O potencial energético da luz ou a energia cinética?

P>Posso oferecer uma resposta um pouco técnica a esta pergunta (uma boa pergunta, a propósito). Sim, isto significa um pouco de matemática. Esperemos que não seja muito desconcertante.

A chamada densidade Lagrangiana funcional que descreve o campo electromagnético na física clássica é dada por

[matemática] L}=--frac{1}{4}F_{\i}F_{\i}F^{\i}-j_mu A^mu,\A ^mu[/math] é o 4-potencial electromagnético, [matemática] F_{\i[/mu]nu}==parcial_mu A_\i[/math], e [matemática] j_\i[/math] é o 4-potencial electromagnético, [matemática] F_\i[/mu]nu==parcial_mu A_\i[/math], e [matemática] j_\i[/math] é o 4-corrente.

Em inglês simples, [matemática]A^\mu[/math] é o campo eletromagnético; [matemática]F_{\mu\nu}[/math] é a sua taxa de variação; e [matemática]j_\mu[/math] representa as propriedades elétricas da matéria.

Como para o Lagrangiano, seu primeiro termo é energia cinética; seu segundo termo é energia potencial.

Em espaço vazio, não há matéria. O que significa que não há cargas ou correntes: [math]j_\mu=0[/math]. A segunda parte do Lagrangiano acaba de evaporar. Poof!

Então tudo o que nos resta é a primeira parte. Pura energia cinética. Tudo o que o campo electromagnético faz no espaço vazio é energia cinética pura.

E o que faz o campo electromagnético no espaço vazio? Bem, ele forma ondas planas que se propagam à velocidade invariante [matemática]c[/math]. Ou seja, a radiação electromagnética, incluindo aquela parte estreita do espectro electromagnético que os nossos olhos podem detectar.

Então sim, a energia da luz é energia cinética pura. A energia potencial, se presente, está lá porque alguma matéria está lá e [matemática]j_\mu[/math] não é zero.

Em suma, a energia potencial é responsável pela criação da luz, pela absorção da luz, pela refração da luz. Mas quando a luz não faz nada disso, sua energia é puramente cinética.

Esta, por sinal, tem validade geral indo além da luz. A energia cinética descreve o que as coisas fazem quando são deixadas sozinhas; a energia potencial descreve o que acontece quando as coisas interagem. (Um caso especial é quando uma coisa interage consigo mesma, neste caso a teoria é dita não-linear. A luz não interage com ela mesma, pelo menos não na teoria clássica.)