a luz é refratada por um prisma de vidro no mundo real.
Vamos observar exatamente quando os campos do fóton vermelho entram no prisma de vidro.
Repare como o limite frontal dos campos do fóton atinge o vidro primeiro,
o que então gira o fóton e seus campos.
Então à medida que entram no vidro os campos são comprimidos
como vimos nas corridas de fótons que fizemos um pouco antes.
Agora enquanto os campos saem do vidro eles descomprimem.
Uma vez que uma margem dos campos do fóton saem primeiro do vidro ela incha primeiro
e portanto empurra aquele lado do fóton girando-o com seus campos.
Novamente vemos os fótons violeta e vermelho passando pelo prisma de vidro.
Então agora você sabe verdadeiramente por que a luz refrata
quando passa por um vidro ou outros materiais transparentes
É uma física simples uma vez que você conheça como os fótons de luz são estruturados.
Novamente vemos que os campos ao redor de um fóton
são de polaridade oposta.
Aqui temos algumas fileiras de fótons alinhadas com suas formas de onda correspondentes.
Agora vamos sobrepor as fileiras de fótons.
Quando formas de onda se alinham umas com as outras,
dizemos que elas estão em fase.
Quando as formas de onda não estão alinhadas,
dizemos que elas estão fora de fase.
Quando os campos dos fótons se sobrepõem em fase,
os campos de polaridade vermelha se alinham
e os campos de polaridade azul se alinham.
Isso resulta num aumento de energia e os fótons brilham mais intensamente.
Isso é chamado de interferência construtiva.
Quando os campos de fótons se alinham fora de fase, os campos de polaridade oposta
de alinham e o fluxo de energia do campo vermelho anula o fluxo de energia do campo azul.
Isso resulta em nenhuma energia indo para os fótons sobrepostos
e portanto eles não emitem luz.
Em outras palavras,
ambos os fótons se anulam quando se alinham fora de fase.
Isso é chamado de interferência destrutiva.
Como os campos de fótons continuam a se mover, nós vemos as interferências construtivas e destrutivas.
Por isso é que a luz ou desaparece ou se torna mais brilhante
em experimentos de interferência de laser.
Você pode ver que essa não é uma situação de liga e desliga.
Quanto mais os campos sobrepostos se alinham em fase, mais brilhante será o fóton.
E quanto mais os campos se alinham totalmente fora de fase,
mais o fóton escurece.
Por isso é que não há cortes bruscos nos padrões de interferência.
Há uma transição gradual entre claro e escuro nos padrões de interferência do laser devido a esse efeito.
Agora temos dois conjuntos planos de campos de fótons.
Repare que o conjunto de campos de fótons à direita pode girar.
Na realidade, os campos sobrepostos resultariam em nenhuma luz,
mas as limitações do software de animação que eu usei não permitem que eu alcance o efeito desejado aqui.
Mas você pegou a idéia.
Agora observe o que acontece quando nós giramos um dos conjuntos de campos de fótons.
Agora vamos ao centro da difração de borda.
Repare os intrigantes padrões ao redor da borda da gilete.
Essa animação mostra um atirador de fótons que emitirá uma fileira única de fótons na direção da borda amarela.
Repare que quanto mais os campos do fóton atingem a borda, mais o fóton e seus campos são refratados.
O fóton em si ainda passa pela borda,
mas seu caminho é alterado devido ao arrasto dos seus campos passando pela borda.
Então se tivermos campos de fótons atravessando a borda amarela a diversos níveis
nós teremos uma variedade de difrações como mostrado aqui.
Então quando esses campos de fótons difratados se cruzam
nós vemos os padrões de interferência emergirem.
Por esse motivo vemos os padrões de interferência ao redor da borda da gilete.
Agora discutiremos a difração de fenda
que é basicamente apenas difração de borda,
mas com duas bordas paralelas entre si de lados opostos de um raio de fótons.
Como você pode ver aqui a fenda mais larga resulta no padrão mais estreito.
A maior porcentagem dos fótons passando pela fenda estreita
são afetados pelas bordas da fenda
do que no caso da fenda mais larga.
Então as bordas da fenda mais larga
afetam uma porcentagem menor dos fótons que passam pela fenda
do que no caso da fenda mais estreita.
Nessa demosntração fornecida pelo MIT
nós vemos um laser vermelho incidindo sobre uma fenda simples
que pode variar de largura durante a demonstração.
Quando a largura da fenda aumenta, o padrão fica mais estreito.
E quando a largura da fenda diminui, o padrão fica mais largo e mais difuso.
Aqui vemos nosso canhão de fótons novamente,
mas dessa vez ele foi modificado para emitir
ao mesmo tempo duas fileiras de fótons com seus campos.
Uma fenda simples
nos dá um padrão de fótons em forma de leque.
Agora veremos o que aconteceria se tivéssemos duas fendas com fótons passando por elas.
A distância entre as fendas é variada
de modo que podemos observar as mudanças no padrão de interferência.
Esses padrões de interferência são o resultado de interferências construtivas e destrutivas.
Então agora você sabe qual a verdadeira causa da natureza dupla da luz que se percebe.
Os campos ao redor do fóton obviamente resultam
no comportamento semelhante a ondas da luz
e de outras radiações eletromagnéticas.
Mas ainda tempos um problema com o experimento de fenda dupla que precisamos examinar.
O padrão de interferência ainda aparece
mesmo se atirarmos um único fóton ou elétron
através da fenda dupla.
É como se um único fóton ou elétron
interferisse consigo mesmo,
mas como pode ser isso?
Até esse ponto eu tenho mostrado para você uma versão simplificada
de como os campos estão de fato estruturados
de modo a evitar confusão.
Há muito mais a respeito desses campos
do que já vimos até agora.
Agora ficará um pouco mais complicado
quando começarmos a discutir como esses campos magnéticos
se sobrepõem e interagem uns com os outros.
Aqui temos o fóton e seus campos novamente.
mas na realidade os campos eletromagnéticos
não acabam nos limites dos campos mostrados aqui.
Eles continuam muito além,
mas também ficam muito mais fracos
à medida que se afastam do fóton.
Agora temos o campo vermelho mostrado estendendo-se
muito além do que nós mostramos até esse ponto.
Novamente esse campo eletromagnético estendido
é muito mais fraco nos limites externos
do que é próximo do fóton.
Agora nós vemos o campo eletromagnético estendido azul.
Quanto mais longe do fóton você vai, mais fracos são os campos.
Repare a interessante similaridade com a função de onda do Hidrogênio 421.
Agora temos dois fótons.
E agora nós temos os campos eletromagnéticos estendidos desses dois fótons.
Repare como os campos eletromagnéticos estendidos se sobrepõem.
Aqui vemos os campos estendidos representados em grade de linhas.
Agora nós vemos os campo eletromagnéticos estendidos se sobrepondo.
Vamos adicionar alguns fótons e campos para termos uma fileira de fótons e campos.
Aqui temos um conjunto de campos eletromagnéticos estendidos.
E então dois conjuntos de campos eletromagnéticos estendidos.
Agora temos todos os campos eletromagnéticos estendidos dos fótons.
Você pode ver porque eu evitei discutir esses campos estendidos até agora.
Mas da forma como esses campos se sobrepõem é muito importante
para poder compreender o experimento da fenda dupla
e como a união na matéria pode ser tão forte.
Então você pode ver que os campos eletromagnéticos estendidos
chegam bem longe do fóton assim como os campos do nosso Sol
se estendem muito além do Sol.
Os campos do Sol estendem-se além de Plutão,
e mesmo tão distantes do Sol o vento solar ainda leva partículas carregadas.
Então você poderia pensar no Sol como um fóton gigante.
Novamente nós temos um único fóton com seus campos eletromagnéticos estendidos.
Uma dos experimentos mais intrigantes na física é o experimento da fenda dupla.
Até agora não há nenhuma explicação satisfatória para os padrões de interferência que resultam
de lançar um único fóton ou um elétron por vez através das fendas.
É se o fóton ou elétron interfere com ele mesmo.
Mas esse paradoxo aparente é resolvido
quando você compreende que fótons e elérons não são apenas bolas de energia condensada.
Fótons e elétrons também são envolvidos pelos seus campos eletromagnéticos
que são muito maiores e há energia fluindo nesses campos eletromagnéticos estendidos.
O fóton ou elétron passa através de uma fenda.
Então alguma da energia dos campos eletromagnéticos estendidos simultaneamente passa através da outra fenda
e essa energia interfere com a energia do fóton ou elétron que passou pela fenda oposta.
É por isso que um fóton ou elétron pode interferir consigo mesmo.
O mistério do famoso experimento da fenda dupla não é mais um mistério.
Isso nos traz ao fim da Parte 3 de Campos Primários.
Estou atualmente planejando um total de sete partes
para cobrir apropriadamente a base dos Campos Primários e as implicações que tem em nosso mundo.
Então já temos três feitas e quatro a fazer.
Nessa parte de Campos Primários nós aprendemos sobre fótons
de radiação eletromagnética e os campos eletromagnéticos que os envolvem.
Nós vimos a real causa da interferência construtiva e destrutiva.
Foi mostrado como quando os campos eletromagnéticos da mesma polaridade se alinham
nós temos interferência construtiva e o fóton brilha mais intensamente.
Então vimos que quando os campos eletromagnéticos de polaridade oposta se alinham,
eles cancelam suas energias portanto escurecem o fóton.
Isso que aprendemos é a verdadeira causa da interferência destrutiva.
Foi visto como uma borda afiada pode fazer fótons de luz difratarem ao redor da borda
e nos dar os intrigantes padrões de interferência que vemos aqui.
Examinamos a difração de fenda fóton por fóton.
O motivo da luz desacelerar no vidro
e então acelerar de volta à plena velocidade
ao sair do vidro foi mostrada.
Então vimos que agora poderíamos explicar essas chicotadas da fibra óptica
devidas ao empurrão dos fótons na ponta da fibra óptica
quando eles saem da fibra.
A verdadeira razão porque a luz refrata
ao entrar e sair do vidro foi revelada.
Vimos que o ângulo de refração dos fótons
é determinado pelo tamanho dos seus campos.
Então a próxima vez que você vir um arco-íris
você saberá a verdadeira causa da sua beleza.
Então terminamos resolvendo o antigo mistério
do famoso experimento da fenda dupla.
Na Parte 4 de Campos Primários
discutiremos a estrutura da matéria até o nível sub-atômico.
Agora vai ficar realmente interessante.
Tradução e legendas Ricardo Camargo Jundiaí/SP - Brasil