Laser - A luz fantástica

O extraordinário raio de luz que pode, segundo alguns especialistas, criar toda uma colossal indústria nova.

Condensado de National Geografic - Thomas Meloy

Seleções do Reader´s Digest - Junho de 1967

 

Na Guerra dos Mundos, escrita antes do início do século, H. G. Wells conta uma história fantástica de marcianos que invadiram e quase conquistaram a Terra. Sua arma era uma misteriosa "espada de calor", da qual saia o "o espectro de um raio luminoso". Derrubava homens instantaneamente, fazia o chumbo escorrer como água e transformava qualquer coisa combustível em massas de labaredas.
Hoje a espada de calor de Wells aproxima-se da realidade no laser, o novo e maravilhoso aparelho que emite finos raios de luz altamente concentrados - a luz mais penetrante, mais pura e mais intensa que já se conheceu. Dentro de áreas extremamente pequenas - incrivelmente - ele arde com uma intensidade bilhões de vezes superior à da luz na superfície do Sol; ele pode, com efeito, fazer chumbo escorrer como água ou, quando focalizado de perto, vaporizar qualquer substância da Terra.
Embora tenha apenas sete anos de idade, o laser já causou tremendo impacto. Tem aparecido em filmes (Goldfinger usou-o contra James Bond) e em histórias em quadrinhos (Dick Tracy). Os fins para que o laser pode ser aplicado no mundo industrial e científico são tantos e tão variados que até parece coisa de magia. Tão rapidamente se está desenvolvendo este campo, que alguns especialistas prevêem que por volta de 1970 a indústria do laser terá atingido entre meio bilhão e um bilhão de dólares só nos EUA.
A agitação principiou em 1958, quando dois cientistas norte-americanos, o Dr. Charles H. Townes e o Dr. Arthur L. Schawlow, então dos Laboratórios Bell, publicaram o primeiro trabalho descrevendo como se poderia fazer um laser. (o nome compõe-se das iniciais de light amplification by stimulated emission of radiation, "ampliação da luz por emissão estimulada de radiação".) Em 1960, o Dr, Theodore H, Maiman, então na Hughues Aircraft Co., em Malibu, Califórnia, extraiu de um rubi artificial o primeiro raio laser do mundo - um clarão de brilhante radiação vermelha. A luz fantástica havia nascido.
Elétrons Saltantes. Quem vir o laser de rubi funcionar ficará surpreendido com a aparente simplicidade de um artefato capaz de tal energia. Verá duas caixas de aço esmaltado - uma pequena contendo o laser, e outra maior, com um painel de comando, contendo capacitores, ou condensadores, para armazenar uma elevada carga de corrente elétrica.
Um técnico liga um interruptor e um guincho enche a sala enquanto os capacitores são carregados. Então um técnico aponta-nos um cartaz na porta com os dizeres "Cuidado - Perigo Para os Olhos", e entrega-nos óculos industriais escuros para filtrar a maior parte da luz. Mesmo os raios refletidos dos laser podem abrir buracos na retina dos nossos olhos.
O laser está pronto. O técnico dirige-o para um pedaço de aço de espessura de uma moeda grossa. Quando ele aperta o botão, ouvimos um estouro seco como um tiro de fuzil. Um raio de luz vermelha, pequeno mas deslumbrante, sai da máquina; do pedaço de aço salta uma chuva de fagulhas incandescentes. O aço foi completamente trespassado pelo terrível jato de luz.
O princípio em que se baseia é relativamente simples. no âmago de um laser de rubi típico há uma fina vareta feita de cristal de rubi sintético, com as pontas polidas e prateadas como espelhos, uma completamente refletora e a outra em parte transparente. Em torno dessa vareta espirala uma possante pilha de flash do tipo empregado para fotografia ultra-instantânea.
Quando o tremendo raio de energia elétrica da pilha do flash é descarregado, os átomos de cromo dentro da vareta de rubi são altamente ativados. Os elétrons desses átomos ficam tão agitados que saltam a nível de energia superior à normal. Então, quando os elétrons excitados voltam ao nível normal, cada um desprende um fóton, a unidade básica de luz, e tem início o processo de lasing. Os fótons percorrem todo o comprimento da vareta, pulando para trás e para frente entre os espelhos estimulando outros elétrons excitados a desprenderem luz na mesma maneira, até que uma cascata de luz corre entre os espelhos, fazendo o percurso de ida e volta vários milhões de vezes. Por fim, a torrente de luz vermelha torna-se tão intensa que irrompe através do espelho parcialmente transparente sob a forma de uma poderosa pulsação de radiação laser. Tudo isso ocorre em uns poucos milésimos de segundo.
Soldados em Passo Curto. Para entender porque a luz do laser é tão concentrada, devemos lembrar que a luz se propaga em ondas, como as ondulações numa lagoa. A distância da crista de uma onda até à crista seguinte é o comprimento da onda. A luz branca comum compõe-se de muitos comprimentos de onda propagando-se em todas as direções. Isso é conhecido como luz incoerente.

A luz comum é "incoerente": as ondas são de comprimento variável e propagam-se em direções diferentes.

A luz laser é "coerente": essencialmente de um só comprimento de onda, viajando todas as ondas na mesma direção.

A luz laser, por outro lado, é coerente. Ela é essencialmente de um único comprimento de onda, com todas as ondas andando na mesma direção. Como os comprimentos de onda laser se reforçam uns aos outros, eles podem conservar-se em um raio incrivelmente estreito e reto por longas distâncias em vez de se abrirem em leque como a luz de uma lanterna portátil.
Quase qualquer substância pode ser forçada a emitir luz laser, desde que seja convenientemente trabalhada. Os lasers de gás emitem feixes contínuos de luz laser - em contraste com as vivas pulsações do laser de rubi. Minúsculos lasers semicondutores, feitos de pedacinhos de material como arsenieto de gálio, funcionam melhor a temperaturas ultra frias. Menores que uma cabeça de alfinete, eles podem ser úteis especialmente em computadores para transmitir sinais, evitando o uso de cabos que tomam espaço. Muitos lasers emitem radiação invisível infravermelha ou ultravioleta. O laser de dióxido de carbono, um dos mais poderosos já inventados, dispara um raio contínuo de "luz" infravermelha quente, como o canhão de raios marciano descrito por Wells. Poderá ser empregado um dia contra mísseis hostis, senão contra marcianos.
Cada vez mais o laser afetará nossa vida à medida que forem sendo encontradas tarefas que ele possa desempenhar melhor ou mais barato do que outros aparelhos. A Western Eletric Co., usa um laser de pulsação de rubi para abrir orifícios em minúsculos diamantes. Como o diamante é a substância mais dura do mundo, isso antes constituía um tedioso processo de dois dias, usando-se alfinetes de aço recobertos de azeite de oliveira e pó de diamante. Mas o laser pode abrir num diamante, em pouco minutos, orifícios por onde se pode puxar um fio de cobre tão fino como um fio de cabelo humano. Em um ano a Western Eletric produziu 48 milhões de quilômetros desse fio delicado para emprego telefônico, gastando milhares de diamantes no processo.
Variedade de Proveitos. Na Jarrell-Ash Company, em Massachusetts, Frederick Brech criou um instrumento laser chamado microssonda, que serve para análises químicas com fins industriais, diagnósticos médicos - e como investigador de arte. Durante a minha visita ao laboratório de Brech, William J. Young, diretor científico do Museu de Belas Artes de Bóston, trouxe um retrato supostamente pintado por um artista do século XVI conhecido como o Mestre de Burges. O curador desconfiou de sua autenticidade. O quadro foi colocado sob a microssonda, depois tocado por um jato de laser cuidadosamente calculado, que vaporizou uns 28 milionésimos de grama de sua tinta, deixando uma depressão minúscula, quase invisível, na pintura. Vaporizado, o material resultante foi "lido" por um espectógrafo que decompõe a luz em suas cores para identificar os elementos químicos do objeto examinado.
- Eis a resposta - disse o Sr. Young, apontando uma série de linhas escuras no espectograma. - Essas linhas revelam a presença de zinco, e os pintores não começaram a usar pigmentos com base de zinco antes de 1820!
Provavelmente o laser produzirá uma variedade de benefícios médicos. O fotocoagulador laser, por exemplo, já está sendo usado por oftalmologistas para consertar retinas rompidas, as quais, se não cuidadas, poderão resultar em deslocamento e cegueira. O Dr. H. Christian Zweng, da Faculdade de Medicina de Universidade de Stanford, mostrou-se com que facilidade funciona o fotocoagulador laser. o paciente ficou sentado numa cadeira com a cabeça inclinada para trás enquanto o Dr. Zweng apontava com um pequeno instrumento manual para a pupila dilatada. Dirigindo uma série de pulsações laser muito fracas para a região em torno da orla dilacerada da retina, ele criou minúsculas cicatrizes que "soldaram" a retina em seu lugar. A operação toda foi concluída em 20 minutos.
Em Cincinnati, o Dr. Leon Goldman está fazendo experiências com o laser para cauterizar certos tumores e imperfeições da pele. Ninguém, e muito menos o Dr. Goldman, afirma que o laser é uma panacéia para o câncer. Não obstante, certos canceres - manchas negras conhecidas como melanomas - têm-se transformado em pele branca em áreas tocadas pelos raios laser.
Que se sente quando uma pulsação laser bate na carne humana?
- É como cera de vela quente caindo na pele - disse-me um dos pacientes do Dr. Goldman.
O mal-estar dura apenas um momento, e não há dor depois.
Reto Como Um Laser. A enorme vantagem do laser reside em sua radiação quase perfeitamente paralela. Quando passado através de um telescópio em sentido inverso, o raio apenas diverge meio centímetro por quilômetro de percurso, dissipando assim sua energia muito lentamente. Há cinco anos, um laser de rubi disparou uma série de pulsações para a Lua, a 4000.000 quilômetros de distância. Os raios iluminaram uma região de uns 32 quilômetros de largura. Um projetor de luz suficientemente possante teria seu feixe espalhado por várias vezes o diâmetro da Lua, que é de 3.476 quilômetros. Uma capacidade de direção tão fantástica, combinada com o brilho, dá ao laser valor incalculável para uma infinidade de objetivos.
No Novo México, por exemplo, a Força Aérea dos Estados Unidos está utilizando um laser na busca de mísseis e satélites. Como se dá com o radar de microondas, o tempo gasto por um sinal para alcançar o alvo e retornar revela a distância. A 800 quilômetros, o radar pode determinar a distância de um objeto não identificado com uma margem de erro de uns 30 metros; o laser reduz a margem de erro para cerca de oito metros. Além disso, o telêmetro laser exige uma antena bem menor e seria difícil para um inimigo localizá-la ou interferir.
A potencialidade mais importante do laser talvez seja o seu uso nas comunicações. Um raio laser, vibrando um bilhão de vezes mais rápido que as ondas de rádio comuns, poderia conduzir todas as mensagens de rádio, TV e telefone do mundo simultaneamente. Em apenas uma fração de segundo, por exemplo, um raio laser poderia transmitir o texto inteiro de uma enciclopédia de 40 milhões de palavras.
Submarinos estão experimentando a potente luz azul-verde de lasers de argônio, que podem atravessar mais de 600 metros de negras águas do oceano para iluminar o fundo do mar. Outros lasers estão sendo aperfeiçoados como meio de enviar mensagens rápidas e eficientes para a Terra, de veículos muito distantes no espaço; como giroscópios ultra-sensíveis destinados a detectar ligeiras mudanças no movimento de um navio, um avião ou um míssil; como sismômetros para indicar movimentos da Terra; como medidores de deformação para prognosticar terremotos.
Falar de um laser como apagador para máquina de escrever, a esta altura, poderá parecer ligeiramente ridículo. Entretanto, o Dr. Schawlow está patenteando um invento assim. Seu rápido lampejo literalmente destrói o pigmento preto de um sinal de máquina, que absorve o calor, sem tisnar o papel branco que reflete o calor. De sonda do espaço longínquo ao apagador é um grande pulo. Mas se alguma coisa puder fazê-lo, o laser, com sua infinita magia, o fará.