Difração
English: Diffraction

Padrão de difração e interferência na fenda dupla.

Difração (AO 1945: difracção) é um fenômeno que acontece quando uma onda encontra um obstáculo. Em física clássica, o fenômeno da difração é descrito como uma aparente flexão das ondas em volta de pequenos obstáculos e também como o espalhamento, ou alargamento, das ondas após atravessar orifícios ou fendas. Esse alargamento ocorre conforme o princípio de Huygens. O fenômeno da difração acontece com todos os tipos de ondas, incluindo ondas sonoras, ondas na água e ondas eletromagnéticas (como luz visível, raios-X e ondas de rádio). Assim, a comprovação da difração da luz foi de vital importância para constatar sua natureza ondulatória.

Os objetos físicos também têm propriedades ondulatórias (em nível atômico), ocorrendo, portanto, difração com a matéria, o que pode ser estudado de acordo com os princípios da mecânica quântica.[1]

Ainda que a difração ocorra sempre quando as ondas em propagação encontram mudanças, seus efeitos geralmente são marcados por ondas cujo comprimento é comparável às dimensões do objeto de difração. Por isso, a difração é observada mais recorrentemente nas ondas sonoras, pois são ondas com comprimento grande. Interações sonoras com dimensões entre 2 cm a 20 m são perceptíveis para nós, humanos. A difração da luz, nesse sentido, torna-se extremamente mais rara de acontecer, ou perceber, tendo em vista seu pequeníssimo comprimento de onda de 555nm,[2] embora possam ocorrer fenômenos grandiosos com interferência óptica, tais como o arco-íris.

Se o objeto obstrutor oferecer múltiplas fendas, poderá resultar em um padrão complexo de intensidade variável. Isso se deve à interferência, isto é, a uma sobreposição de partes diferentes de uma onda que se propaga até o observador por caminhos diferentes. Richard Feynman escreveu: “Ninguém nunca foi capaz de definir a diferença entre interferência e difração satisfatoriamente. É somente uma questão de linguagem, e não há diferenças físicas específicas ou importantes entre elas. Tem-se, entretanto, que difração é o fenômeno devido a um obstáculo, já interferência refere-se mais a uma interação entre dois ou mais fenômenos ondulatórios."

História

Padrão no anteparo: franjas claras (interferência construtiva) e escuras (interferência destrutiva).

Embora atualmente o fenômeno da difração seja estudado por si mesmo, antigamente seus estudos foram baseados na curiosidade em desvendar satisfatoriamente a discussão sobre a natureza ondulatória da luz.

Os efeitos da difração da luz foram primeiramente analisados e descritos pelo padre jesuíta e cientista italiano Francesco Maria Grimaldi, que cunhou o termo "difração" (do latim diffringere, 'quebrar em pedaços'), referindo-se à luz quebrando-se em diferentes direções. Seu conceito de luz era essencialmente ondulatório e explicou a difração da luz analogamente à difração de ondas na água, em que as ondas do mar quebram seu movimento regular ao encontrar um barco ancorado. Determinou também uma relação entre a densidade do meio onde a luz propaga-se e a sua velocidade.[3] Os resultados das observações de Grimaldi foram publicados postumamente em 1665.

Muitos outros cientistas preocuparam-se em determinar a curiosa natureza da luz, estudando, portanto, os efeitos da difração. Surgiram, no século XVII, dois pensamentos científicos distintos: a teoria corpuscular da luz, defendida por Isaac Newton; e a teoria ondulatória da luz, defendida por Christiaan Huygens. Em ambos os lados, vários cientistas apoiavam uma teoria ou outra com seus conhecimentos e constatações e acabavam refutando inteiramente os aspectos da teoria contrária, pois o conceito de partícula (corpúsculo) é totalmente diferente do conceito de onda. Uma partícula transporta matéria, uma onda não o faz; uma partícula pode se locomover no vácuo, uma onda precisa de um meio para propagar-se (era o que se pensava naquele período); uma onda atravessa obstáculos menores que seu comprimento, uma partícula não o faz.[4]

Escolheu-se o modelo de Newton como o mais coerente por sua explicação sobre as cores e por causa de sua fama devido às suas outras realizações, ainda que a teoria ondulatória de Huygens não tenha caído no esquecimento. Após 123 anos, Thomas Young questionou várias afirmações da teoria corpuscular. As afirmações de Newton não explicavam por que a luz tinha a mesma velocidade mesmo sendo emitida por corpos diferentes e por que certos corpúsculos eram refletidos e outros refratados. Para ele, considerar a luz uma onda explicaria bem melhor esses fenômenos: as ondas luminosas poderiam, assim como as ondas do mar, anular-se umas às outras ou intensificar-se. Young utilizou desses conceitos para explicar a interferência (através do experimento da dupla fenda) e os “anéis de Newton” tão conhecidos. Entretanto, quanto ao fenômeno da difração e da dupla refração, as explicações de Young deixaram a desejar.[5]