Girolamo CastaldoDATA ULTIMO AGGIORNAMENTO: 23 Maggio 2023
Come ci racconta il prof. Ash (qui il video), nel corso della storia numerosi scienziati si sono interrogati sulla natura della luce, in particolare se essa fosse un’onda o un insieme di particelle.
La controversia ebbe inizio nel 17esimo secolo e vide contrapposte due fazioni: l’una, capitanata da Huygens, che professava la natura di onda della luce; l’altra, rappresentata da Newton, che considerava invece la luce come un insieme di particelle.
Fu solo cento anni più tardi che la discussione sembrò risolversi in favore dei primi, grazie al famoso esperimento della doppia fenditura (qui per approfondire) effettuato da Young.
Ma la storia non finisce qui: un secolo dopo ci pensò Einstein a ribaltare le carte in tavola, con i suoi studi sull’effetto fotoelettrico (qui per approfondire), che gli valsero il premio nobel per la fisica nel 1921.
Insomma, la luce sembra avere caratteristiche tipiche sia delle onde che delle particelle (chiamate fotoni, in questo caso).
Ma di cosa si tratta, in realtà?
Onda, particelle o…nessuna delle due?
Oggigiorno nelle scuole si insegna che la luce può essere vista sia come un onda che un insieme di particelle, un fenomeno chiamato “dualismo onda-particella”.
Ma purtroppo la realtà è un’altra: la luce è un oggetto quantistico, governato cioè dalla meccanica quantistica, la teoria della fisica che studia il mondo dell’estremamente piccolo (atomi e particelle elementari). In quanto tale, la luce obbedisce all’equazione di Schrodinger (famoso per il suo… gatto).
D’altro canto, basandosi sulle equazioni di Maxwell (il padre dell’elettrodinamica classica), Einstein capì il funzionamento della velocità della luce, che lo condusse alla sua famosa teoria della relatività.
Insomma, la luce gioca un ruolo fondamentale sia nella meccanica quantistica, che nella teoria della relatività, che messe insieme rappresentano quanto di meglio abbiamo oggi per comprendere il funzionamento dell’universo.
La luce come messaggero
Non so se ci avete mai pensato, ma quando osserviamo la luce del sole, delle stelle e degli altri oggetti nell’universo, in realtà riceviamo anche preziose informazioni su tali sorgenti. Difatti, se non fosse per la luce, conosceremmo ben poco dell’universo in cui viviamo.
E quando parlo di luce mi riferisco non solo alla luce visibile (cioè, quella che i nostri occhi riescono a percepire), ma anche l’infrarosso, l’ultravioletto, i raggi x, i raggi gamma, le onde radio e persino le microonde, tutte parte del cosiddetto “spettro elettromagnetico” (qui per approfondire).
Proprio queste ultime svolgono un ruolo fondamentale nella nostra conoscenza dell’universo: sebbene siamo soliti associarle ai forni, le microonde rappresentano la frequenza a cui si manifesta la radiazione cosmica di fondo, cioè la “brace” residua dell’universo primordiale, che è la prova più importante del Big Bang.
La relazione tra luce, energia e forze
Vi siete mai chiesti come fa il sole a splendere? La risposta è che al suo interno si realizza costantemente un processo di fusione nucleare, che rilascia una grande quantità di energia, che giunge infine a noi sotto forma di luce visibile.
E riguardo invece la luce artificiale, come quella delle comuni lampadine? Quasi sempre è prodotta dagli elettroni, che prima vengono “eccitati” usando una qualche fonte di energia, poi rilasciano tale energia in eccesso sotto forma di fotoni.
E non è tutto: come scoperto da Feynman e altri negli anni 40 del secolo scorso con la formulazione dell’elettrodinamica quantistica, i fotoni sono anche responsabili del “trasporto” delle forze attrattive e repulsive, come avviene ad esempio in una calamita.
Lo stesso avviene per la frizione e il tatto, ad esempio tra le nostre scarpe e il pavimento o quando tocchiamo una superficie: sono sempre i fotoni a trasportarli e, quindi, a farceli sentire.
E sapete qual è l’esempio più estremo dell’importanza della luce? Gli esseri viventi sono formati da atomi, al cui interno interagiscono cariche positive (nel nucleo) e negative (gli elettroni che lo orbitano). A questo punto forse avrete già capito dove stiamo andando a parare: senza i fotoni a “mediare” tali interazioni, gli atomi cadrebbero a pezzi e nessun essere vivente potrebbe esistere!
Dunque, la luce svolge un ruolo ben più importante nelle nostre vite che quello di non farci inciampare durante un blackout.