“La scienza è solo il progressivo accostamento al mondo reale”
Max Planck
Proviamo ad osservare il cielo di notte: la quantità di stelle, gas e polveri visibili a occhio nudo fuori dalle grandi città sono decisamente molte. Ogni singola sorgente dell’universo che ha una temperatura maggiore dello zero assoluto Kelvin (-273.15°C) emette una radiazione, detta elettromagnetica. Tale radiazione si propaga sotto forma di onde, dette per l’appunto elettromagnetiche, poiché trasportano un campo elettrico e uno magnetico interagenti tra di loro.
Ora, se pensiamo alla sorgente più vicina a noi, il Sole, questa emette onde e particelle. Andiamo a vedere nel dettaglio che cosa sono.
Le onde sono perturbazioni che nascono da una sorgente e si propagano nel tempo e nello spazio, trasportando energia e quantità di moto, senza trasporto di materia. Esse possono propagarsi all’interno della materia, come ad esempio le onde acustiche, oppure nel vuoto, come le onde elettromagnetiche;
Una particella è un costituente microscopico della materia. Vi sono due categorie: le particelle elementari, non divisibili in qualcosa di più piccolo (per il momento nessuno ha dimostrato il contrario), e le particelle non-elementari, formate da aggregazioni delle prime.
Agli inizi del ‘900 Albert Einstein cercò di dare una spiegazione plausibile all’effetto fotoelettrico, per il quale una lastra metallica bombardata da una radiazione elettromagnetica emettesse una quantità di elettroni indipendentemente dall’intensità della radiazione, bensì a seconda della frequenza. L’ipotesi era stata teorizzata dal fisico tedesco Max Planck, premio Nobel per la Fisica nel 1918 e poi verificata da Robert Millikan, fisico statunitense vincitore del premio Nobel nel 1923 per i lavori sulla determinazione della carica elettrica dell’elettrone e sull’effetto fotoelettrico.
Einstein, quindi, introdusse il concetto di quanti e, più propriamente, di fotoni: questi sono pacchetti d’onda che trasportano energia sotto forma di luce, che viene trasferita come energia cinetica agli elettroni che fuoriescono dalla lastra. Iniziò così a prendere piede la teoria che una radiazione possa avere anche una natura corpuscolare, ovvero intesa come particella (fotoni, in questo caso). Ecco come l’equazione che determina l’energia trasportata da una particella diventa: E = h X v , dove h è la costante di Planck e ν la frequenza dell’onda-particella.
Dunque, onde aventi una maggiore frequenza (raggi γ e raggi X) sono anche le particelle più intense.
Inoltre, in fenomeni di interferenza, la radiazione non può che avere una natura ondosa. Arthur Compton, fisico statunitense vincitore del premio Nobel per la Fisica nel 1927, ebbe l’ultima parola: con l’effetto che prende il suo nome, parlare di radiazione elettromagnetica come onda o come particella non ha alcuna differenza. Dunque, dire che il Sole emette onde e particelle non è propriamente giusto, poiché sono la stessa cosa. La radiazione elettromagnetica emessa non è altro che un insieme di onde-particelle: sta poi agli scienziati intenderle in un modo, piuttosto che in un altro per i propri studi.