STEP #03 - La scienza
La lampada al neon è uno strumento sviluppato grazie a conoscenze scientifiche di Fisica.
La Fisica è definita come la scienza che studia le proprietà, la composizione, l'identificazione, la preparazione e il modo di reagire delle sostanze sia naturali sia artificiali del regno inorganico e di quello organico.
La luce è un fenomeno fisico che noi percepiamo tramite il nostro apparato ottico. La natura di tale fenomeno fu indagata fin da tempi antichi.
Nel 1638 Galileo Galilei tentò di ottenere una misura della velocità della luce conducendo un esperimento con delle lanterne nel quale voleva misurare il tempo necessario a compiere il tragitto. L'esperimento ovviamente fu infruttuoso e Galilei concluse che la propagazione della luce è "se non istantanea, velocissima".
Anche Isaac Newton si interessa della luce. Egli effettua numerosi esperimenti di ottica utilizzando prismi, lenti e specchi che lo porteranno a formulare teorie sui sistemi ottici, sul colore e sulla natura della luce. Fra questi fenomeni fondamentali della luce vi è
la Rifrazione: la traiettoria della luce incidente su un mezzo è deviata all'interfaccia con esso.
la Dispersione Cromatica: l'angolo di rifrazione dipende dal colore della luce che attraversa il mezzo.
Riguardo al colore Newton trae le seguenti conclusioni:
1 la luce bianca è composta da una sovrapposizione di colori dello spettro visibile.
2 essa può essere scomposta utilizzando un prisma, e anche ricomposta (addizione cromatica) a partire dalle sue componenti.
3 il colore è una proprietà intrinseca della luce e non degli oggetti.
La teoria corpuscolare:
Nel 1704 Newton avanza l'ipotesi che la luce sia composta da particelle molto leggere. Tale ipotesi gli permette di spiegare il fenomeni della propagazione rettilinea dei raggi luminosi ed il fenomeno della riflessione tramite analogie con la meccanica. Inoltre associa alla dimensione dei corpuscoli luminosi il loro colore, cercando quindi così di dare una spiegazione ai fenomeni di rifrazione e dispersione.
La teoria ondulatoria:
Tale ipotesi viene osteggiata da alcuni contemporanei di Newton. Tra questi vi è l'olandese Christian Huygens che nel 1690 avanza l'ipotesi che la natura della luce sia quella di un'onda: un'oscillazione dell'etere che si propaga nello spazio.
Onda o particella?
Il dibattito sulla natura della luce non si concluderà a breve. L'ipotesi corpuscolare permette di spiegare alcuni fenomeni osservabili, ma altri si adattano bene a una spegazione tramite l'ipotesi ondulatoria. Sono numerosi infatti gli esperimenti che spiegano a sostenere una o l'altra teoria. In particolare vi è il ben noto esperimento di Young (1801):
facendo passare della luce attraverso due fenditure molto ravvicinate, Thomas Young mostra che è possibile osservare delle frange di interferenza, un fenomeno caratteristico delle onde.
Entrambe le fazioni avevano in parte ragione, la luce ha una natura dualistica, sia particellare che corpuscolare. I raggi luminosi sono costituiti da fotoni, particelle di energia che si propagano nello spazio con moto ondulatorio.
Qui entrerà in gioco Maxwell con la sua teoria elettromagnetica che descrisse la luce come onda elettromagnetica
James Clerk Maxwell(1831-1879) descrivere nella sua teoria elettromagnetica la luce come radiazione elettromagnetica con lunghezza d'onda (o relativa frequenza) compresa nello spettro del visibile.
Egli spiegò che ogni particolare frequenza risultava a noi umani come un particolare colore.
Grazie alle omonime leggi nell'ambito dell'elettromagnetismo, si arrivò a prevedere finalmente la velocità della luce. Secondo le equazioni di Maxwell, qualsiasi onda elettromagnetica di propaga nel vuoto a una velocità c=299 792 km/s (circa).
Successivamente però, si aggiunse la teoria quantistica con Planck che afferma nel 1900 che l'energia della radiazione luminosa non può essere trasferita se non in pacchetti discreti di energia detti quanti di energia:
Nel 1905 Einstein spiegò rigorosamente l'effetto fotoelettrico proprio tramite l'ipotesi di Planck, spiegando così definitivamente la natura fisica dei quanti di luce chiamati fotoni.
Fonti:
(Copy col pallino 2018): la natura della luce: ondulatoria o corpuscolare?, La natura della luce: ondulatoria o corpuscolare? Scopriamolo (silviapittarello.it)
(Andrea Minini): la teoria ondulatoria e corpuscolare della luce, La teoria ondulatoria e corpuscolare della luce - Andrea Minini
(unitretirano): La natura della luce: da Newton a Einstein, La natura della luce: da newton a einstein (unitretirano.it)
(Wikipedia): Teoria ondulatoria della luce, Teoria ondulatoria della luce - Wikipedia
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