Teoria della luce

Protostoria (2300-750 a.C)

1 CE

Gli uomini cominciarono a studiare per la prima volta la propagazione della luce mediante l’utilizzo di specchi.

V secolo a.C (Pitagora, Democrito, Empedocle, Platone, Aristotele)

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I filosofi greci cercarono per primi di capire cosa fosse la luce. Pitagora ,e poi Empedocle, pensavano che essa fosse un faro dell’anima, che emana luce per conoscere l’ambiente; Democrito riteneva che la luce si muovesse dall’oggetto verso l’occhio, provocando la visione; per Platone la visione aveva origine nell’anima con l’Unione di due fuochi, uno emesso dall’occhio e la luce; per Aristotele essa non é una sostanza, ma indica un corpo attraverso cui un’immagine appare nitida.

Euclide (primi anni del XVII sec.)

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Con Euclide si parla per la prima volta dell’ottica; formulò la legge della rifrazione, la quale afferma che nel vuoto la luce si propaga lungo linee rette.

Cleomede (50 d.C)

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Cleomede diede un contributo importante all’invenzione dell’ottica, scoprendo la rifrazione atmosferica: avanzò l’ipotesi che i raggi del sole non passassero attraverso l’atmosfera in linea retta, ma piegati verso la terra.

Tolomeo (130 d.C)

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Tolomeo, proseguendo sulle orme di Euclide, si occupa di riflessione e di rifrazione della luce; a lui si deve la formula matematica che mette in relazione gli angoli dei raggi di luce rifratti e incidenti.

Epoca greco-romana

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In questo periodo vi é uno sviluppo tecnologico che permette l’invenzione di nuove lenti o specchi per ingrandire e focalizzare un oggetto.

Medioevo (476-1492 d.C)

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Durante il Medioevo lo studio della luce languisce in Europa, come tutte le altre scienze.

Leonardo Da Vinci

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Formulò una nuova teoria della luce: giunse alla conclusione che la velocità della luce avesse un valore finito e che la luce dovrebbe avere il tempo necessario per viaggiare da una sorgente ai nostri occhi.

Lippershey

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Lippershey creò il primo modello di telescopio funzionante, un rifrattore molto rudimentale, basato su una lente convessa e una concava (permetteva di ottenere un’immagine capovolta).

Galileo Galilei

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Egli fu il primo a sospettare che la luce non si propagasse istantaneamente e cercò di misurarne la velocitá con un esperimento: utilizzò due lanterne per mandare dei lampi di luce tra due colline distanti.

Zacharias Janssen

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Inventò il primo microscopio vero e proprio, cominciando a sperimentare la combinazione di diverse lenti per poter ottenere ingrandimenti superiori a quelli consentiti da una singola lente da lettura (ingrandimento da 3X a 9X, ma con immagini poco nitide).

Fine del XVII sec.

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Gli studiosi cominciano ad interrogarsi sulla natura della luce e si svilupparono due tendenze: natura ondulatoria o corpuscolare?

Robert Hooke

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Egli osservó il fenomeno della diffrazione della luce e avanzò la teoria secondo la quale la luce é dovuta ad una vibrazione che da luogo ad onde sferiche e che si propagano in un mezzo.

Isaac Newton

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Newton attribuisce invece una proprietà corpuscolare della luce: utilizzando un prisma, colpito dalla luce, associa i colori a diverse modalità con cui i corpi la ricevono e la riflettono agli occhi dell’osservatore; queste diverse percezioni sono dovute a “corpuscoli” che colpiscono i sensi. ( la teoria corpuscolare permetteva di dimostrare fenomeni come rifrazione e riflessione)

Christiaan Huygens (1629-1695)

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Huygens invece considera la luce come un insieme di onde meccaniche che si propagano a velocità finita attraverso un mezzo, ovvero la materia (etere); la luce ha quindi tutte le caratteristiche di un’onda. (la teoria ondulatoria permetteva di spiegare anche fenomeni più complessi come l’interferenza o la diffrazione).

Ole Rømer (1676)

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Inizialmente aveva dato un valore indefinito alla luce: osservando il moto dei satelliti di Giove (leggi di Keplero), vide che il tempo impiegato dalla luna per percorrere l’orbita non era sempre lo stesso e capì che tutto ciò era dovuto alla velocità della luce. Giunse alla conclusione che la luce aveva una velocità ben precisa e con un valore molto elevato.

Primi anni del XIX (Fresnel, Malus, Arago, Young)

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Vengono fatti numerosi esperimenti su interferenza e diffrazione e si sostengono ipotesi sulla luce come onda.

Thomas Young

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Sosteneva la teoria ondulatoria e consideró la luce come un onda trasversale.

Augustin Jean Fresnel (1815)

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Permette l’affermazione della teoria ondulatoria, riuscendo a spiegare tutti i fenomeni ottici: riflessone, rifrazione, interferenza e diffrazione. Affermó che a colori diversi corrispondevano diverse frequenze o tempi di vibrazione dell’onda.

James Clerk Maxwell (1865)

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Notó come variazioni di campo elettrico generavano un campo magnetico e unificò campi elettrici e magnetici in una sola teoria: vibrano insieme generandosi reciprocamente in piani perpendicolari.

Ultimi anni del XIX sec.

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Enorme sviluppo di macchine elettriche, illuminazione elettrica, radio e telefono. (Werner von Siemens si rivolge al PTR fondato da Herman von Helmholtz e vi é un confronto tra lampadine e gas)

Max Plank (1900)

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Plank capì che quando le onde elettromagnetiche colpiscono la superficie di un corpo, l’energia da esse trasportata, a seconda della loro frequenza e delle interazioni con gli atomi e le molecole del corpo o viene assorbita da questo o viene riflessa. Egli utilizza un corpo nero: superficie perfettamente assorbente con una piccola cavità e a seconda della temperatura esso emette uno spettro di luce diverso. La luce deve essere emessa in quanti di luce (fotoni)

Nascita della fisica quantistica

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La luce viene emessa non come pacchetti arbitrariamente piccoli, ma come un unico pacchetto minimo di energia ad una data frequenza.

Albert Einstein (1905)

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Einstein resuscito la teoria corpuscolare della luce, considerandola emessa per pacchetti e assorbita come quanti (piccoli pacchetti di energia). Spiega anche l’effetto fotoelettrico: quando la luce viene proiettata su un materiale conduttore, viene assorbita come pacchetti, non si propaga con una piccola intensità, ma con un pacchetto minimo di energia.

Niels Bohr (1912)

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Da un contributo alla fisica quantistica e spiega la struttura dell’atomo, costituito da un nucleo positivo intorno al quale orbitano gli elettroni; non si tratta di orbite ordinarie, ma orbite quantizzate ben precise e per passare da una all’altra, l’elettronica assorbe o cede pacchetti di energia (se fossero semplici cariche emetterebbero solo radiazioni e cadrebbero).

Einstein (1915)

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Scopre che la luce viene deviata da un campo gravitazionale e considera la luce come costante universale.

Erwin Shrödinger (anni 20)

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Formuló un’equazione fondamentale, alla base della teoria quantistica. Si basa sul principio che le particelle che costituiscono la materia, come l’elettrone, hanno un comportamento ondulatorio.

Fisica moderna

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Natura della luce dualistica: funziona come onda elettromagnetica (rifrazione e diffrazione), ma si comporta anche come corpuscolo di pura energia, ovvero fotoni (gravitazione ed effetto fotoelettrico).
Questo é spiegato calcolando la differenza fra massa (qualcosa che propaga massa e quindi corpuscolare) ed energia (qualcosa che propaga energia e quindi onda)

Anno internazionale della luce (2015)

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100 anni da quando Einstein formuló una nuova teoria gravitazionale.