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Augustin Fresnel (1788-1827)

Fresnel não era um acadêmico de formação, mas engenheiro de pontes e calçadas. Criou alguns artefatos engenhosos em ótica, como a ``lente de Fresnel'', utilizada para direcionar a luz em faróis de sinalização marítima.

Acreditava que a luz pudesse ser produzida graças a um fluido capaz de transmitir vibrações. Supôs que a hipótese corpuscular fora a mais aceita devido apenas à maior complexidade da matemática envolvida na descrição dos movimentos ondulatórios de um meio contínuo. É curioso notar que não havia lido Newton, Huyghens, Malus (descobridor da polarização da luz) ou Young.

Em 1814, participa de conflitos políticos na França e é retido em prisão domiciliar. Ele tem enfim o tempo para se dedicar ao problema da luz. Reproduziu a experiência da difração por um fio de cabelo, observando as franjas. Se convenceu, com este experimento, da impossibilidade da teoria corpuscular. Fresnel busca orientação bibliográfica em Arago (que já lera o trabalho de Young), que recomenda leitura de Grimaldi, Newton e Young. Mas Fresnel não sabe inglês ou latim, e não chega a tomar contato com a obra de Young.

Fresnel deduz os efeitos decorrentes de uma teoria ondulatória da luz, a partir de umas poucas hipóteses fundamentais:

I.
as vibrações de luz são senoidais
II.
a difração se deve a superposição de ondas provenientes das extremidades da fenda (o que é incorreto)
III.
há interferência da luz, conforme seu estado vibratório: ``em fase'' ou em ``oposição de fase'', conforme as expressões cunhadas por Fresnel.

Como Tomas Young, Fresnel também calcula corretamente a trajetória hiperbólica do lugar geométrico dos lugares geométricos dos pontos de interferência construtiva. Desenvolve a teoria, detalhando os cálculos e explicando a reflexão, a difração, as cores...e envia a Arago (o mesmo que se interessara pelos resultados de Young). Em 1815, termina a prisão de Fresnel e ele pode trabalhar em laboratório. Faz experiências com luz monocromática e com fenda dupla. Aperfeiçoa sua teoria da difração supondo uma contribuição de ondas de todos os pontos da fenda, e não apenas das extremidades, obtendo, desta vez, o resultado correto.

Eis como Fresnel definia a propagação da luz no seu éter: ``a luz consiste de vibrações de um fluido infinitamente sutil''. Fresnel generaliza o princípio de Huyghens e passa a contestar abertamente a teoria corpuscular de Newton.

Em 1819, a Academia de Ciências de Paris oferece um prêmio ao pesquisador capaz de solucionar alguns problemas fundamentais da ótica:

  • Determinar os efeitos que ocorrem quando a luz passa na extremidade de um corpo.
  • Deduzir por indução matemática os movimentos dos raios em sua passagem na proximidade de um corpo.

Fresnel redige um enorme tratado desenvolvendo esses temas. O matemático Poisson, no juri, mostra que certo efeito bizarro deveria se produzir na difração de um anteparo circular com incidência oblíqua, o que ``provaria'' a falsidade da teoria de Fresnel. Para uma dada geometria, se encontraria um máximo na sombra geométrica do disco. Mas, realizado o experimento, o efeito realmente se produz! Fresnel ganha o prêmio em 1819.

A despeito do grande sucesso que passa a desfrutar a teoria ondulatória, a polarização da luz, descoberta por Malus, resta inexplicada. Fresnel e Ampére cogitam como possível explicação para a polarização que a luz fosse a vibração transversal do éter, mas não a admitem publicamente. Muitas experiências apontam nessa direção.

Esta hipótese esbarra, no entanto, num bloqueio fundamental: como vibrações mecânicas transversais poderiam se propagar num fluido? A despeito dessa contradição básica, Fresnel acaba por sustentar que esta é a única hipótese que explica as experiências de polarização.

Para se compreender o impasse, convém notar que não existem ondas elásticas transversais em fluidos, mas apenas em sólidos. Eis a firmação de Fresnel a propósito do éter face a esta posição da teoria ondulatória:

``é preciso acumular no éter um grande número de propriedades muitas vezes de difícil conciliação ...''

No entanto, a simples volta para a hipótese corpuscular, para resolver esta contradição, já não era possível. Além do sucesso na descrição quantitativa da interferência e difração e outros fenômenos, a teoria ondulatória da luz ganhou outro suporte experimental. Experiências de interferência da luz atravessando a água, feitas por Hipollite-Louis Fizeau, em 1849, levaram à conclusão de que a velocidade da luz é de fato inversamente proporcional ao índice de refração. A teoria corpuscular é ``definitivamente''rejeitada, ou, ao menos, por 56 anos ...até surgir a hipótese dos quanta de luz em 1905.



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