Ottica

L’ottica si riferisce allo studio della luce (non solo quella visibile) ed al suo comportamento nella propagazione e nell’interazione con la materia. Si può dividere, in funzione del rapporto tra la lunghezza d’onda λ della luce e la dimensione caratteristica d dell’ostacolo incontrato, in

  • ottica geometrica: la luce come raggi (λ << d)
  • ottica ondulatoria: la luce come onde (λd)
  • ottica quantistica: la luce come particelle (λ >> d)

 

L’ottica geometrica è un’approssimazione della propagazione delle onde: in tale contesto la lunghezza d’onda della luce è piccola rispetto all’ostacolo, e si può affermare che la luce viaggia

  • secondo linee rette dette raggi luminosi dirette come la direzione di propagazione e quindi ortogonali al fronte d’onda, che non cambiano direzione se non eventualmente quando incontrano un materiale;
  • con una velocità che dipende dal mezzo materiale (in realtà la differenza è solo apparente, ed è dovuta al ritardo tra l’assorbimento e la riemissione di luce da parte degli atomi che costituiscono il materiale; tra un atomo e l’altro la luce continua a muoversi alla velocità della luce), quantificabile per mezzo dell’indice di rifrazione.

 

Nell’ottica ondulatoria o ottica fisica la lunghezza d’onda λ della luce è confrontabile o poco più grande della dimensione d dell’ostacolo o dell’apertura, ed è proprio la natura ondulatoria del problema che fa nascere i fenomeni di

  • interferenza: l’onda interagisce con sé stessa
  • diffrazione: l’onda gira intorno agli ostacoli e si allarga passando per un’apertura

 

A partire dalla fine del secolo scorso, una serie di esperimenti mostra come in alcuni casi la natura ondulatoria della luce vada rivista per tener conto di esperimenti che mostrano come l’onda elettromagnetica si comporta come se fosse composta di quantitativi discreti di energia, di pacchetti elementari detti fotoni; la luce si comporta come delle particelle. Nello stesso periodo de Broglie ipotizza che, per simmetria, anche le particelle materiali possano comportarsi come delle onde, in questo caso dette onde materiali, così da mostrare una serie di reciprocità tra i due mondi; di questi argomenti tratta l’ottica quantistica.


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