Luz

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A luz é muito importante para o universo e nossa existência. A luz solar é a fonte de alimento de plantas e plâncton, que é a base da cadeia alimentar na Terra. A luz do sol também aquece o planeta e faz com que seja habitável. A luz também é necessária para a visão. No entanto, apesar de sua importância, os cientistas de hoje ainda não a compreendem completamente. Além disso, a velocidade limitada em que a luz pode viajar levanta muitas questões preocupantes, tanto para o Criacionismo quanto para a Teoria da Evolução.

O que é luz?

A luz visível se encontra dentro de uma pequena área do espectro electromagnético

A luz refere-se à porção de luz visível dentro do espectro electromagnético. Esta luz visível viaja através de campos eletromagnéticos, na forma de pacotes de energia chamados fótons. Um fóton é uma partícula elementar que viaja tanto como uma onda electromagnética quanto como uma partícula, e tem propriedades de ambos. Por exemplo, a luz pode ser refletida e refratada apenas como ondas, mas também pode atingir e afetar outras partículas como elétrons. Esta propriedade de luz é chamada dualidade onda-partícula.[1] Os fótons viajam como ondas através de campos electromagnéticos. Estas ondas têm amplitude, que determina o brilho, e frequência, que determina a cor. Conforme estas ondas atingem nossos olhos, eles são interpretados como cores diferentes.[2]

A luz pode ser produzida através de incandescência ou luminescência. A luz incandescente é emitida quando a energia eletromagnética é liberada a partir de um átomo aquecido. Incêndios, estrelas, e luz de lâmpadas emitem luz incandescente. A cor da luz emitida é dependente da quantidade de energia que os átomos tem. Átomos de menor energia emitem luz no espectro infravermelho, enquanto átomos de energia mais elevada emitem luz mais para a extremidade azul do espectro. A luz luminescente é emitida por elétrons excitados. Quando os elétrons são energizados, eles pulam para outro nível de elétrons, e depois saltam de volta para baixo ao seu nível original, e isto emite energia eletromagnética. A maioria das reações químicas, monitores de computador, e luzes de néon emitem luz luminescente.[2]

A luz visível é a luz que vemos com os nossos olhos. Eles são ondas eletromagnéticas que são vistas como um arco-íris. A luz é dividida ao passar por um prisma, indo cada cor numa direção diferente, dependendo do comprimento de onda. O vermelho tem o comprimento de onda mais longo e a violeta tem o menor. [3] As freqüências da luz visível, variam de 4-7.5 X 1014Hz. Embora existam várias cores diferentes de luz visível, existem muitos tipos de luz que não podem ser vistas. Os melhores exemplos destes seriam o infravermelho, ultravioleta, raios-X e raios gama.[4]

História da Luz

Sir Isaac Newton foi uma das primeiras pessoas a propor uma teoria sobre o que é a luz. Ele alegou que a luz era um fluxo constante de partículas extremamente pequenas. Esta teoria foi aceita por um longo tempo. Em seguida, os cientistas começaram a notar propriedades da luz que não poderiam ser explicadas pela teoria de Newton. Por exemplo, quando a luz era passada através de uma fenda estreita, o feixe de luz apresentava interferência. Isso levou muitos cientistas a acreditar que a luz era uma onda, não um fluxo de partículas. Quando o trabalho feito por James Maxwell provou que as ondas elétricas e magnéticas viajam em ondas oscilantes entrelaçadas, a teoria da luz-onda tornou-se universalmente aceita. Cerca de vinte anos depois, notou-se que quando a luz entrava em contato com metal, correntes de elétrons eram originadas, algo que não concorda com a teoria de ondas eletromagnéticas de Maxwell. Albert Einstein, um físico alemão, explicou o fenômeno, propondo que a luz não era de fato uma onda, mas um pacote de energia em movimento chamado um fóton. Essa teoria ganhou o Prêmio Nobel em 1913. Mais tarde, o Prince Louis deBroglie examinou a teoria de Einstein de fótons e da teoria das ondas formadas por Max Plank e decidiu que ambas poderiam estar certos. Ele teorizou que a luz poderia realmente ser um fóton viajando como uma onda, tendo assim as propriedades de ambos. Este foi o nascimento da teoria da dualidade onda-partícula.[5]

Propriedades da Luz

A luz tem muitas propriedades interessantes que ainda fascinam os físicos hoje.

Reflexão

Quando a luz atinge uma superfície reflexiva, ele vai rebater-lo em uma direção diferente. O ângulo do feixe refletido é igual ao ângulo do feixe que está incidindo na superfície reflexiva, ou, mais simplesmente indicado pela lei da reflexão, "o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão". Existem dois tipos de reflexão: especular e difusa. Reflexão especular é a que reflete de uma superfície plana, tal como um espelho. Isso produz uma imagem plana, sem perturbações. A reflexão difusa é reflexo saindo de uma superfície áspera ou irregular, produzindo uma imagem confusa e obscura. [6]

Refração

Sempre que a luz viaja através de uma divisa entre dois meios, a luz muda sua direção. Isso é por causa da diferença de densidade entre os dois meios. Uma vez que um dos meios é mais denso do que o outro, a velocidade da luz dentro da forma mais densa é mais lenta, e isto provoca a flexão. Isto pode ser visto quando os itens subaquáticos tais como peixes parecem maiores, enquanto sob a água do que eles estão fora da água.[7] Normalmente, sempre que a luz é refratada através de um meio, um pouco da luz reflete fora do meio em vez de passar por ele. Se a luz entra no meio a um determinado ângulo, no entanto, a luz irá refratar a noventa graus. O ângulo que a luz que entra tem de estar de forma a refratar a noventa graus dentro de uma determinada forma é chamado o ângulo crítico. Se a luz que entra num meio com um ângulo superior ao ângulo crítico, toda a luz irá refletir de volta. Isto é chamado de reflexão interna total. Isto é utilizado em fibras óticas para transmitir dados em longas distâncias usando ondas de luz sem perder qualquer um dos dados.[8]

Um arco-íris é um exemplo de dispersão da luz

Dispersão

A luz branca que normalmente vemos não é realmente a cor branca. Na realidade, é uma combinação de todas as cores que faz com que a luz pareça ser de cor branca. If white light is shone through a prism or similar object, then the white light will disperse and separate out into all of the colors. A rainbow is an example of dispersion. After a rainstorm, many tiny water particles hang suspended in the air, and as white light hits the water droplets, they act like a prism, causing the white light to separate out into all of the colors.[7]

Interference

Light waves are able to interact with each other while travelling through the same medium. When two light waves come into contact with each other, they will either be amplified or cancelled out. If the two waves that encounter each other are in phase with each other, then constructive interference will occur. In this case, the amplitudes of the two beams will combine and create one amplified beam. If the two waves are not in phase with each other, then destructive interference will occur. In this case, the two waves will cancel each other out. After the two waves have passed each other, however, they will go back to their original state with absolutely no change.[9]

Diffraction

Light does not always travel in a straight line. When light encounters the corner of an object, the waves are altered, take on a new shape, and go in a new direction. This produces the fuzzy edge that most shadows have. This is also shown when light passes through a narrow slit. When light is shone through a slit, the waves interfere with each other, and instead of coming out as one beam, it comes out as many different beams of varying brightness.[10]

Speed of Light

Light travels extremely fast, at 299,792,458 meters per second or 186,282 miles per second in a vacuum.

Problems with Starlight

We should not be able to see galaxies millions of light years away, but we can.

Even though light travels at very fast speeds, outer space is also very large. The distances between objects in space are so vast that they are measured in light years, which is the distance light can travel in a year, roughly six trillion miles. For example, if an object is ten light years away, then it would take the light from that object ten years to reach us. This consistency in the speed of light presents an interesting problem for both Creationism and the Big Bang Theory.[11]

Starlight Travel Time Problem

According to the Biblical model of Creation, the universe is only about 6,000 years old. If this is true, than we should only be able to see stellar objects that are closer than 6,000 light years to us. The problem is this is not true. In fact, we can see galaxies that are billions of light years away, even though there should not have been enough time for the light from those galaxies to reach us. Creationist scientists have been trying to find an explanation to the starlight travel time problem for years, and although there is no definite answer so far, many different theories have been presented.[11]

Solutions to the Starlight Travel Time Problem

Many solution shave been presented to explain this problem. Some people have argued that in the past, light traveled at a much faster rate than it does now. If this were true, then the light would have easily been able to reach earth in a few thousand years. One article by B. Setterfield argues that light could have been extremely fast at the time of creation and decreased exponentially to the speed that it is today. By examining the predicted speeds of light in past years, he drew a graph that he used to predict the speed of light in past years. The results showed a time for creation at about 4,040 B.C., with light traveling at 1.5 x 1017 kilometers a second, about 5 x 1011 faster than the current speed. According to the theory, the speed of light then decreased exponentially from this point, until it reached the speed that it is today. This model explains the starlight time travel problem, as well as problems found with quasars. There are many other similar theories, and although none have been proven yet, this general theory appears to be a plausible explanation for the starlight travel time problem.[12]

Another possible solution to the starlight travel time problem involves the relativity of time and white holes. This theory, often called Humphrey's White-hole Cosmology, argues that during the creation week, all matter came out of a white hole, which is a theoretical object with an extremely high mass that emits all kinds of matter. The large mass of the white hole would have an extremely powerful gravitational field, powerful enough to affect the flow of time. The earth, supposedly being near the white hole, would be affected by the warping of time, so time would flow much slower on earth than it would in the rest of the cosmos. Thus, while six days of creation passed on earth, millions or billions of years could have passed in the rest of the universe, giving plenty of time for the light from distant galaxies to reach us. This theory has many problems, and has been revised many times. While this particular theory is not generally accepted as fact, the fact that time was warped during the creation week is still considered plausible, and is still usually considered a possible solution to the starlight travel time problem.[11]

Another possible and much more simpler solution to the starlight travel time problem is that God is all powerful and made all light visible at all points in the universe at creation with his infinite power. While this may seem like an obvious and easy solution to the problem, it itself has some problems. We can see supernovas occurring millions of light years away. The problem is, those supernovas must have happened millions of years ago for the light to reach us at its constant travelling speed, which is way before Creation, so the light would have come from an event that never actually occurred. Many Christians have difficulty accepting the fact that God would intentionally deceive us by creating light from events that never happened.[11]

The Horizon Problem

While many evolutionists point out the starlight travel time problem, they forget that the Big Bang Theory has its own problem with starlight travel time. According to the Big Bang Theory, the early universe was extremely varied in temperature throughout. However, today we see an almost uniform temperature throughout the entire universe. The problem is, the different areas of the universe would have had to exchange light in order to become equal in temperature. Even with the billions of years allotted for the Theory of Evolution, there has not been enough time for the different areas of the universe to exchange light. This problem is called the Horizon Problem. Evolutionists still struggle with solving this problem, and very few likely solutions have been proposed.[13]

Solutions for the Horizon Problem

The current and most accepted theory to solve the Horizon Problem is called Inflation. Basically, the theory argues that at one point, the universe was condensed and all points in it were in very close contact with one another, allowing them to share light. Then, the universe inflated greatly, so the universe was uniform before it expanded. This theory is far from being proved, and there are no models that propose a likely way for the universe to suddenly inflate. There are many other problems associated with Inflation, so the Horizon Problem is still highly controversial.[13]

Many other theories to solve the Horizon Problem, mainly dealing with time variance due to gravity, an increased speed of light in the past, and the possibility that light travels through alternate dimensions.[13]

Referências

  1. What is a Photon? Andrew Jones, About.com, Acessado em 10 de abril de 2011
  2. 2,0 2,1 What Is Light? Think Quest, Acessado em 10 de abril de 2011
  3. Netting, Ruth. visible light waves Visible light waves. Web. Date of access March 31, 2014.
  4. Nave, R. Infrared Electromagnetic spectrum. Web. Date of access March 31, 2014.
  5. Light Background ThinkQuest, Acessado em 21 de abril de 2011
  6. Reflection Think Quest, Accessed April 10, 2011
  7. 7,0 7,1 Properties Of Light Physics Planet, Acessado em 10 de abril de 2011
  8. Total Internal Reflection Hyper Physics, Acessado em 10 de abril de 2011
  9. Interference Think Quest, accessed April 10, 2011
  10. Diffraction Think Quest, Accessed April 10, 2011
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 A New Cosmology: Solution to the Starlight Travel Time Problem John G. Hartnett, Creation Ministries International, August 2003]
  12. The Velocity of Light and the Age of the Universe B. Setterfield, Answers in Genesis, March 1, 1981
  13. 13,0 13,1 13,2 Light-travel Time: A Problem for the Big Bang Robert Newton, Answers in Genesis, September 2003