Uma previsão aparentemente paradoxal na física foi agora confirmada em um experimento:não importa se um objeto é opaco ou transparente, o comprimento médio dos caminhos da luz através do objeto é sempre o mesmo.

O que acontece quando a luz passa por um copo de leite? Ele entra no líquido, é espalhado de forma imprevisível em incontáveis ​​partículas minúsculas e sai do vidro novamente. Este efeito faz o leite parecer branco. Os caminhos específicos que o feixe de luz incidente percorre dependem, Contudo, na opacidade do líquido:uma substância transparente permitirá que a luz viaje em linha reta, em uma substância turva, a luz será espalhada inúmeras vezes, viajando em trajetórias em zigue-zague mais complicadas. Mas, surpreendentemente, a distância total média percorrida pela luz dentro da substância é sempre a mesma.

Professor Stefan Rotter e sua equipe (TU Wien, Áustria) previu este resultado contra-intuitivo juntamente com colegas franceses há três anos. Agora, ele e seus colaboradores de Paris verificaram essa teoria em um experimento. Os resultados já foram publicados na revista Ciência .

Partículas e Ondas

"Podemos ter uma ideia simplificada desse fenômeno quando imaginamos a luz como um fluxo de partículas minúsculas, "diz Stefan Rotter." As trajetórias dos fótons no líquido dependem do número de obstáculos que eles encontram.

De uma forma clara, líquido completamente transparente, as partículas viajam em linhas retas, até que saiam do líquido do lado oposto. Em um líquido opaco, Contudo, as trajetórias são mais complicadas. O feixe de luz é espalhado com frequência ao longo de seu caminho, ele muda de direção muitas vezes, e só pode atingir o lado oposto depois de percorrer uma longa distância dentro da substância opaca.

Mas em um líquido turvo, também há muitos fótons, que nunca alcançará o lado oposto. Eles não atravessam completamente o líquido, mas apenas penetre um pouco abaixo da superfície e após alguns eventos de espalhamento eles saem do líquido novamente, portanto, suas trajetórias são bastante curtas. "Pode-se demonstrar matematicamente que, bastante surpreendentemente, esses dois efeitos se equilibram exatamente, "diz Stefan Rotter." O comprimento médio do caminho dentro do líquido é sempre o mesmo - independentemente de o líquido ser transparente ou opaco. "

À segunda vista, a situação é um pouco mais complicada:"Temos que levar em consideração que a luz viaja através do líquido como uma onda, e não como uma partícula ao longo de uma trajetória específica, "diz Rotter." Isso torna mais difícil chegar a uma descrição matemática, mas ao que parece, isso não altera o resultado principal. Além disso, se considerarmos as propriedades de onda da luz, o comprimento médio associado à luz que penetra no líquido sempre permanece o mesmo, independentemente da força com que a onda está espalhada dentro do meio. "

Experimentos em águas turbulentas

Os cálculos teóricos que descrevem esse comportamento contra-intuitivo já foram publicados três anos atrás em uma publicação conjunta da equipe de Stefan Rotter e seus colegas de Paris. Agora, os mesmos grupos de pesquisa conseguiram verificar o notável resultado em um experimento. Os tubos de ensaio foram enchidos com água, que foi então ofuscado com nanopartículas. À medida que mais nanopartículas são adicionadas, a luz é espalhada com mais força e o líquido parece mais turvo.

"Quando a luz é enviada através do líquido, a forma como é espalhado muda continuamente, porque as nanopartículas continuam se movendo no líquido, "diz Stefan Rotter." Isso leva a um efeito cintilante característico na superfície externa dos tubos. Quando este efeito é medido e analisado cuidadosamente, pode ser usado para deduzir o comprimento do caminho da onda de luz dentro do líquido. "E, de fato:independentemente do número de nanopartículas, não importa se a luz foi enviada através de uma amostra quase perfeitamente transparente ou de um líquido semelhante ao leite, o comprimento médio do caminho da luz foi considerado sempre o mesmo.

Esse resultado ajuda a entender a propagação de ondas em mídias desordenadas. Existem muitas aplicações possíveis para isso:"É uma lei universal, que, em princípio, vale para qualquer tipo de onda, "diz Stefan Rotter." As mesmas regras que se aplicam à luz em um líquido opaco também se aplicam às ondas sonoras, espalhados em pequenos objetos no ar ou mesmo ondas de gravidade, viajando por uma galáxia. A física básica é sempre a mesma. "