Efisica

A óptica quântica

 


Em 1900, Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) introduz o conceito de quanta para a explicação do espectro da radiação emitida por corpos aquecidos a uma dada temperatura T, como por exemplo, fornos de fundição. Surgiu então o conceito de que a radiação era absorvida pelos átomos da cavidade de forma discreta, o que deu origem à mecânica quântica. Foi introduzida a constante de Planck e a energia absorvida por átomos com frequência de ressonância n como En = h . Embora Planck tivesse quantizado os átomos da cavidade, foi Einstein, que com a explicação do efeito fotoelétrico, quantizou a onda eletromagnética associando a ela uma partícula, que posteriormente foi denominada fóton.

Com as idéias introduzidas por Niels Bohr e pelos cientistas da escola de Copenhagen, a mecânica quântica foi desenvolvida na sua quase totalidade até 1927. O trabalho de Schrödinger, que introduziu a função de onda na descrição de um sistema quântico, está fortemente baseada na analogia que existe entre a óptica geométrica e a mecânica clássica, que será revisada no próximo capítulo. Portanto, como já mencionamos, o entendimento dos fenômenos que ocorrem na óptica ondulatória auxiliam bastante o aprendizado da mecânica quântica.

De acordo com o que foi explanado acima, podemos dividir o estudo da óptica em três partes:

a) óptica geométrica - trata-se a luz como raios que se propagam em linha reta nos meios homogêneos, de acordo com a descrição de Newton. Nos capítulos 2 e 3 abordaremos alguns de seus aspectos, sem no entanto exaurir completamente o assunto.

b) óptica física - leva em conta a natureza ondulatória das ondas eletromagnéticas e como conseqüência temos a aparição de fenômenos tais como interferência e difração. Esta parte da óptica está relacionada com o entendimento que Huygens tinha a respeito da natureza da luz, e será apresentada nos capítulos de 4 a 9.

c) óptica quântica - nesta parte quantiza-se o campo eletromagnético, aparecendo assim o fóton. Com esta teoria podemos tratar da interação entre fótons e átomos e explicar detalhadamente o funcionamento do laser.

Neste curso estaremos interessados principalmente em óptica física, embora façamos uma breve revisão de óptica geométrica. Veremos, no cap. 4, a origem da equação de ondas e sua solução para em seguida abordarmos problemas ligados à polarização das ondas eletromagnéticas, tais como a geração de uma dada polarização e seu uso. Descrevemos vários dispositivos que geram ou alteram uma dada polarização. No capítulo subsequente analisaremos o fenômeno de interferência, discutindo vários tipos de interferômetros e suas aplicações. No Cap. 6, veremos um tópico importante para a obtenção de interferência, que é a coerência da fonte de luz utilizada. Finalmente, estudaremos a difração de luz e suas aplicações práticas, dentre as quais se destaca a rede de difração.

Este curso certamente será melhor aproveitado se for acompanhado com demonstrações dos vários tópicos abordados. Levando este fato em conta, incluímos no capítulo final práticas demonstrativas que ilustram e complementam os assuntos apresentados.


 

 

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