Einstein propôs uma solução em 1905: uma onda de luz é composta por muitas unidades discretas chamadas “quanta”, cada uma com energia relacionada à frequência da onda. Quanto maior a frequência da onda, mais energéticos são os seus quanta. E quanto mais brilhante a onda, mais quanta existem. Se você tentar iniciar uma corrente elétrica em uma placa de metallic com luz vermelha de baixa frequência, não terá mais sucesso do que se tentasse derrubar uma geladeira com bolas de pingue-pongue; nenhum número seria suficiente. Mas usar luz azul de alta frequência é como mudar para pedras. Cada uma dessas unidades tem força suficiente para excitar um elétron, mesmo com pouca luz e com muito poucos deles.
A teoria de Einstein foi recebida com ceticismo. Os físicos protegeram ferozmente a teoria da luz como uma onda eletromagnética de James Clerk Maxwell, então com 40 anos. Eles tinham visto a luz refratando, difratando e fazendo todas as coisas que as ondas fazem. Como poderia ser feito de partículas?
Mesmo depois de Einstein ter ganho o Prémio Nobel da Física em 1921 pela sua teoria do efeito fotoeléctrico, o debate continuou entre os físicos. O efeito sugeriu que algo está quantizado; caso contrário, não haveria um limite mínimo necessário para que os elétrons fluíssem. Mas alguns físicos, incluindo Niels Bohr, considerado um dos fundadores da teoria quântica, continuaram a explorar a possibilidade de que apenas a matéria fosse quantizada, e não a luz. Hoje, esse tipo de teoria é chamada de “semiclássica” porque descreve um campo clássico interagindo com matéria quantizada.
Para ver como uma teoria semiclássica pode explicar o efeito fotoelétrico, think about uma criança num balanço. Eles são como um elétron em um metallic. Eles têm um estado basic (não oscilante) e um estado excitado (oscilante). Uma onda clássica é como dar uma série de empurrões na criança. Se os empurrões ocorrerem em alguma frequência aleatória, nada acontece. A criança pode pular um pouco, mas basicamente permanecerá em seu estado basic. É somente quando você empurra com a frequência certa – o swing “ressonante”frequência – que a criança acumula energia e começa a balançar. (Os elétrons em um metallic são um pouco diferentes; eles ressoam com toda uma “banda” contínua de frequências, em vez de apenas com uma. Mas o resultado é o mesmo: qualquer onda abaixo dessa banda de frequência não faz nada, enquanto qualquer onda nessa banda de frequência excita elétrons e faz uma corrente fluir.)
Einstein acabou sendo justificado, mas não apenas pela força do efeito fotoelétrico. Experimentos posteriores que colidiram elétrons e fótons como projéteis descobriram que o momento também veio em pedaços. Esta pesquisa acabou descartando a alternativa principal – uma teoria semiclássica da luz e da matéria de Bohr e seus colaboradores. Em 1925, ao ver os dados, Bohr concordou em “dar aos nossos esforços revolucionários um funeral tão honroso quanto possível” e deu as boas-vindas à luz no rebanho quântico. Os quanta de luz ficaram conhecidos como fótons.
Poucos duvidaram do fóton depois de 1925, mas os físicos são minuciosos. Só porque ninguém conseguia pensar em uma teoria semiclássica viável não significava que ela não existisse. O prova closing O fato de os fótons serem reais surgiu no closing da década de 1970, quando pesquisadores de óptica quântica mostraram que a luz chegava a um detector em um padrão que nenhuma teoria semiclássica poderia imitar. Os experimentos foram semelhantes a disparar uma arma de fótons uma vez por segundo e confirmar que o detector clicou uma vez por segundo em resposta. As guerras de fótons terminaram com um gemido.
“Havia montanhas de evidências de que este conceito de fóton period útil e important”, disse Wilczek.
As Guerras Graviton Começam
Em agosto de 2023, Daniel Carney e os seus colaboradores dispararam o primeiro tiro numa nova guerra.
Tudo começou quando o colega de Carney, Nicholas Rodd, teve uma ideia semelhante à de Pikovski, sobre uma possível forma de detectar um gráviton. “Ficamos tremendous entusiasmados”, disse Carney, físico do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
Mas quando ele e os seus colaboradores investigaram a literatura, descobriram a complicada história do fotão e até que ponto os investigadores da óptica quântica tinham ido na década de 1970 para colmatar as lacunas finais. Eles traduziram esses testes mais rigorosos para o contexto gravitacional e descobriram que Dyson estava certo. Provar realmente a quantumidade através da detecção de grávitons isolados, um após o outro – em vez de arrancar um de um tsunami, no estilo da proposta de Pikovski – exigiria, de facto, maquinaria à escala planetária.
