Cos’è la Luce?

Per Newton era un insieme di particelle, per Huygens un’onda elettromagnetica. Poi Einstein ha rimesso tutto in discussione con i “fotoni”

Cos'è la Luce?
Cos’è la Luce. I primi a studiare la luce furono gli Antichi Greci. Alcuni, come Archita di Taranto, sostenevano che i nostri occhi emettono una specie di fluido che colpisce gli oggetti circostanti e ritorna agli occhi.

Poi, nel XVII secolo, iniziò un dibattito che durò 200 anni: per l’inglese Isaac Newton la luce era un insieme di particelle, mentre per l’olandese Christiaan Huygens era un’onda.

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Nel XIX secolo, lo scozzese James Maxwell scoprì che la luce è un’onda elettromagnetica che si propaga nel vuoto. Tutti i corpi in grado di emettere onde elettromagnetiche sono una sorgente di luce. La propagazione della luce è rettilinea, è per questo che si parla di raggi luminosi.

Poi, nel 1905, Albert Einstein rimise tutto in discussione riuscendo a spiegare il fenomeno dell’effetto fotoelettrico, immaginando che la luce fosse fatta di particelle (i “fotoni”). L’effetto fotoelettrico è l’emissione di elettroni da parte di una superficie metallica che viene colpita da fotoni (ossia da luce). Questa scoperta ha dato il via a tantissime applicazioni: dai telecomandi ai pannelli solari che producono elettricità.

La Luce è un’onda o una particella?

Davide Parlangeli, ricercatore all’Università La Sapienza di Roma, che studia una cosa chiamata “ottica in sistemi non lineari e sistemi disordinati“, ha detto che “in alcuni esperimenti è utile descriverla come un’onda, in altri come una particella“.

Onda elettromagnetica

Un’onda è un’oscillazione periodica che può essere “stazionaria” (se l’oscillazione non si propaga nello spazio) o “in moto” (in caso di propagazione). Una perturbazione di tipo “oscillatorio” o “vibratorio” che si propaga nello spazio, implicando trasporto di energia e non di materia. La propagazione delle onde può essere descritta mediante i parametri: ampiezza, lunghezza d’onda e frequenza.

Le onde di tipo elastico o meccanico sono quelle che si propagano in mezzi materiali solidi, liquidi o gassosi. Al contrario, le onde elettromagnetiche sono generate dalle variazioni dei campi elettrici e magnetici nello spazio e non hanno bisogno di un mezzo per propagarsi.

L’insieme di tutte le frequenze che può assumere un’onda elettromagnetica forma lo “spettro elettromagnetico“. Quella che chiamiamo “luce visibile” è una piccola porzione di frequenze dello spettro elettromagnetico a cui i nostri occhi sono sensibili. Tale porzione si trova subito dopo le frequenze caratterizzanti gli infrarossi e prima delle frequenze dell’ultravioletto.

Le sorgenti di luce visibile sono le Stelle o i corpi riscaldati oltre una certa temperatura (tipicamente 600°C). Tutti gli altri corpi sono visibili in quanto capaci di riflettere in tutto o in parte la luce ricevuta.

Le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce. Una velocità che se paragonata alla nostra quotidianità risulta eccezionalmente elevata (un raggio di luce riuscirebbe a percorrere 7 volte il giro della Terra in 1 secondo), ma che se paragonata alle distanze galattiche risulta estremamente lenta (la distanza tra il centro della nostra galassia e la Terra è di 26000 anni luce).

Il laser

Il laser (abbreviazione di light amplication by stimulated emission of radiation), inventato quasi 60 anni fa, è un dispositivo che emette luce coerente (cioè, non è diffusa come quella delle lampadine, ma si propaga lungo raggi paralleli).

Parlangeli dice che “per gli scienziati, il laser è tutto un altro mondo tanto che, lo scorso ottobre, il premio Nobel per la Fisica è stato dato a studi sulla manipolazione della luce che permettono di fare cose incredibili: maneggiare cellule e batteri, innescare movimenti microscopici e per no intrappolare oggetti!“.

Fotoni

Il termine “fotone” deriva dal greco, si indica con la lettera greca “γ” ed è associato ad ogni radiazione elettromagnetica. Fu introdotto per la prima volta da Gilbert Lewis nel 1926.

Il fotone mostra una duplice natura, sia corpuscolare, sia ondulatoria. A seconda della strumentazione usata per rilevarlo, si comporta come una particella, o come un’onda. L’esperimento dell’effetto fotoelettrico suggerisce la natura corpuscolare della luce, mentre i fenomeni di diffrazione e di interferenza suggeriscono una natura ondulatoria.

La fotonica (lo studio della luce e delle interazioni che può avere con la materia) è un campo amplissimo, che va dal mondo microscopico fino allo spazio profondo e ai buchi neri.

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