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Stage2011 dabramo-luce

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La Natura Fisica della Luce: dai corpuscoli alle onde e oltre Germano D'Abramo (INAF-IASF)
Domanda: Ma perché una lezione sulla Natura Fisica della Luce in uno Stage di Astrofisica? Risposta: Se ci pensate bene, è solo grazie alla luce che noi sappiamo dell'esistenza e conosciamo le caratteristiche di tutti gli oggetti astronomici (pianeti, stelle, galassie, etc).
La Luce: Cos'è? Di cosa è fatta? A partire dalla fine del XVI secolo si diffuse presso gli studiosi di Filosofia Naturale, la progenitrice delle scienze fisiche, un forte interesse per la natura fisica della luce. Le prime considerazioni sulla sua natura scaturivano da osservazioni comuni, quotidiane:  La luce sembra avere origine da sorgenti (Sole, candele, torce, etc.).  Si propaga in linea retta (oggetti illuminati proiettano ombre nette).  E' esperienza comune che quando un raggio di luce attraversa una stanza si notano “particelle luminose” che fluttuano nell'aria (oggi sappiamo che sono particelle di polvere illuminate dalla luce, ma allora....).  Se un raggio di luce è riflesso da uno specchio, l'angolo di riflessione è sempre uguale all'angolo di incidenza (l'angolo di riflessione e l'angolo di incidenza sono misurati a partire dalla perpendicolare allo specchio).
Modello corpuscolare della luce Nell'esperienza comune dell'epoca, l'unico esempio di qualcosa che si propagasse in linea retta era quello di oggetti materiali (pietre, frecce, etc) dotati di velocità elevata. Da qui l'idea che la luce fosse composta da corpuscoli materiali (tanto piccoli da non essere distinguibili ad occhio nudo) che si muovono nello spazio ad alta velocità (onde “attenuare” l'effetto della gravità terrestre che tenderebbe a incurvare le loro traiettorie). Questo è il: Modello corpuscolare della luce (seconda metà del 1600) Isaac Newton Tra i propositori e sostenitori ci furono il filosofo Pierre Gassendi e l'illustre fisico inglese Isaac Netwon. Tuttavia, le prime idee sulla natura corpuscolare della luce risalgono al filosofo greco Lucrezio (55 B.C.) e probabilmente anche a pensatori precedenti.
Il modello corpuscolare alla prova (I) Nella scienza post-galileiana un modello fisico-matematico di un fenomeno naturale nasce tipicamente da osservazioni quotidiane e disorganiche del fenomeno stesso. Il modello è una sintesi organica e raffinata di tutte le osservazioni che descrivono le caratteristiche salienti del fenomeno. Un modello fisico accettabile deve quindi:  descrivere correttamente e nella forma (matematica) più semplice possibile (rasoio di Occam) i comportamenti già conosciuti del fenomeno fisico studiato;  dare la possibilità di prevedere comportamenti non ancora osservati del fenomeno fisico allo studio, e indicare come osservarli. Se questi comportamenti non si verificano, il modello è sbagliato/incompleto e va sostituito/corretto.
Il modello corpuscolare alla prova (II) Il modello corpuscolare sembra dare una giustificazione molto chiara e convincente dei comportamenti della luce comunemente osservati (vedi seconda trasparenza). Θi = Θr In particolar modo la propagazione rettilinea e la legge di riflessione. Infatti, un corpuscolo materiale lanciato ad elevata velocità si comporta come un raggio di luce, si propaga in modo quasi rettilineo. Inoltre, una pallina che rimbalza elasticamente su una superficie dura si comporta come un raggio di luce che si riflette in uno specchio.
Il modello corpuscolare alla prova (III) Se la luce è composta da corpuscoli che si muovono nello spazio, questi avranno una velocità, presumibilmente finita (cioè non si propagano istantaneamente da un punto all'altro dello spazio, come non succede a tutti i corpi materiali conosciuti) e verosimilmente alta. I primi tentativi (infruttuosi) di misurare la velocità della luce risalgono già alla prima metà del 1600 quando Galileo Galilei tentò di misurare il ritardo tra l'istante in cui una lanterna veniva scoperta e l'instante in cui la luce veniva percepita da un osservatore in cima ad una collina poco distante (~1 km). L'unica conclusione che Galileo poté trarre fu che la propagazione della luce è straordinariamente rapida. La prima stima quantitativa delle velocità della luce fu compiuta nel 1676 dall'astronomo danese Ole Roemer utilizzando una anomalia nella durata delle eclissi dei pianeti Medicei, i satelliti di Giove scoperti da Galileo. Egli ottenne un valore di circa 210.800 km/s, molto vicino al valore attualmente conosciuto con precisione (299.792 km/s).
Il modello corpuscolare alla prova (IV) All'epoca, un altro comportamento della luce era ben noto e matematicamente studiato: quello della rifrazione. La rifrazione consiste in una deviazione istantanea del percorso luminoso rettilineo quando un raggio di luce attraversa la superficie di separazione tra un mezzo poco denso (ad esempio, l'aria) e un mezzo più denso (ad esempio, acqua, vetro, olio etc.). Il raggio di luce, nel passare da un mezzo poco denso a un più Θi denso si avvicina all'asse verticale che è perpendicolare alla superficie di separazione dei due mezzi. La legge matematica che descrive questo comportamento si chiama legge di Snell. Il modello corpuscolare spiega questo fenomeno Θr affermando che i corpuscoli, appena si avvicinano alla superficie di separazione dei due mezzi, vengono attirati verso il basso dal mezzo più denso (vedi figura) e quindi deviano come osservato in natura. Previsione fatta dal modello: i corpuscoli luminosi accelerano nel passaggio nel mezzo più denso, quindi la luce è più veloce nei mezzi densi, piuttosto che nell'aria.
Il modello corpuscolare: prime difficoltà. La Diffrazione Da tempo era conosciuto un fenomeno luminoso che fu a lungo studiato dal fisico italiano Francesco Maria Grimaldi intorno alla metà del 1600 e che va sotto il nome di diffrazione. Quando un raggio di luce attraversa una fenditura opportunamente stretta o un foro opportunamente piccolo, dall'altra parte del foro o della fenditura non si produce un'ombra netta ma una sorta di ombra con i contorni diffusi. Il modello corpuscolare di Newton poteva spiegare, anche se con difficoltà, questo fenomeno ascrivendolo alla deflessione dei corpuscoli di luce da parte dei bordi del foro o della fenditura.
Il modello corpuscolare: altre difficoltà. L'interferenza Anche se altri modelli fisici sulla natura della luce venivano proposti e diffusi (come vedremo in seguito), il modello corpuscolare sembrò regnare incontrastato per quasi 200 anni, anche se di tanto in tanto si incontravano difficoltà nello spiegare alcuni comportamenti della luce appena scoperti. All'inizio del 1800 il fisico e medico inglese Thomas Young propose e descrisse quello che è ormai noto come l'esperimento della doppia fenditura. Quando un raggio di luce attraversa due strette fenditure, disposte molto vicine fra di loro, dall'altra parte dello schermo si crea un motivo di luci e ombre che si ripete in maniera regolare e che invade anche spazi che vanno al di la della semplice ombra geometrica . Il fenomeno si verifica solo quando entrambe le fenditure sono aperte.
Il modello corpuscolare: dichiarazione di “morte” Se il modello corpuscolare può ancora spiegare il fenomeno della diffrazione con una deflessione dei corpuscoli da parte dei bordi delle fenditure/fori, la disposizione regolare di luci e ombre nell'interferenza richiede che i corpuscoli, dopo aver attraversato le fenditure, interagiscano fra di loro in maniera troppo complicata per essere spiegata semplicemente dal modello. In linea di principio, tuttavia, il modello corpuscolare potrebbe ancora farcela! Il fenomeno dell'interferenza, per quanto minaccioso, potrebbe ancora essere domato dal modello corpuscolare. Il colpo definitivo al modello corpuscolare arriva con le prime misure di laboratorio della velocità della luce nei mezzi materiali (ad opera di Fizeau e Foucault, intorno al 1850). Si scopre che la velocità della luce nei mezzi materiali è minore rispetto alla velocità della luce nell'aria o nel vuoto. Ma il modello corpuscolare prevedeva esattamente il contrario, ricordate? Il modello corpuscolare è quindi non corretto perché fa previsioni opposte ciò che si osserva sperimentalmente!
...Luci e Onde... Quasi contemporaneamente alla nascita e all'affermazione del modello corpuscolare (seconda metà del 1600) i fisici Robert Hooke e Christiaan Huygens proposero quello che è conosciuto come modello ondulatorio della luce. Secondo questo modello, la luce si comporta come un'onda. Alcuni esempi di fenomeni fisici che si comportano come un'onda sono: il suono, le increspature del mare, etc. Ma cos'è un'onda? Un'onda è una perturbazione, una modificazione fisica che si propaga attraverso un mezzo con una velocità che dipende dalle caratteristiche fisiche di quest'ultimo. Un'onda non trasferisce materia da un punto ad un altro dello spazio, come avviene lanciando un sasso, ma solo energia.
Onde periodiche Se il meccanismo che crea la perturbazione è periodico (come la spinta che si da a un'altalena) allora le onde prodotte nel mezzo sono periodiche. Un'onda è periodica quando, fissando un punto del mezzo attraverso cui essa si propaga, la perturbazione si ripete sempre allo stesso modo dopo un tempo fissato T, detto periodo. Il reciproco del periodo, cioè 1/T, è detta frequenza (ν) dell'onda. L'estensione della perturbazione è detta ampiezza dell'onda e la distanza tra due picchi di massima ampiezza dell'onda è detta lunghezza d'onda (λ). Inoltre vale: V = λ/Τ = λν V è la velocità di propagazione dell'onda periodica nel mezzo.
Il modello ondulatorio alla prova (I): Propagazione rettilinea Ma la luce sarebbe un'onda di cosa? In quale mezzo si propaga? Lasciamo per il momento da parte queste domande. Quello che ci deve interessare è che secondo il modello ondulatorio la luce si comporta come un'onda. Vediamo se questo modello spiega tutti i comportamenti della luce, anche quelli che hanno decretato la fine del modello corpuscolare. Sappiano che la luce si propaga in linea retta. Anche un'onda si propaga in linea retta. Quando nella piscina con le onde di un Acquapark l'onda viene generata, essa arriva a noi in direzione rettilinea. Inoltre, quando un'onda incontra uno schermo bucato (con il buco molto più grande della lunghezza d'onda) si produce una “ombra” geometrica netta.
Il modello ondulatorio alla prova (II). Legge della riflessione
Il modello ondulatorio alla prova (III). Legge della rifrazione Nell'esempio qui a fianco un'onda percorre la superficie di una vasca dall'alto a sinistra verso il basso a destra. La linea di separazione blu ci indica il passaggio da un fondale più profondo a uno meno profondo. In quel punto la direzione di propagazione dell'onda (indicata dalle frecce) cambia proprio secondo la legge dell rifrazione (legge di Snell). Inoltre il modello ondulatorio prevede una velocità della luce minore nei mezzi più densi. Nell'esempio, le onde d'acqua sono più lente laddove il fondale è più basso.
Il modello ondulatorio alla prova (IV). Diffrazione
Il modello ondulatorio alla prova (V). Interferenza
Il modello ondulatorio: entra in gioco la fisica dell'elettricità e del magnetismo Il modello ondulatorio sembra spiegare in maniera semplice e puntuale tutti i comportamenti della luce fin qui osservati. Quindi, la luce sembra effettivamente comportarsi come un'onda. Ma un onda fatta di cosa? Il suono è un onda di pressione che si propaga nell'aria. Le onde del mare sono perturbazioni della superficie dell'acqua. Verso la fine del 1800 i fenomeni elettrici e magnetici, conosciuti sin dall'antichità, erano stati studiati approfonditamente e si era giunti a una sintesi matematica molto sofisticata. Nel 1873 il fisico scozzese James Clerk Maxwell pubblica le sue famose equazioni del campo elettromagnetico. Queste equazioni descrivono come si comportano i campi elettrici e magnetici nello spazio: alcune soluzioni di queste equazioni prevedono che le perturbazioni dei campi elettrico (E) e magnetico (B) si propaghino nello spazio come onde, la cui velocità c si ricava da due costanti fisiche già conosciute.
Il modello ondulatorio: le onde elettromagnetiche L'aspetto veramente sorprendente fu che la velocità dell'onda ricavata dalle equazioni di Maxwell corrispondeva proprio alla velocità della luce, il cui valore era già conosciuto grazie alle misurazioni di Fizeau e Foucault. I fisici di fine Ottocento ottennero un grande successo: la luce è dunque un'onda che si propaga attraverso il campo elettromagnetico che riempie tutto lo spazio intorno a noi, anche lo spazio vuoto. La sua velocità c è una costante fisica, poiché deriva da altre due costanti fisiche (permeabilità magnetica e permittività elettrica del vuoto). Questo diede anche lo spunto ad Albert Einstein per sviluppare la sua Teoria della Relatività Speciale.
Lo spettro elettromagnetico Lo spettro elettromagnetico è l'equivalente per la luce delle “analisi del sangue”: ci dice tutto sulle caratteristiche di un onda elettromagnetica e tutto su chi la produce.
...tuttavia un'anomalia era in agguato: l'effetto fotoelettrico Nel 1887 il fisico tedesco Heinrich Hertz scoprì un particolare tipo di interazione tra luce e materia: l'effetto fotoelettrico. L'effetto fotoelettrico consiste nell'emissione di elettroni da una superficie, solitamente metallica, quando questa viene investita da una radiazione elettromagnetica avente una certa frequenza. Dal modello ondulatorio della luce ci si aspettava che una maggiore intensità della luce (che corrisponde ad una maggiore ampiezza dell'onda e quindi ad una maggiore energia) avrebbe portato all'emissione di elettroni con una maggiore velocità (maggiore energia cinetica). Invece, nell'effetto fotoelettrico con una luce più intensa aumenta solo il numero degli elettroni emessi, non la loro energia cinetica e velocità.
La rivincita dei corpuscoli! Inoltre, si era notato che se la frequenza della luce che illuminava il metallo era maggiore (vedi spettro), l'energia, e quindi la velocità degli elettroni emessi era maggiore. Nel 1905 il famoso fisico tedesco Albert Einstein propose un modello fisico per spiegare questo fenomeno, che rivoluzionò la fisica e segnò in effetti la nascita della meccanica quantistica. Einstein suppose che la luce fosse costituita da quantità discrete, chiamate fotoni. Essi erano delle vere e proprie particelle, e quindi la luce tornava ad essere formata da corpuscoli. Ad ogni fotone Einstein associa una energia pari a E=hν Albert Einstein Dove h è una costante (la costante di Planck) e ν è la frequenza della luce che si sta considerando.
I fotoni Il modello corpuscolare di Einstein spiega con semplicità tutte le caratteristiche dell'effetto fotoelettrico. Una luce con frequenza maggiore è fatta di fotoni che hanno singolarmente più energia e quindi gli elettroni vengono espulsi dal metallo a maggiore velocità. Inoltre, una luce più intensa ha più fotoni “dentro” e quindi se si aumenta l'intensità della luce, aumenta il numero di elettroni espulsi (uno per fotone), ma non la loro velocità. Il modello corpuscolare di Einstein è ovviamente molto diverso da quello pensato da Newton. Un primo aspetto curioso è che l'energia di ogni fotone è proporzionale alla frequenza della luce di cui fa parte. Ma la frequenza non è una grandezza propria di un'onda? …E ritornare a una luce fatta di corpuscoli non crea problemi nella spiegazione della rifrazione, diffrazione e interferenza?
Dualismo onda-corpuscolo Il punto è che per alcuni comportamenti (diffrazione, interferenza, etc.) la luce si comporta come un'onda, per altri (l'effetto fotoelettrico) essa si comporta come se fosse costituita da corpuscoli. La profonda e sconvolgente acquisizione della Meccanica Quantistica della prima metà del 1900 è che la luce è contemporaneamente onda e corpuscolo. In alcuni casi ci conviene trattarla come onda in altri come costituita di corpuscoli. A livello indicativo, quando abbiamo a che fare con basse frequenze (onde radio, microonde, etc) trattiamo la luce matematicamente come Niels Bohr un'onda, Quando abbiamo a che fare con alte frequenze (ultravioletto, raggi X e raggi γ) la trattiamo matematicamente come se fosse costituita da corpuscoli. Il principio di complementarità di Niels Bohr afferma che ogni particella elementare (elettrone, protone, etc.) mostra una duplice natura, sia corpuscolare che ondulatoria.
La diffrazione dell'elettrone!
Grazie e Buon Proseguimento! Per ulteriori informazioni: germano.dabramo@gmail.com

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  • 6. Il modello corpuscolare alla prova (II) Il modello corpuscolare sembra dare una giustificazione molto chiara e convincente dei comportamenti della luce comunemente osservati (vedi seconda trasparenza). Θi = Θr In particolar modo la propagazione rettilinea e la legge di riflessione. Infatti, un corpuscolo materiale lanciato ad elevata velocità si comporta come un raggio di luce, si propaga in modo quasi rettilineo. Inoltre, una pallina che rimbalza elasticamente su una superficie dura si comporta come un raggio di luce che si riflette in uno specchio.
  • 7. Il modello corpuscolare alla prova (III) Se la luce è composta da corpuscoli che si muovono nello spazio, questi avranno una velocità, presumibilmente finita (cioè non si propagano istantaneamente da un punto all'altro dello spazio, come non succede a tutti i corpi materiali conosciuti) e verosimilmente alta. I primi tentativi (infruttuosi) di misurare la velocità della luce risalgono già alla prima metà del 1600 quando Galileo Galilei tentò di misurare il ritardo tra l'istante in cui una lanterna veniva scoperta e l'instante in cui la luce veniva percepita da un osservatore in cima ad una collina poco distante (~1 km). L'unica conclusione che Galileo poté trarre fu che la propagazione della luce è straordinariamente rapida. La prima stima quantitativa delle velocità della luce fu compiuta nel 1676 dall'astronomo danese Ole Roemer utilizzando una anomalia nella durata delle eclissi dei pianeti Medicei, i satelliti di Giove scoperti da Galileo. Egli ottenne un valore di circa 210.800 km/s, molto vicino al valore attualmente conosciuto con precisione (299.792 km/s).
  • 8. Il modello corpuscolare alla prova (IV) All'epoca, un altro comportamento della luce era ben noto e matematicamente studiato: quello della rifrazione. La rifrazione consiste in una deviazione istantanea del percorso luminoso rettilineo quando un raggio di luce attraversa la superficie di separazione tra un mezzo poco denso (ad esempio, l'aria) e un mezzo più denso (ad esempio, acqua, vetro, olio etc.). Il raggio di luce, nel passare da un mezzo poco denso a un più Θi denso si avvicina all'asse verticale che è perpendicolare alla superficie di separazione dei due mezzi. La legge matematica che descrive questo comportamento si chiama legge di Snell. Il modello corpuscolare spiega questo fenomeno Θr affermando che i corpuscoli, appena si avvicinano alla superficie di separazione dei due mezzi, vengono attirati verso il basso dal mezzo più denso (vedi figura) e quindi deviano come osservato in natura. Previsione fatta dal modello: i corpuscoli luminosi accelerano nel passaggio nel mezzo più denso, quindi la luce è più veloce nei mezzi densi, piuttosto che nell'aria.
  • 9. Il modello corpuscolare: prime difficoltà. La Diffrazione Da tempo era conosciuto un fenomeno luminoso che fu a lungo studiato dal fisico italiano Francesco Maria Grimaldi intorno alla metà del 1600 e che va sotto il nome di diffrazione. Quando un raggio di luce attraversa una fenditura opportunamente stretta o un foro opportunamente piccolo, dall'altra parte del foro o della fenditura non si produce un'ombra netta ma una sorta di ombra con i contorni diffusi. Il modello corpuscolare di Newton poteva spiegare, anche se con difficoltà, questo fenomeno ascrivendolo alla deflessione dei corpuscoli di luce da parte dei bordi del foro o della fenditura.
  • 10. Il modello corpuscolare: altre difficoltà. L'interferenza Anche se altri modelli fisici sulla natura della luce venivano proposti e diffusi (come vedremo in seguito), il modello corpuscolare sembrò regnare incontrastato per quasi 200 anni, anche se di tanto in tanto si incontravano difficoltà nello spiegare alcuni comportamenti della luce appena scoperti. All'inizio del 1800 il fisico e medico inglese Thomas Young propose e descrisse quello che è ormai noto come l'esperimento della doppia fenditura. Quando un raggio di luce attraversa due strette fenditure, disposte molto vicine fra di loro, dall'altra parte dello schermo si crea un motivo di luci e ombre che si ripete in maniera regolare e che invade anche spazi che vanno al di la della semplice ombra geometrica . Il fenomeno si verifica solo quando entrambe le fenditure sono aperte.
  • 11. Il modello corpuscolare: dichiarazione di “morte” Se il modello corpuscolare può ancora spiegare il fenomeno della diffrazione con una deflessione dei corpuscoli da parte dei bordi delle fenditure/fori, la disposizione regolare di luci e ombre nell'interferenza richiede che i corpuscoli, dopo aver attraversato le fenditure, interagiscano fra di loro in maniera troppo complicata per essere spiegata semplicemente dal modello. In linea di principio, tuttavia, il modello corpuscolare potrebbe ancora farcela! Il fenomeno dell'interferenza, per quanto minaccioso, potrebbe ancora essere domato dal modello corpuscolare. Il colpo definitivo al modello corpuscolare arriva con le prime misure di laboratorio della velocità della luce nei mezzi materiali (ad opera di Fizeau e Foucault, intorno al 1850). Si scopre che la velocità della luce nei mezzi materiali è minore rispetto alla velocità della luce nell'aria o nel vuoto. Ma il modello corpuscolare prevedeva esattamente il contrario, ricordate? Il modello corpuscolare è quindi non corretto perché fa previsioni opposte ciò che si osserva sperimentalmente!
  • 12. ...Luci e Onde... Quasi contemporaneamente alla nascita e all'affermazione del modello corpuscolare (seconda metà del 1600) i fisici Robert Hooke e Christiaan Huygens proposero quello che è conosciuto come modello ondulatorio della luce. Secondo questo modello, la luce si comporta come un'onda. Alcuni esempi di fenomeni fisici che si comportano come un'onda sono: il suono, le increspature del mare, etc. Ma cos'è un'onda? Un'onda è una perturbazione, una modificazione fisica che si propaga attraverso un mezzo con una velocità che dipende dalle caratteristiche fisiche di quest'ultimo. Un'onda non trasferisce materia da un punto ad un altro dello spazio, come avviene lanciando un sasso, ma solo energia.
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  • 14. Il modello ondulatorio alla prova (I): Propagazione rettilinea Ma la luce sarebbe un'onda di cosa? In quale mezzo si propaga? Lasciamo per il momento da parte queste domande. Quello che ci deve interessare è che secondo il modello ondulatorio la luce si comporta come un'onda. Vediamo se questo modello spiega tutti i comportamenti della luce, anche quelli che hanno decretato la fine del modello corpuscolare. Sappiano che la luce si propaga in linea retta. Anche un'onda si propaga in linea retta. Quando nella piscina con le onde di un Acquapark l'onda viene generata, essa arriva a noi in direzione rettilinea. Inoltre, quando un'onda incontra uno schermo bucato (con il buco molto più grande della lunghezza d'onda) si produce una “ombra” geometrica netta.
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  • 21. Lo spettro elettromagnetico Lo spettro elettromagnetico è l'equivalente per la luce delle “analisi del sangue”: ci dice tutto sulle caratteristiche di un onda elettromagnetica e tutto su chi la produce.
  • 22. ...tuttavia un'anomalia era in agguato: l'effetto fotoelettrico Nel 1887 il fisico tedesco Heinrich Hertz scoprì un particolare tipo di interazione tra luce e materia: l'effetto fotoelettrico. L'effetto fotoelettrico consiste nell'emissione di elettroni da una superficie, solitamente metallica, quando questa viene investita da una radiazione elettromagnetica avente una certa frequenza. Dal modello ondulatorio della luce ci si aspettava che una maggiore intensità della luce (che corrisponde ad una maggiore ampiezza dell'onda e quindi ad una maggiore energia) avrebbe portato all'emissione di elettroni con una maggiore velocità (maggiore energia cinetica). Invece, nell'effetto fotoelettrico con una luce più intensa aumenta solo il numero degli elettroni emessi, non la loro energia cinetica e velocità.
  • 23. La rivincita dei corpuscoli! Inoltre, si era notato che se la frequenza della luce che illuminava il metallo era maggiore (vedi spettro), l'energia, e quindi la velocità degli elettroni emessi era maggiore. Nel 1905 il famoso fisico tedesco Albert Einstein propose un modello fisico per spiegare questo fenomeno, che rivoluzionò la fisica e segnò in effetti la nascita della meccanica quantistica. Einstein suppose che la luce fosse costituita da quantità discrete, chiamate fotoni. Essi erano delle vere e proprie particelle, e quindi la luce tornava ad essere formata da corpuscoli. Ad ogni fotone Einstein associa una energia pari a E=hν Albert Einstein Dove h è una costante (la costante di Planck) e ν è la frequenza della luce che si sta considerando.
  • 24. I fotoni Il modello corpuscolare di Einstein spiega con semplicità tutte le caratteristiche dell'effetto fotoelettrico. Una luce con frequenza maggiore è fatta di fotoni che hanno singolarmente più energia e quindi gli elettroni vengono espulsi dal metallo a maggiore velocità. Inoltre, una luce più intensa ha più fotoni “dentro” e quindi se si aumenta l'intensità della luce, aumenta il numero di elettroni espulsi (uno per fotone), ma non la loro velocità. Il modello corpuscolare di Einstein è ovviamente molto diverso da quello pensato da Newton. Un primo aspetto curioso è che l'energia di ogni fotone è proporzionale alla frequenza della luce di cui fa parte. Ma la frequenza non è una grandezza propria di un'onda? …E ritornare a una luce fatta di corpuscoli non crea problemi nella spiegazione della rifrazione, diffrazione e interferenza?
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  • 27. Grazie e Buon Proseguimento! Per ulteriori informazioni: germano.dabramo@gmail.com