Problema
del corpo nero
Il corpo nero è un corpo ideale che assorbe ed emette radiazioni di
qualsiasi lunghezza d'onda e frequenza. Esso può essere sperimentalmente
ricavato portando un corpo a temperature elevate in modo che si ottengano
cariche libere. A livello sperimentale l'oggetto a temperature elevate presenta
una curva di distribuzione spettrale che dipende solo dalla sua temperatura
assoluta: l'intensità della radiazione emessa, valutata come potenza per unità
di superficie ed espressa in funzione delle frequenze, presenta sempre lo
stesso aspetto. In particolare, per la legge
di Wien, il picco di massima emittenza è direttamente proporzionale alla
temperatura assoluta. I fisici inglesi Rayleigh
e Jeans tentarono di interpretare con
le ordinarie leggi dell'elettromagnetismo classico l'andamento del fenomeno, ma
pervennero a conclusioni in netto disaccordo con l'esperienza: ottennero che
l'intensità sarebbe dovuta crescere indefinitamente all'aumentare della
frequenza nella regione dell'ultravioletto, ottenendo la cosiddetta catastrofe ultravioletta. Per la prima
volta venne messo in crisi un articolo di fede della fisica classica: la teoria
dell'irraggiamento.
Nel frattempo il fisico Max
Planck presentò nel 1900 una legge matematica che collegava l'intensità
della radiazione emessa alla frequenza e alla temperatura e funzionava bene per
tutte le frequenze e le temperature senza essere stata dedotta dalla fisica
classica. Per spiegare l'emissione di energia Planck suppose che gli atomi allorché vengono eccitati si
comportino come tanti oscillatori che irradiano energia non con continuità,
bensì per salti caratterizzati da un piccolo valore che non poteva essere reso
nullo. L'idea di Planck era basata sul fatto che la radiazione emessa
dal corpo nero è costituita da una serie discontinua di atti elementari, a
ognuno dei quali è associata una specie di pacchetto
di energia quantitativamente proporzionale alla frequenza della radiazione,
mediante la costante universale h=6,626 *
10^(-34) J s. La relazione matematica che lega la frequenza all'energia
assume la forma E=hv.
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