Come funziona la luce

Una volta che Maxwell ha introdotto il concetto di onde elettromagnetiche, tutto è andato a posto. Gli scienziati ora potevano sviluppare un modello operativo completo della luce usando termini e concetti, come lunghezza d’onda e frequenza, basati sulla struttura e la funzione delle onde. Secondo questo modello, le onde luminose sono di varie dimensioni. La dimensione di un’onda si misura come la sua lunghezza d’onda, che è la distanza tra due punti qualsiasi corrispondenti su onde successive, di solito da picco a picco o da depressione a depressione. Le lunghezze d’onda della luce che possiamo vedere vanno da 400 a 700 nanometri (o miliardesimi di metro). Ma l’intera gamma di lunghezze d’onda incluse nella definizione di radiazione elettromagnetica si estende da 0,1 nanometri, come nei raggi gamma, a centimetri e metri, come nelle onde radio.

Le onde luminose hanno anche molte frequenze. La frequenza è il numero di onde che passano un punto nello spazio durante un intervallo di tempo, di solito un secondo. La misuriamo in unità di cicli (onde) al secondo, o hertz. La frequenza della luce visibile è indicata come colore, e va da 430 trilioni di hertz, visti come rosso, a 750 trilioni di hertz, visti come viola. Ancora, l’intera gamma di frequenze si estende oltre la porzione visibile, da meno di 3 miliardi di hertz, come nelle onde radio, a più di 3 miliardi di miliardi di hertz (3 x 1019), come nei raggi gamma.

La quantità di energia in un’onda luminosa è proporzionalmente correlata alla sua frequenza: La luce ad alta frequenza ha alta energia; la luce a bassa frequenza ha bassa energia. Così, i raggi gamma hanno più energia (parte di ciò che li rende così pericolosi per gli esseri umani), e le onde radio ne hanno meno. Della luce visibile, il viola ha più energia e il rosso meno. L’intera gamma di frequenze ed energie, mostrata nella figura allegata, è conosciuta come lo spettro elettromagnetico. Si noti che la figura non è disegnata in scala e che la luce visibile occupa solo un millesimo di percentuale dello spettro.

Questa potrebbe essere la fine della discussione, se non fosse che Albert Einstein non poteva lasciare che le onde luminose accelerate mentissero. Il suo lavoro all’inizio del 20° secolo resuscitò la vecchia idea che la luce, solo forse, era una particella dopo tutto.