Natura della luce

La luce è un’onda elettromagnetica
che si propaga nel vuoto.
L’insieme dei colori che formano
la luce visibile è chiamato spettro e
l’intervallo di frequenze campo
visibile.
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.
La disputa sulla natura della luce è stata caratterizzata da numerosi rovesciamenti di fronte a
partire dalla teoria di Newton, pietra miliare della meccanica classica, la quale sosteneva che
la luce fosse costituita da un flusso di corpuscoli, fino a Huygens e Young, che invece ne
dimostrarono la natura ondulatoria. In seguito Maxwell diede poi la veste teorica a queste
interpretazioni, incorporando la luce nella sua teoria del campo elettromagnetico.
Venne formulata da Christiaan Huygens nel 1678. La luce veniva vista come un'onda che si
propaga, analogamente alle onde del mare o a quelle acustiche, in un mezzo, chiamato etere.
L'etere si supponeva pervadere tutto l'universo ed essere formato da microscopiche particelle
elastiche. La teoria ondulatoria della luce permetteva di spiegare, anche se in maniera
matematicamente complessa, un gran numero di fenomeni, oltre alla riflessione ed alla
rifrazione.
Ma decenni dopo l’apparente vittoria dell’ipotesi ondulatoria, la scoperta dell’effetto
fotoelettrico riaprì le ostilità e Einstein, non ancora noto per i successivi lavori sulla struttura
dello spazio e del tempo, fornì una meravigliosa teoria dell’assorbimento ed emissione della
luce, ipotizzandone la natura corpuscolare, ed introducendo il concetto di particella di luce o
granulo di energia (fotone).
In fisica dello stato solido l'effetto fotoelettrico è il fenomeno fisico caratterizzato
dall'emissione di elettroni da una superficie, solitamente metallica, quando questa
viene colpita da una radiazione elettromagnetica, ossia da fotoni aventi una
certa lunghezza d'onda. Tale proprietà evidenzia esclusivamente la natura
corpuscolare della luce.
Radiazioni elettromagnetiche
Elettroni
emessi
Come comprese Einstein, riprendendo la teoria di Planck, l'effetto fotoelettrico
evidenzia la natura quantistica della luce. Nella radiazione elettromagnetica,
l'energia non è distribuita in modo uniforme sull'intero fronte dell'onda ma è
concentrata in singoli quanti (pacchetti discreti) di energia, i fotoni, e
ogni fotone interagisce singolarmente con un elettrone, al quale cede la sua energia.
Affinché ciò si verifichi è necessario che il fotone abbia un'energia sufficiente a
rompere il legame elettrico che tiene legato l'elettrone all'atomo. Questa “soglia
minima” di energia del fotone si determina in base alla relazione di Einstein:
Velocità
della luce
Energia
Lunghezza
d’onda
Costante di Planck =
Frequenza
In fisica la diffrazione è un fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di
propagazione delle onde (come anche la riflessione, la rifrazione, la diffusione o
l'interferenza) quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino.
È tipica di ogni genere di onda, come il suono, le onde sulla superficie dell'acqua o
le onde elettromagnetiche come la luce o le onde radio.
Gli effetti di diffrazione sono rilevanti quando la lunghezza d'onda è comparabile
con la dimensione dell'ostacolo. In particolare per la luce visibile (lunghezza d'onda
attorno a 0,5 µm) si hanno fenomeni di diffrazione quando essa interagisce con
oggetti di dimensione sub-millimetrica.
Fenomeni di diffrazione
possono essere osservati
quotidianamente, in particolare
quelli che interessano la luce:
per esempio, le tracce incise
sulla superficie di un CD o di
un DVD agiscono come
un reticolo di diffrazione,
creando il familiare
effetto arcobaleno.
In natura, si possono
osservare colori cangianti
dovuti a
diffrazioni interferenziali,
come quelli delle piume del
pavone, o della corazza di
alcuni coleotteri, o delle ali
di molte farfalle, che sono
colorate grazie
all'interferenza delle onde
diffratte da parte di
microscopiche scaglie
disposte regolarmente.