Uma recente descoberta científica oferece uma explicação inesperada para um dos maiores enigmas da física e abre caminho para descobertas ainda mais surpreendentes Por mais de um século, o impulso da luz ao passar pela matéria causou controvérsia na física, opondo as teorias de Abraham e Minkowski. Um recente estudo teórico, publicado na revista Muy Interesante, une ambas as posições com a ajuda do spin quântico, uma propriedade fundamental da luz que explica como o seu momento linear é transmitido ao interagir com a matéria, ou seja, ajuda a compreender como a luz empurra ou move objetos ao passar por diferentes materiais.
Esta proposta oferece uma nova perspetiva sobre um problema fundamental e prenuncia avanços nas tecnologias ópticas e quânticas. Desde as primeiras análises da refração da luz — a mudança de direção do feixe ao passar pela água ou pelo vidro —, a questão principal era se a luz ganha ou perde impulso no meio. De acordo com a teoria de Minkowski, o impulso aumenta ao entrar num meio mais denso, enquanto Abraham afirmou que ele diminui devido à menor velocidade de propagação. Durante décadas, ambas as interpretações coexistiram, mas produziram resultados opostos que não se coadunavam com as experiências. Esta realidade confundia os cientistas, porque as medições não coincidiam com uma teoria.
O modelo desenvolvido pelo físico Adam B. Kahaya não rejeita nenhuma das teorias anteriores, mas combina-as, introduzindo o spin, a rotação quântica interna da luz (ou seja, a rotação interna que a luz possui). Nas palavras de Kahaya: «O impulso de Abraham é o valor esperado do momento projetado no spin, e o impulso de Minkowski é a sua magnitude». Assim, cada tipo de impulso reflete diferentes aspetos do mesmo fenómeno físico.
Esta descoberta científica baseia-se numa formulação inspirada na famosa equação de Dirac, usada para descrever partículas relativísticas, como o elétron. Com base nesse quadro, o spin é incluído nas equações que descrevem a propagação da luz em meios dielétricos, ou seja, agora essa propriedade é levada em consideração para uma melhor compreensão de como ela se comporta ao passar por diferentes materiais. O modelo afirma que a luz é composta por componentes de polarização direita e esquerda, que interagem indiretamente através das oscilações dos dipolos (sistema composto por duas extremidades opostas, como carga positiva e negativa, separadas por uma certa distância) no material. Este fenómeno gera o chamado «tremor quântico» (zitterbewegung), característico das partículas descritas pela equação de Dirac e agora também previsto para a luz.
A vibração quântica surge como resultado da interação entre os componentes internos da luz. Os cálculos do modelo mostram que esse efeito demonstra a dependência do comportamento da luz no meio em relação à sua estrutura quântica interna. Assim, a refração deixa de ser interpretada apenas como um fenómeno geométrico e passa a ser entendida como uma manifestação de profundos processos dinâmicos internos. Em termos simples, isso significa que a luz tem partes internas que se movem e interagem, e isso influencia a forma como ela muda de direção ao passar de um material para outro. Portanto, agora sabe-se que a luz se desvia não apenas devido a fatores externos, mas também devido a processos que ocorrem dentro dela.
Num contexto experimental, o modelo prevê que o impulso de Minkowski corresponde ao valor do momento projetado no spin, obtido a partir da dispersão da energia-momento do sistema. Assim, a lei de Snell, que determina a trajetória ótica da luz, está relacionada com este valor. Por sua vez, o impulso de Abraham representa o valor médio da transferência de energia realizada pela força de Lorentz sobre os dipolos do material. Ambos os impulsos surgem da mesma imagem física, mas representam aspectos diferentes: um está relacionado com o movimento e o outro com a transferência de energia. Em termos simples, isso significa que um dos impulsos descreve para onde e como a luz se move ao entrar no material, enquanto o outro mostra quanta energia a luz transfere para pequenas partes do material (dipolos). Ambos os conceitos partem da mesma base, mas um diz respeito ao movimento e o outro à energia.
Chahaya sugere que a oscilação quântica pode ser detectada manipulando pacotes de ondas em meios estruturados ou através de medições sensíveis à polarização, semelhantes às realizadas em ressonadores óticos. A inclusão do spin quântico no modelo permite prever a aplicação no projeto de materiais fotónicos, sistemas de manipulação ótica e dispositivos de computação quântica baseados em fótons. Esta abordagem esclarece o dilema conceptual e fornece à comunidade científica e tecnológica novos instrumentos para controlar o impulso da luz em sistemas avançados. Esta abordagem não rejeita as teorias anteriores, mas mostra que ambas são válidas e complementares, se interpretadas no contexto físico apropriado.
