Le teorie sulla natura della luce
Per molti anni gli scienziati hanno riflettuto su quale fosse la vera natura della luce, e in particolare furono sviluppate due correnti di pensiero opposte: la teoria corpuscolare e la teoria ondulatoria.
La teoria corpuscolare
Secondo la teoria corpuscolare (formulata da Isaac Newton), la luce sarebbe composta da una serie di particelle emesse dalla sorgente luminosa, che si muovono nel mezzo seguendo le leggi della meccanica classica. La propagazione delle particelle, quindi avveniva in linea retta, e tale flusso era in grado di rimbalzare contro gli ostacoli e di passare attraverso i mezzi trasparenti.
Con questo modello era possibile spiegare diversi fenomeni riguardanti la luce, come la formazione delle ombre nette e delle eclissi;
fenomeni come l’arcobaleno erano spiegati prendendo in considerazione un grandissimo numero di particelle colorate, e la luce bianca era il risultato dell’unione di moltissime di esse.
La teoria ondulatoria
Secondo la teoria ondulatoria, invece, il cui esponente principale fu Christiaan Huygens, la luce aveva le stesse caratteristiche di un’onda che si propaga in un determinato mezzo, che inizialmente fu definito etere.
Si credeva che l’etere fosse presente in tutto l’universo, e che fosse costituito da una grandissima quantità di particelle elastiche, che permettevano il propagarsi dell’onda.
In quanto onda, la velocità della luce varia nel passaggio di essa attraverso due mezzi di densità differente.
Con questo modello potevano essere spiegati, anche se in maniera più complicata rispetto alla teoria corpuscolare, una grande quantità di fenomeni della luce, fra i quali la riflessione e la rifrazione.
Come possiamo notare, le due teorie sono opposte, e per questo erano fonte di attrito tra i rispettivi sostenitori: secondo la teoria ondulatoria, poiché la luce è vista al pari di una qualsiasi onda, essa non può trasportare materia, ma solo energia;
la teoria corpuscolare, invece, afferma proprio il contrario, in quanto la luce sarebbe composta da delle particelle, e quindi materia, che si propagano nel mezzo.
La teoria di Maxwell
Solo nel 1800 ci fu il prevalere di una teoria sull’altra, grazie ad alcuni esperimenti che mettono in evidenza delle caratteristiche della luce che sono proprie delle onde.
Una delle principali affermazioni che permise di escludere il modello corpuscolare fu la scoperta che la velocità della luce nei mezzi trasparenti è minore della sua velocità nel vuoto, così come affermava la teoria ondulatoria.
Se si considera la luce come insieme di particelle corpuscolari, invece, la sua velocità nella materia dovrebbe risultare maggiore di quella nel vuoto.
La definitiva teoria che ne derivò, fu affermata da Maxwell, il quale propose la definizione di luce come onda elettromagnetica, derivante da una perturbazione dei campi elettrici e magnetici, che fanno di che le onde si propaghino anche nel vuoto.
La teoria di Einstein
Studi successivi, poi, in particolare grazie alla teoria della relatività di Einstein, vi fu un’altra formulazione sulla natura della luce.
Nel 1905, infatti, Einstein riesci a spiegare l’effetto fotoelettrico introducendo il concetto di fotone.
L’effetto fotoelettrico consiste nel fatto che, quando una superficie metallica viene colpita da un fascio di luce, essa emette degli elettroni, che si distaccano dalla sua superficie.
Einstein ipotizzò che la luce si comportasse come un’insieme di pacchetti energetici (quanti di energia), detti fotoni; questi, venendo a contatto con gli elettori del metallo, trasferivano loro la propria energia, facendo si che gli elettroni potessero distaccarsi dalla superficie.
La conclusione cui si giunse in seguito a questa teoria fu che in alcune circostanze la luce si comporta come un’onda, e in altre come un insieme di corpuscoli; di conseguenza, nessuna delle due teorie fu esclusa, e per questo di parla di natura dualistica della luce.
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