Che cos'è la luce e cosa sono i fotoni?

Scienza e Fisica Quantistica

Scienza e Fisica Quantistica

Scopriamolo insieme grazie al Dizionario Enciclopedico di Fisica Quantistica

Dalla RUBRICA: GLOSSARIO DI FISICA QUANTISTICA tratto da Scienza e Conoscenza n.77

Che cos'è la LUCE?

Quando si parla di luce ci si riferisce normalmente alla gamma di radiazione elettromagnetica percepibile dall’occhio umano, con una lunghezza d’onda variabile dai 380 ai 750 nanometri.

Si tratta, in realtà, di una parte dello spettro elettromagnetico, delimitata dalla radiazione ultravioletta (con onde più corte), e dalla radiazione infrarossa (con onde più lunghe).

Corrisponde, in termini di colori, alla gamma dell’arcobaleno, dal rosso al violetto, passando progressivamente attraverso l’arancio, il giallo, il verde, il blu e l’indaco.

L’occhio umano si è evoluto e adattato in modo da essere sensibile alla luce: la radiazione di questa parte dello spettro è prodotta in abbondanza dal sole e non è assorbita dall’atmosfera terrestre, così che raggiunge il suolo.

Tra la luce visibile e le altre forme di radiazione elettromagnetica (come i raggi X e le onde radio) non c’è una differenza sostanziale: si tratta semplicemente di diverse lunghezze d’onda.

A partire dallo sviluppo della teoria quantistica, nel primo quarto del XX secolo, la luce è sempre stata considerata come dotata delle proprietà delle particelle che, in questo caso, vengono chiamate fotoni.

Etimologia 

Dal latino “lux, lucis” dalla radice indoeuropea leuk. in greco leukós , «brillante, bianco». Un particolare significato di luce in greco si ha con (phaos/phōs) la cui radice corrisponde a quella del verbo phainō, che significa “mostrare”, “rendere manifesto”; phos, photos – “luce”, ma anche “verità”, “conoscenza”.

Cos'è un FOTONE?

Il fotone è un a particella di luce. L’idea di fotone deriva direttamente dalle ricerche sull’effetto fotoelettrico compiuto nel 1905 da Albert Einstein, anche se ci vollero diversi anni per accettare la realtà fisica dei fotoni, che furono così definiti dal fisico e chimico americano Gilbert Lewis solo nel 1926.

La principale ragione di tale cospicuo ritardo (a parte la sorpresa e la novità introdotta dall’ipotesi di Einstein, visto che i fisici si erano da tempo abituati a considerare la luce come un’onda) fu la mancanza di conferme sperimentali.

Lo stesso Einstein, nel 1911 affermò: «Insisto sulla natura provvisoria di questo concetto, che non sembra riconciliabile con le conseguenze sperimentalmente verificate della teoria ondulatoria della luce».

L’idea di quanti di luce non piaceva per niente a Robert Millikan, che dedicò una decina d’anni all’esame delle spiegazioni di Einstein sull’effetto fotoelettrico, sperimentato con sempre maggiore accuratezza.

Scoprì così che le teorie alternative fallivano, mentre l’interpretazione di Einstein si rivelava corretta. Senza dubbio, Millikan ebbe di che consolarsi visto che nel 1923 gli fu assegnato il Nobel proprio per queste ricerche.

Einstein fece un’osservazione lungimirante: «La prossima fase dello sviluppo della fisica teorica ci porterà a una teoria della luce nella quale si avrà una sorta di fusione tra la teoria ondulatoria e la teoria dell’emissione (di particelle)».

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