Qualche mese fa ho incontrato un mio vecchio compagno di Università, di cui non riporto il nome, che mi ha chiesto cosa facessi; gli ho detto che lavoravo sull'elettromagnetismo (EM, d'ora in poi) e l'ottica. Mi chiede: "cosa c'entra l'ottica?"
Ho sinceramente provato un brivido, come vedere una statua imbrattata o sapere che qualcuno potrebbe non conoscere, in Italia, Dante.
Ottica è la branca della Fisica che studia la luce: fenomeno meraviglioso che i nostri occhi ci regalano.
Cos'è la luce?
Il primo scienziato moderno ad interessarsene fu Newton, che coerentemente con la concezione meccanicistica allora in voga, suppose che la luce fosse formata da corpuscoli: ci si riferisce a questa teoria come corpuscolare. In effetti ai nostri occhi la luce sembra procedere in linea retta, rimbalzare totalmente sulla maggior parte degli ostacoli che incontra.
Esistono alcuni problemi in questa concezione: come spiegare la parziale trasparenza di alcuni oggetti (come il vetro), come spiegare i diversi colori?
I diversi colori vennero spiegati con diversi tipi di corpuscoli e la parziale riflessione fu imputata a misteriosi ostacoli frapposti in alcuni punti sparsi nell'oggetto.
Alla visione newtoniana si contrappone la visione ondulatoria di Huyghens con cui è più semplice spiegare fenomeni di riflessione, rifrazione (quando un'onda passa da un mezzo di propagazione ad uno differente è deviata), diffrazione (un'onda, quando è costretta in spazi ridotti, tende ad ampliarsi, tanto più quanto più forte ne è il confinamento), tutti manifestati dalla luce, anche se non sempre semplici da osservare: un esempio di rifrazione è la matita spezzata, per la diffrazione, si pensi al fatto che un onda nel mare può aggirare una barca, perché incontrando l'ostacolo vi si espande attorno.
Con un salto temporale di 150 anni, occorre allacciarsi agli studi di J. C. Maxwell che unificò le teorie del magnetismo e dell'elettricità, dando vita all'Elettromagnetismo. Fu il secondo grande passo della Fisica, dopo quello di Newton di matematizzare la realtà e prima della Relatività di Einstein (specialmente quella Generale), che unifica spazio e tempo e propone una spiegazione alla gravitazione e ch'è l'ultima grande evoluzione compiuta da un uomo solitario.
Maxwell comprese che la luce era un'onda EM, osservando che la velocità di propagazione di un'onda, soluzione delle sue equazioni nel vuoto, e il valore allora noto per la velocità della luce erano estremamente simili. E le misure più accurate confermano questo argomento.
Allora la luce è un'onda EM.
Beh, sembrava così...
In effetti esistono fenomeni, che hanno portato alla caduta dellla fisica classica, che contrastano con la teoria ondulatoria: l'emissione dal corpo nero e l'effetto fotoelettrico.
Il primo è null'altro che l'effetto di incandescenza, per cui corpi molto caldi emettono luce (si pensa alle comuni lampade o al ferro fuso); il secondo è la conversione luce-corrente elettrica su cui si basa il funzionmmento delle fotocellule.
Per non dilungarmi qui in spiegazioni troppo tecniche, accenno solo al fatto che tali eventi si spiegano solo se la radiazione luminosa (e in generale la radiazione EM), è costituita di pacchetti elementari di energia, chiamati inizialmente quanti, oggi detti fotoni, la cui energia è funzione solo della frequenza, cioè la luce è un'insieme di particelle ciascuna con una propria energia. A tal proposito, uno dei tre temi su cui si cimentò A. Einstein nei suoi fondamentali articoli del 1905, fu proprio la teoria dei quanti di luce e la conseguente spiegazione dell'effetto fotoelettrico.
Si ritorna quindi alle origini, alla teoria corpuscolare, consci però che gli apetti ondulatori sono ben manifesti. Questo non deve sorprendere se si pensa che tutto il mondo quantistico, ai limiti dell'infinitamente piccolo, esprime a seconda delle situazioni comportamenti più simili a particelle (diciamo come flussi di proiettili) o simili a onde (come il mare o il suono).
Quindi la luce è un'insieme di particelle, ma esse, come ogni entità quantistica, si comportano in modo diverso da qualsiasi oggetto macroscopico: la spiegazione accurata è di pertinenza della Meccanica Quantistica (QM) e più precisamente della Teoria dei Campi Quantistica (QFT), che spiega in generale i fenomeni di interazione, nelle diverse forme in cui si presentano.
La radiazione EM, di cui la luce corrisponde alle energie percepita dai nostri sensi, è il medium di interazione fra corpi materiali dotati di carica elettrica, trasporta l'interazione fra corpi elettricamente carichi, eventualmente in movimento.
Grazie della vostra attenzione.
Ho sinceramente provato un brivido, come vedere una statua imbrattata o sapere che qualcuno potrebbe non conoscere, in Italia, Dante.
Ottica è la branca della Fisica che studia la luce: fenomeno meraviglioso che i nostri occhi ci regalano.
Cos'è la luce?
Il primo scienziato moderno ad interessarsene fu Newton, che coerentemente con la concezione meccanicistica allora in voga, suppose che la luce fosse formata da corpuscoli: ci si riferisce a questa teoria come corpuscolare. In effetti ai nostri occhi la luce sembra procedere in linea retta, rimbalzare totalmente sulla maggior parte degli ostacoli che incontra.
Esistono alcuni problemi in questa concezione: come spiegare la parziale trasparenza di alcuni oggetti (come il vetro), come spiegare i diversi colori?
I diversi colori vennero spiegati con diversi tipi di corpuscoli e la parziale riflessione fu imputata a misteriosi ostacoli frapposti in alcuni punti sparsi nell'oggetto.
Alla visione newtoniana si contrappone la visione ondulatoria di Huyghens con cui è più semplice spiegare fenomeni di riflessione, rifrazione (quando un'onda passa da un mezzo di propagazione ad uno differente è deviata), diffrazione (un'onda, quando è costretta in spazi ridotti, tende ad ampliarsi, tanto più quanto più forte ne è il confinamento), tutti manifestati dalla luce, anche se non sempre semplici da osservare: un esempio di rifrazione è la matita spezzata, per la diffrazione, si pensi al fatto che un onda nel mare può aggirare una barca, perché incontrando l'ostacolo vi si espande attorno.
Con un salto temporale di 150 anni, occorre allacciarsi agli studi di J. C. Maxwell che unificò le teorie del magnetismo e dell'elettricità, dando vita all'Elettromagnetismo. Fu il secondo grande passo della Fisica, dopo quello di Newton di matematizzare la realtà e prima della Relatività di Einstein (specialmente quella Generale), che unifica spazio e tempo e propone una spiegazione alla gravitazione e ch'è l'ultima grande evoluzione compiuta da un uomo solitario.
Maxwell comprese che la luce era un'onda EM, osservando che la velocità di propagazione di un'onda, soluzione delle sue equazioni nel vuoto, e il valore allora noto per la velocità della luce erano estremamente simili. E le misure più accurate confermano questo argomento.
Allora la luce è un'onda EM.
Beh, sembrava così...
In effetti esistono fenomeni, che hanno portato alla caduta dellla fisica classica, che contrastano con la teoria ondulatoria: l'emissione dal corpo nero e l'effetto fotoelettrico.
Il primo è null'altro che l'effetto di incandescenza, per cui corpi molto caldi emettono luce (si pensa alle comuni lampade o al ferro fuso); il secondo è la conversione luce-corrente elettrica su cui si basa il funzionmmento delle fotocellule.
Per non dilungarmi qui in spiegazioni troppo tecniche, accenno solo al fatto che tali eventi si spiegano solo se la radiazione luminosa (e in generale la radiazione EM), è costituita di pacchetti elementari di energia, chiamati inizialmente quanti, oggi detti fotoni, la cui energia è funzione solo della frequenza, cioè la luce è un'insieme di particelle ciascuna con una propria energia. A tal proposito, uno dei tre temi su cui si cimentò A. Einstein nei suoi fondamentali articoli del 1905, fu proprio la teoria dei quanti di luce e la conseguente spiegazione dell'effetto fotoelettrico.
Si ritorna quindi alle origini, alla teoria corpuscolare, consci però che gli apetti ondulatori sono ben manifesti. Questo non deve sorprendere se si pensa che tutto il mondo quantistico, ai limiti dell'infinitamente piccolo, esprime a seconda delle situazioni comportamenti più simili a particelle (diciamo come flussi di proiettili) o simili a onde (come il mare o il suono).
Quindi la luce è un'insieme di particelle, ma esse, come ogni entità quantistica, si comportano in modo diverso da qualsiasi oggetto macroscopico: la spiegazione accurata è di pertinenza della Meccanica Quantistica (QM) e più precisamente della Teoria dei Campi Quantistica (QFT), che spiega in generale i fenomeni di interazione, nelle diverse forme in cui si presentano.
La radiazione EM, di cui la luce corrisponde alle energie percepita dai nostri sensi, è il medium di interazione fra corpi materiali dotati di carica elettrica, trasporta l'interazione fra corpi elettricamente carichi, eventualmente in movimento.
Grazie della vostra attenzione.
