La Luce
Forma di radiazione elettromagnetica, come il
calore, le onde radio e i raggi X. La luce consiste sostanzialmente di
rapidissime oscillazioni del campo elettromagnetico, in un particolare
intervallo di frequenze che possono essere rivelate dall'occhio umano e che
costituiscono il cosiddetto campo del visibile. I diversi colori della luce
corrispondono alle diverse frequenze di vibrazione del campo elettromagnetico,
che sono comprese tra circa 4 × 10 vibrazioni al secondo (hertz) per la luce
rossa, e circa 7,5 × 10 vibrazioni al secondo per quella violetta.
Lo spettro della luce visibile si definisce generalmente in termini di
lunghezza d'onda, e va dalla lunghezza d'onda minore, quella del violetto, pari
a circa 40 milionesimi di centimetro, ai 75 milionesimi di centimetro della
lunghezza d'onda del rosso. A frequenze più alte di quella della luce violetta
(e quindi per lunghezze d'onda più piccole), si trovano la radiazione
ultravioletta e i raggi X. A frequenze più basse (lunghezze d'onda più grandi)
si trovano invece la radiazione infrarossa e le onde radio. La radiazione
luminosa viene generalmente prodotta dalla vibrazione degli elettroni in
seguito, ad esempio, a forti sollecitazioni termiche: maggiore è la
temperatura, maggiore è la frequenza di vibrazione degli elettroni e quindi
della radiazione emessa.
Natura della luce
La luce si propaga in linea retta in tutte le
direzioni, raggiungendo, man mano che si allontana dalla sorgente che l'ha
emessa, aree sempre più ampie. Quando colpisce un oggetto, essa può essere
riflessa, diffusa o assorbita. In relazione alla natura della superficie su cui
incide la radiazione, alcune frequenze vengono riflesse o diffuse meglio di
altre, e questo determina il colore con cui vengono percepiti i vari oggetti.
Le superfici bianche riflettono con la stessa intensità tutte le lunghezze
d'onda della luce, mentre quelle che appaiono nere assorbono praticamente tutta
la radiazione incidente. Perché si abbia il fenomeno della riflessione
speculare è necessario che la superficie riflettente sia altamente pura e
levigata, simile appunto a quella di uno specchio.La definizione della natura
della luce ha sempre rappresentato un problema fondamentale per la fisica. Il
matematico e fisico britannico Isaac Newton propose un modello corpuscolare,
cioè considerò la luce come composta da fasci di particelle, o in generale di
corpuscoli di varia specie, prodotti da tutti i corpi luminosi. L'astronomo,
matematico e fisico olandese Christiaan Huygens, invece, attribuì alla luce una natura ondulatoria,
spiegandone il meccanismo di propagazione secondo le leggi del moto
ondulatorio.Attualmente si pensa che queste due teorie siano sostanzialmente
complementari: lo sviluppo della teoria quantistica ha portato infatti a
osservare che, in esperimenti diversi, la luce mostra alternativamente
comportamenti tipicamente corpuscolari e comportamenti ondulatori. Nelle
situazioni in cui la luce si propaga secondo le caratteristiche del moto
ondulatorio, le vibrazioni avvengono lungo una direzione perpendicolare a
quella di propagazione, e sono quindi possibili due piani di polarizzazione
mutuamente perpendicolari.
Velocità
La velocità della luce fu misurata per la
prima volta in un esperimento di laboratorio dal fisico francese Armand-Hippolyte-Louis Fizeau,
sebbene altre osservazioni astronomiche avessero già permesso di determinarne
il valore con una buona approssimazione. Oggi il valore della velocità della
luce si conosce con estrema precisione: nel vuoto esso risulta pari a
299.792.458 m/sec. Misurando l'intervallo di tempo impiegato dalla radiazione
luminosa per raggiungere un bersaglio e quindi tornare indietro, diventa
possibile determinare distanze altrimenti non valutabili in modo ugualmente
accurato. In ciò consiste ad esempio il principio di funzionamento del radar e
del sonar. L'unità di misura della lunghezza del Sistema Internazionale, il
metro, è stato ridefinito come la lunghezza del cammino percorso dalla luce nel
vuoto in un intervallo di tempo di 1/299.792.458 di secondo. La velocità di
propagazione della luce nell'aria varia leggermente in funzione della lunghezza
d'onda, e risulta in media minore di circa il 3% del suo valore nel vuoto; la
velocità in acqua si riduce invece in media del 25% circa e nel vetro del
33%.La luce svolge un ruolo fondamentale in moltissimi campi, di cui è
impossibile fornire un elenco completo. La luce del Sole ad esempio, è
essenziale per le piante nel processo di fotosintesi, che serve a sintetizzare
sostanze organiche complesse a partire da molecole inorganiche.