Os Fótons, a Luz e outras Radiações: Entendendo para Desmistificar

Os fótons - este ente misterioso e objeto de estudo da Física - tem tudo a ver com essa luz que nos alumia.
Também com algumas maléficas radiações que - veremos porque - devemos evitar.
E com enganos/engodos nada iluminados em textos cientificamente obscuros.

A motivação para escrever este artigo foi, primeiramente, a ideia de que um conhecimento (mesmo que superficial) acerca do que são e como agem estas entidades físicas, contribuiria para que as pessoas evitassem certas radiações destrutivas - chamadas de ionizantes - a que estamos expostos diariamente (ou eventualmente). Mais especificamente, vejo constantemente pessoas comprando óculos de sol de camelôs, sem os imprescindíveis filtros, ou tostando ao sol, sem filtro solar.

A segunda motivação vem do fato de que é generalizada a falta de consistência e do entendimento físico mínimo em muitos textos da Internet, quando se toca nos temas fótons, luz e radiações.  Outro dia, por exemplo, vi alguns absurdos científicos em um texto esotérico/apocalíptico envolvendo os misteriosos fótons - a meu ver aproveitando a falta de familiaridade da maioria das pessoas com o tema. Um exemplo é este parágrafo:

"Em 1961 informações de satélites descobriram uma faixa de FÓTONS ou ANEL MANÁSICO que a Física não conseguiria explicar, envolvendo o sistema das Plêiades da qual, na verdade, nosso sol e várias outras estrelas também fazem parte. Assim, nosso Sol orbita este sistema em num período de 24.000 anos, durante os quais nós passamos alternadamente 10.000 anos na escuridão e 2.000 anos na luz do cinturão. Neste momento, estamos na premência de entrar na luz de novo, levando nossos átomos à uma SUTILIZAÇÃO. Outra maneira de ver esse fenômeno seria: numa órbita completa, temos aproximadamente cinco sextos de trevas e aproximadamente um sexto de luz, ou uma proporção de 5:1, com predominância das trevas...."

Constelação de Plêiades

Muitos argumentos a favor ou contra o texto surgiram. Os familiarizados com a área da Física (Astrofísica, Física de Partículas e de Campos) enxergaram erros crassos na teoria, tanto físicos quanto astronômicos. Também pode-se identificar elementos clássicos dos hoaxes, ou e-farsas, como a não citação de fontes. Só "googlar" que aparecerão alguns textos sobre o assunto.

O fato é que "fótons", luzes e radiações parecem entes muito misteriosos...e são! Mas não no sentido que certos textos se aproveitam.

Minha intenção não é criticar de alguma forma quem leva ideias como as do texto acima em conta, mas existem muitos pecados dentro da argumentação científica que finge desenvolver, fato este que enxergo com certa clareza por ser da área.

Desta maneira, com a visão de físico, vi que não existe nada na Internet que esclareça, especificamente mas de maneira ampla, o que é importante para uma pessoa não familiarizada com Física saber sobre os misteriosos FÓTONS. Neste sentido, se discorrerá aqui um pouco sobre este tema, mas em linguajar simples pois, sendo a linguagem da Física a matemática avançada, só quem é de áreas afins tem obrigação de compreender.

Então vamos lá, começando com um pouquinho só de definições e teorias:

FÓTON é a partícula elementar mediadora da força eletromagnética. É um quantum de energia da radiação eletromagnética (ou - mais romanticamente - poderia até ser chamado de "a partícula quântica da luz"!).
De acordo com a dualidade partícula-onda (descrita pela mecânica quântica), um fóton pode atuar como uma partícula, como quando sensibiliza um filme numa câmera, ou como uma onda, por exemplo quando passa através de uma lente ótica.
Já de acordo com a relatividade geral, no espaço vazio os fótons (luz, radiação) estão em perpétuo movimento e viajam à velocidade da luz (299.792.458 metros por segundo) em uma linha reta, depois de se levar em conta a curvatura do espaço-tempo. Isso quer dizer que fótons só podem desviados de alguma maneira da trajetória reta, no espaço, pela presença de um campo gravitacional, como os gerados por astros celestes ou buracos negros.

O que chamamos de LUZ VISÍVEL- tão importante para nossa existência - é formada por uma grande quantidade de fótons, tendo a sua intensidade ou brilho dada pela quantidade dos mesmos que se encontra no fluxo que chega a nossos olhos. É digno de nota que a luz que nos permite enxergar o mundo é apenas uma insignificante faixa do espectro eletromagnético, um minúsculo fio na trama universal.

Tendo os conceitos acima em mente, observa-se que o fóton, ao se manifestar nas mais diversas frequências, forma o chamado "ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO" (mostrado na próxima figura), que é o intervalo completo das RADIAÇÕES (ou ONDAS) eletromagnéticas, e começa com as ondas de rádio e vai até a radiação gama (ou raios γ). Como toda onda, a radiação eletromagnética (como a faixa da luz visível) carrega energia, tem uma freqüência (f) característica (dada em ciclos por segundo) e um comprimento de onda (λ), dado em metros.
No caso de ondas eletromagnéticas que se deslocam no vácuo, temos f = c/λ, em que c é a velocidade da luz no vácuo. Essa expressão diz que quanto maior a frequência, mais energia a onda carrega e menor é o seu comprimento de onda.

A elucidativa figura abaixo está no site do Wikipédia no tema "espectro eletromagnético" (leia, está bem elaborado!):

Espectro Eletromagnético

Energia>>          Freqüência>>       <<Comprimento de onda

----1---------2---------3---------4---------5---------6--------7----

Pela figura, pode-se ver claramente que o espectro eletromagnético é um continuum, não existindo subdivisões "reais", mas alguns nomes são dados de acordo com alguns intervalos de interesse, tais como:

1. Ondas de Rádio. Freqüência de 30 MHz a 3 GHz; Comprimento de onda: 10 m a 10 cm.
2. Microondas. Freqüência: 3 GHz a 30 GHz; Comprimento de onda: 10 cm a 1 mm.
3. Infravermelho. Freqüência: 300 GHz a 400 THz; comprimento de onda: 1 mm a 700 nm.
4. Luz Visível. A radiação visível vai, aproximadamente, de 400 THz ("lado" do vermelho) até cerca de 769 THz ("lado" do violeta); comprimento de onda: 780 nm a 390 nm.
5. Ultravioleta. Freqüência: 750 THz a 300 PHz; comprimento de onda: 400 nm a 1 nm.
6. Raios X. Freqüência: 300 PHz a 60 EHz; comprimento de onda: 1 nm a 5 pm.
7. Raios Gama. Freqüência: ~ 60 EHz a 300 ZHz/300 YHz; comprimento de onda: ~ 5 nm a 1 fm/1 am.

                                                (Obs.: 1 nm (nanometro)= 0,000000001metros)

O comprimento de onda determina com que ou quem a radiação vai interagir para transferir sua energia. Veja que dados interessantes (atenção especial aos dois últimos!):

• Ondas de rádio tem essa medida dada em metros, e por este motivo interagem com grandes objetos, como casas.
• Microondas: Tem seu comprimento de onda na casa dos centímetros ou milímetros. Por isso, a ideia de se revestir um presídio com telas (gaiola de Faraday) para bloquear celulares (que trabalham na faixa dos microondas) não é boa, pois a malha teria de ser extremamente pequena e, por isso mesmo, caríssima!
• Infravermelho. Tem tamanho de onda maior que as moléculas de nosso corpo, por isso interagem com nossa pele, esquentando-a.  É graças à energia da radiação infravermelha emitida pelo sol que é possível a vida na terra (aquecimento).
• Luz. Observe que o que chamamos de luz visível é apenas um pequeno intervalo do espectro eletromagnético, e é da mesma natureza das ondas de rádio e dos raios X, diferindo apenas pela frequência!
• Ultravioleta. A partir do ultravioleta  (UV) se começa a entrar na faixa da chamada RADIAÇÃO IONIZANTE, nociva à saúde. Este fato se deve ao seu pequeno comprimento de onda, abaixo da faixa dos micrômetros - ordem de grandeza das moléculas. Assim, estes fótons altamente energéticos podem penetrar em nosso corpo, indo até as camadas mais profundas da pele, interagindo com nossas células e com o DNA das mesmas, desequilibrando-as. Este pequeno comprimento de onda também explica porque em dias nublados não se sente queimar a pele, mas mesmo assim devemos usar filtro solar. Funciona assim: as nuvens bloqueiam os raios infravermelhos (os que esquentam), mas não bloqueiam o UV, pois seu o menor comprimento de onda faz com que ele não "enxergue" o vapor d'água das nuvens, passando direto. Atenção: para evitar que a radiação ionizante do sol danifique seus olhos, NÃO USE ÓCULOS ESCUROS SEM OS DEVIDOS FILTROS!
• Raios X e raios gama. Estas radiações tem comprimentos de onda menores que nossas células, e por isso penetram profundamente em nosso corpo. O problema é que estas radiações estão na escala de tamanho dos átomos, interagindo com eles e causando danos. O acidente radioativo de Goiânia envolveu os raios gama.

Como se vê, os fótons e os conceitos relacionados são muito bem estabelecidos na Física. Vamos utilizá-los numa análise crítica? Como, então, ficaria uma análise do texto "Cinturão de Fótons" mencionado no início do texto?

Em primeiro lugar, quando se fala em "cinturão" - no sentido astronômico - está se falando de uma reunião de materiais, como partículas de poeira e rochas, que orbitam um astro, geralmente lembrando a forma de um disco. Bom, já sabemos que fótons estão sempre em movimento, normalmente em linha reta e na velocidade da luz. Assim, para se ter fótons formando um cinturão, significa que os mesmos deveriam estar constantemente em trajetória curva (como a lua em volta da terra) presos numa determinada região do espaço. Isso seria possível?

Só se pode estabelecer algum tipo de hipótese para que isto ocorresse forçando muitíssimo a barra:
- Uma curvatura do espaço-tempo devido à presença de um intenso campo gravitacional. Será que existe um buraco negro no centro do cinturão? Obviamente não!.
- Reflexão por espelhos curvos? Refração como na fibra ótica? Acho que estes dispositivos não existem no espaço...

O texto também fala que, quando se "entra no cinturão", se "entra na luz, levando as trevas embora". Quer dizer que a frequência destes fótons "presos" no cinturão é aquela característica da pequena faixa do espectro eletromagnético que os olhos humanos utilizam e que é chamada por nós de luz visível?
E a sutilização que, segundo o texto, deve ser promovido em nossos átomos? Como? Com o calor do infravermelho? Com a atividade destrutiva das radiações ultravioleta, raios X ou gama? O texto diz fótons, não diz?

O autor do texto místico-apocalíptico poderia em sua argumentação, em vez de especificar fótons e assim construir tolices científicas, ter generalizado mais: quem sabe dizer que o cinturão é formado por uma espécie de energia desconhecida da ciência, diferente da radiação eletromagnética e de tudo que se conhece, fugindo assim dos erros dos conceitos da Física ao denominar seu ente misterioso de "cinturão de fótons" e deixando tudo por conta da fé (e mesmo assim iam ficar os gigantescos erros astronômicos...).

Espero que, com este texto, uma certa "intuição" e capacidade crítica sobre teses mencionando estas entidades físicas - a luz, a radiação, os fótons - tenham se interiorizado naquele que desconhecia totalmente o assunto e teve paciência de ler até o fim.

Muita luz para todos nós (mas não a do tipo ionizante!)!

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*Curiosidade 1: Partículas que não são constituídas de fótons - mais energéticas ainda que os raios gama - chamadas de raios cósmicos, tem um comprimento de onda tão pequeno que milhares deles atravessam a terra e o nosso corpo a cada segundo, sem sequer tomar conhecimento da nossa existência!
*Curiosidade 2: Nosso corpo produz muita radiação, desde fótons até neutrinos!

Dival