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Le teorie della luce attraverso i secoli

Il sole, questa meravigliosa piccola stella che irradia il nostro sistema planetario, è la più importante sorgente energetica di vita; senza di esso non avremmo niente, perché ogni processo dinamico è legato alla sua esistenza; la stessa polarità della materia e il suo codice binario si annullerebbero, poiché verrebbe a mancare l’alternanza luce-oscurità/giorno-notte.
La luce ha fatto discutere per secoli scienziati intenti a indagarne la sua misteriosa natura. Cosi il nostro viaggio procede da Euclide a Tolomeo, dall’arabo Alhazen fino all’olandese Snell (scoperta della legge della rifrazione, 1625) e al francese René Drscartes (spiegazione dell’arcobaleno); seguono poi padre Grimaldi (fenomeni di diffrazione) e Isacco Newton con la sua decomposizione spettrale della luce bianca nei vari colori attraverso un prisma e lo studio dei famosi anelli colorati, che compaiono in particolari condizioni, e che prendono il suo nome (anelli di Newton).
Le esperienze di Newton sul colore furono successivamente aspramente criticate da un eccezionale pensatore e “scienziato iniziatico” quale fu Johann Wolfgang Goethe nella sua opera La teoria dei colori.
Ci interessa per ora seguire la storia scientifica della luce e le sue varie teorie.
Tutte le correnti di pensiero che avevano fino ad allora affrontato il fenomeno luce lo avevano descritto come di natura corpuscolare; solo più tardi l’olandese Christian Huygens introdusse un concetto del tutto nuovo: ” la teoria ondulatoria”.
Questa rivoluzionaria teoria sosteneva che la luce sarebbe costituita da onde che si propagherebbero nello spazio attraverso un mezzo impercettibile, l’etere, che sarebbe presente anche nel vuoto e che penetrerebbe tutti i corpi.
Anche Newton, sostenitore della teoria corpuscolare, per poter spiegare gli anelli colorati (anelli di Newton), aveva ipotizzato che i corpuscoli fossero accompagnati da onde con “acessi di facile trasmissione” e “acessi di facile riflessione” precedendo, di due secoli, con il suo concetto di “lunghezza di accesso”, la meccanica ondulatoria e il concetto di lunghezza d’onda.
Sebbene la teoria ondulatoria fosse pubblicata da Huygens già nel 1690 nel suo Trattato della luce, per tutto il 1700 la vecchia ipotesi corpuscolare rimase la più accreditata. Il vero trionfo della tesi ondulaytoria si ha a partire dal 1815 con il genio scientifico di Augustin Fresnel che riusci a spiegare con questa i fenomeni di diffrazione e interferenza. Morendo all’età di soli 39 anni, nel 1827, Fresnel lasciò ai posteri un’opera ammirevole i cui risultati essenziali rimangono intatti a tutt’oggi.
Verso il 1850 Fizeau e Foucault riuscirono a misurare la velocità della luce e come questa fosse diversa a seconda del mezzo attraversato. Nell’acqua la luce diminuisce la sua velocità, cosi che la luce riflessa viene piegata e può creare variazione e distorsione di un oggetto. Tutto ciò si accordava perfettamente con la teoria ondulatoria mentre metteva in ombra la tesi corpuscolare.
Il punto debole rimaneva però la natura della vibrazione luminosa. Lo stesso Fresnel aveva parlato della vibrazione di un mezzo elastico, l’etere luminoso, ma una simile concezione portava ad attribuire all’etere proprietà fisiche assai poco verossimili.
A modificare completamente questa concezione della vibrazione luminosa giunse Maxwell che, avvalendosi delle esperienze del Faraday del 1845, sulla birifrangenza magnetica (rotazione del piano di polarizzazione della luce che attraversa un corpo rifrangente sottoposto a un campo magnetico), formulò la sua teoria elettromagnetica della luce. Quindi la luce sarebbe formata da onde elettromagnetiche corrispondenti al piccolo intervallo di frequenze (un’ottavo circa) al quale il nostro occhio è sensibile.
La concezione elettromagnetica di Maxwell ha permesso di riunire in un’unica famiglia tutti i tipi di radiazioni, che vennero man mano scoprendosi tra il 1850 e il 1900, a partire dalle onde hertziane (Heinrich Hertz, 1887), che vanno da lunghezze d’onda di 100km a frazioni di mm, a cui seguono le radiazioni infrarosse, lo spettro visibile ovvero i colori, le radiazioni ultraviolette, e infine i raggi X e i raggi gamma dei corpi radioattivi, le cui lunghezze d’onda sono inferiori a 1/1000000 di mm.
La sintesi mirabile di Maxwell viene poi complatata ulteriormente da Lorentz con l’introduzione del concetto corpuscolare dell’elettricità (teoria degli elettroni di Lorentz).
Successivamente Max Planck introduce l’ipotesi dei quanti che riporta tutto nella vecchia teoria corpuscolare, ma lo stesso Planck non se la sente di sostenere fino in fondo la sua tesi, poiché troppo vistosamente in contrasto con la teoria ondulatoria di Fresnel e di Maxwell.
Einstein nel 1905, con la sua teoria dei quanti di luce, fu il primo a proclamare la necessità di ritornare entro una certa misura, all’ipotesi corpuscolare. Einstein in questa sua tesi fu aspramente combattuto da molti scienziati contemporanei tra cui il Lorentz, ma i quanti di luce, ben presto ribattezzati “fotoni”, si andarono affermando per la teoria dell’atomo di Niels Bohr, enunciata nel 1913.
Come conciliare, quindi, la teoria dei fotoni con la teoria ondulatoria, indispensabile per spiegare i fenomeni di interferenza e diffrazione? Si doveva infatti dar ragione dei seguenti fatti:
1) ogni volta che una radiazione cede energia alla materia o a essa ne sottrae, questo scambio può riassumersi come risultante dell’assorbimento o dell’emissione di un fotone da parte della materia;
2) ogni volta che invece si vuole descrivere lo spostamento globale dell’energia luminosa nello spazio, il fenomeno va interpretato come una propagazione di onde.
Per precisare il concetto, si è portati ad ammettere che il numero di fotoni suscettibili di essere rimossi, per unità di volume in seno a un’onda luminosa, è proporzionale all’intensità dell’onda.
Una tale sintesi si è realizzata con la “meccanica ondulatoria” che è riuscita a far collimare le tesi ondulatorie e corpuscolari, etendendo questa dualità di aspetto a tutti gli elementi della materia.
L’insieme delle proprietà della luce è attualmente rappresentato dalla teoria quantica dei campi elettromagnetici di cui la meccanica ondulatoria del fotone ne costituisce una parte.
Tali odierne concezioni spiegano tutte le proprietà della luce:
1) il suo aspetto ondulatorio con i fenomeni di interferenza e diffrazione;
2) il suo aspetto corpuscolare con i fotoni;
3) il suo carattere trasversale con la polarizzazione;
4) la sua natura elettromagnetica.
La storia delle teorie sulla luce è la testimonianza più viva di come certe ipotesi vengano distrutte da altre, per poi riemmergere sotto diversa forma a testimonianza che ogni teoria possiede sempre una visione parziale della verità. Certamente altre realtà emergerano nei secoli a venire per ulteriori interpretazioni di questo meraviglioso fenomeno che è la luce.

Fonti: Iniziazione alla cromoterapia – Osvaldo Sponzilli

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