Que é a luz? Por que vemos os objetos?
4 maio 2023Nosso corpo tem recursos maravilhosos que usamos sem nem ter consciência disso. Mas, se paramos para pensar, nos deparamos com funções tão complexas e eficientes que fica difícil imaginar como podem ter surgido.
Um exemplo é nossa visão.
Todos nós tivemos nas aulas de biologia alguma explicação sobre o olho. Sabemos que a luz entra nele pela pupila, passa pelo cristalino, que é uma lente orgânica, e forma imagens na retina.
Comparando com uma sala de cinema, o cristalino é a lente do projetor, o globo ocular é a sala do cinema, e a retina é a tela onde as imagens são projetadas.
Da retina, o nervo óptico leva impulsos nervosos até o cérebro e este gera em nossa mente as cores e as imagens dos objetos. Não tenho a menor ideia de como o cérebro faz isso. Quando penso no assunto viajo para um mundo maravilhoso e misterioso.
Mas neste artigo vamos nos concentrar nos olhos e na luz.
O que é luz?
Para começar, vamos lembrar que a luz é uma onda eletromagnética*.
Para ter uma ideia concreta do que é uma onda, veja esta foto que mostra ondas criadas na superfície quando gotas caem na água:
Essa ondas foram geradas por perturbações na superfície da água. As ondas eletromagnéticas têm uma origem semelhante: elas são criadas quando prótons ou elétrons sofrem alguma perturbação. Por exemplo, numa lâmpada, os elétrons emitem luz por serem movimentados pela energia elétrica.
Esta figura mostra ondas eletromagnéticas criadas por uma lâmpada acesa. Compare com a Figura 3.
As ondas aparecem nessa figura como círculos. Mas a lâmpada ilumina o quarto inteiro, portanto as onda são esféricas, propagando-se tridimensionalmente. Os tons de cinza não representam mais ou menos luz, mas, sim, diferentes intensidades de campos eletromagnéticos. A sensação de luz só é produzida no cérebro, quando essas ondas atingem a retina.
As ondas preenchem todo o espaço, mas só um feixe fininho passa pela pupila. A figura 2 fica mais correta assim:
A figura 6 mostra uma situação real que corresponderia ao desenho da figura 5. Compare as duas imagens para entender melhor a ideia.
Pare aqui a leitura e olhe para uma lâmpada acesa. Imagine as ondas saindo dela e avançado pelo espaço como superfícies de esferas que crescem a partir da lâmpada. Imagine um estreito feixe dessas ondas entrando no seu olho pela pupila, sendo focalizado pelo cristalino, e formando uma imagem na retina, exatamente como uma tela de cinema.
Voltando à figura 4, você vê que as frentes de onda (circunferências que seriam os picos das ondas na água) têm sempre a mesma distância uma da outra. Essa distância chama-se “comprimento de onda”.
Ondas eletromagnéticas podem ter comprimentos de onda desde bilionésimos de metro até centímetros, metros e quilômetros. Para cada faixa de comprimento de onda, as ondas se manifestam com efeitos diferentes. A figura a seguir mostra o espectro eletromagnético, ou seja, todos os comprimentos de onda das ondas eletromagnéticas e como elas são chamadas em cada intervalo.
A figura seguinte amplia a faixa que corresponde à luz visível. Ela vai aproximadamente de 400 nm (400 nanômetros, ou 0,0000004 m) até 750 nm (0,00000075 m). Dependendo do comprimento de onda dentro dessa faixa, nosso cérebro produz as sensações das várias cores.
− Mas então a luz que eu enxergo tem comprimento de onda de milionésimos de metro? É essa a distância entre as frentes de onda quando eu vejo uma lâmpada acesa?
Sim, as frentes de onda da luz da figura 5 estão separadas por milionésimos de metro. Numa máquina de raio X, os comprimentos de onda são ainda menores do que isso. Já, numa antena de microondas usada na rede de telefonia celular, as ondas são maiores, com comprimentos de onda de alguns centímetros. Numa transmissão de rádio, as ondas têm comprimentos de onda da ordem de metros ou mais.
Mas, a pergunta que eu quero levantar aqui é: porquê somente ondas com esses comprimentos de onda sensibilizam nosso olho? Porquê a luz é luz? Porquê a luz ilumina os objetos?
Para responder a isso, vamos observar o gráfico que mostra a intensidade das ondas eletromagnéticas do sol que chegam até nosso planeta, em função do comprimento de onda:
Veja que a intensidade das ondas vindas do sol é máxima exatamente no intervalo que corresponde à luz visível. Seria isso uma coincidência?
O que eu vou dizer agora é uma hipótese minha. Não procurei referências bibliográficas para sustentá-la. A hipótese baseia-se na teoria da seleção natural proposta por Charles Darwin em 1859 em seu livro “Sobre a origem das espécies”.
Os seres vivos precisam se orientar no espaço para se defenderem de predadores ou para procurarem comida. Em algum momento da evolução, uma certa espécie pode ter tido uma mutação que fez surgir um tecido sensível a ondas eletromagnéticas. Como nosso planeta é inundado continuamente por ondas eletromagnéticas vindas do sol, a capacidade de sentir essas ondas produziu uma vantagem competitiva, permitindo a essa espécie caçar e fugir dos predadores com maior eficiência. Essa vantagem, pela seleção natural, favoreceu a preservação dessa espécie em detrimento de outras menos adaptadas.
Mas essas ondas ocorrem em maior quantidade na faixa que corresponde ao máximo da radiação do sol. Assim, um indivíduo da espécie no qual esse tecido era mais sensível nessa mesma faixa de ondas ficava em vantagem em relação aos outros, pois tinha maior intensidade de ondas para se orientar, e acabava sobrevivendo e se reproduzindo, seguindo o processo de seleção natural. Assim, na medida em que as gerações se sucederam, esse tecido foi se sintonizando com as ondas nessa faixa, como se fosse um receptor de rádio sintonizando uma certa estação. Com o decorrer de milhões de anos, esse sistema de percepção de ondas eletromagnéticas evoluiu para os atuais olhos e aquela espécie longínqua deu origem aos animais atuais que têm o sentido da visão.
A conclusão é: a luz não é luz por ter alguma característica intrínseca. O que faz a luz ser luz é nossa retina, que, com o passar de milhões de anos, foi se sintonizando no comprimento de onda mais abundante em nosso planeta, e nosso cérebro, que consegue gerar formas na nossa mente a partir dessa interação.
Além disso, além de detectarmos as ondas mais abundantes que nos cercam, conseguimos também diferenciar cada comprimento de onda entre elas, numa escala contínua de cores. Uma planta não é verde por alguma característica intrínseca, mas apenas porque nosso cérebro identifica aquele determinado comprimento de onda e nossa cultura deu a essa identidade o nome de “verde”.
Tentar imaginar esse processo de evolução pelo qual os tecidos primitivos teriam se transformado até chegar aos olhos, com pupila, cristalino e retina, é muito difícil. Quando tento entender, essa evolução me parece impossível. Pequenas mutações genéticas dando origem a espécies mais adaptáveis, que vão sobrevivendo em detrimento das outras, que desaparecem, me parece um processo que dificilmente chegaria ao nosso olho.
Mas aí entra outro fator, também difícil de imaginar: um processo com duração de dezenas de milhões de anos. Isso também não cabe na minha imaginação.
Isso para não pensar também no ouvido, que tem exatamente a mesma função usando ondas sonoras. E sem pensar que temos dois olhos e dois ouvidos, que facilitam a identificação da direção de onde as ondas vêm. E por aí vai.
O fato é que fico maravilhado.
Marcos Chiquetto is an engineer, Physics teacher, translator, and writer. He is the director of LatinLanguages, a Brazilian translation agency specialized in providing multilingual companies with translation into Portuguese and Spanish.
