La luce nella moderna teoria della radiazione elettromagnetica

La fisica quantistica

Secondo la moderna concezione, la luce è costituita dall'insieme delle onde elettromagnetiche di frequenza tale da essere percepite dall'occhio umano: ma al di fuori dell'intervallo delle radiazioni visibili in senso stretto (con lunghezza d'onda compresa tra 7.600 · 10^-8 e 3.800 · 10^-8 cm dal rosso al violetto) vi sono ancora radiazioni dello stesso tipo quali l'infrarosso, le microonde e le onde hertziane da una parte e l'ultravioletto, i raggi X e i raggi y dall'altra. Per tutte le radiazioni, il fenomeno dell'emissione è dovuto a una transizione della sorgente da uno stato con una certa energia a un altro con energia inferiore: in particolare, se un atomo in una condizione fisica cui è associata l'energia E₁ passa a un'altra cui compete l'energia E₂ (minore di E₁), viene emessa una radiazione di frequenza v, tale che sia E₁­ E₂= h ; possiamo anche dire che è emesso un fotone di energia hv e che si propaga quindi un'onda di frequenza v. Se n atomi della sorgente compiono la transizione, vi saranno n fotoni emessi e quindi sarà E = nhv l'energia totale irraggiata: essa è cioè multipla del quanto fondamentale hv corrispondente a quella certa frequenza. In modo analogo l'assorbimento della radiazione avviene per transizione del ricevitore dall'energia E₁all'energia E₂ = hv E₁. Il caso particolare della luce è quello dei fotoni con frequenza nella regione del visibile; la natura quantistica del meccanismo di transizione tra stati di diversa energia permette di spiegare la legge di Kirchhoff che correla gli spettri di assorbimento e di emissione di una determinata sostanza. Si noti infine che nella teoria quantistica moderna, che in un certo senso ha riunito in sé entrambe le tradizionali concezioni, corpuscolare e ondulatoria, il dualismo onda-corpuscolo è una caratteristica essenziale e generale; a ogni particella di impulso p è dunque associata un'onda di lunghezza = h/p, così come inversamente all'onda elettromagnetica è associato il fotone. Fenomeni diversi metteranno poi in rilievo soprattutto l'aspetto corpuscolare, o piuttosto quello ondulatorio: così l'interferenza o la diffrazione richiedono in modo essenziale l'uso delle proprietà di onda, l'assorbimento o l'emissione quello delle proprietà corpuscolari dei fotoni.