Discuta a analogia: a ótica física é para a ótica geométrica o que a mecânica quântica é para a mecânica clássica.

Fala galerinha, beleza?

Esse problema é muito legal para gente discutir um pouco o domínio de validade de certas leis da física. Mas como assim, as leis da física têm domínio de validade?

Sim! A gente sabe que as leis de Newton não funcionam muito bem no mundo microscópico nem quando as velocidades são muito elevadas (próximas da luz). Na primeira situação você precisa recorrer à mecânica quântica e, na segunda, à relatividade restrita.

Dito isso, precisamos entender primeiro o domínio de validade da ótica física e da ótica geométrica. A ótica geométrica é aquela que você aprendeu no ensino médio que trata a propagação da luz através de raios retilíneos. Na prática, para fazer toda descrição da ótica geométrica não é necessário considerar a luz como sendo uma onda. Inclusive, o próprio Newton acreditava que a luz seria composta por partículas e baseado nisso conseguiu desenvolver vários princípios da ótica geométrica que funcionam muito bem.

Mas sabemos que a luz tem um comportamento ondulatório em muitos casos (na maioria dos casos na verdade), sendo um exemplo importante os fenômenos de interferência e difração. É aqui que entra a ótica física: só ela consegue explicar esses fenômenos, a ótica geométrica falha miseravelmente.

A questão aqui é o domínio de validade: nós podemos tratar a propagação da luz por meio de raios quando seu comprimento de onda for muito menor que as dimensões características do meio em que ela se propaga, como um anteparo ou orifício, por exemplo. Por outro lado, quando o comprimento de onda da luz fica próximo das dimensões características do meio, a descrição via raios de luz não funciona mais e precisamos recorrer a ótica física.

Podemos entender a ótica geométrica como um caso particular da ótica física quando o comprimento de onda da luz é muito menor que a dimensões do meio em que ela se propaga.