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Sull’acqua di uno stagno si agita un insetto. Intorno ad esso si allontanano onde circolari che si propagano fino alla riva. Possiamo chiamare la distanza tra una cresta d’onda e l’altra lunghezza d’onda. Questo banale scenario, se osservato con attenzione, può rivelare altri particolari. Le creste d’onda che ogni secondo si infrangono sulla riva lo fanno con un certo “ritmo”, che chiameremo frequenza d’onda:

Possiamo ora facilmente assimilare la regola per cui “più la frequenza è elevata tanto minore è la lunghezza d’onda”. Il suono di una sirena, ad esempio, è un’onda che viaggia alla velocità di 300 metri al secondo. Anche da un faro che risplende nel buio di un porto vengono irradiate onde, questa volta di tipo luminoso. Ma come le onde sonore, anche quelle luminose differiscono dalle onde prodotte dal nostro famoso insetto. Si tratta infatti di sfere concentriche che sfrecciano nell’aria a velocità pazzesche.

La luce di una candela, ad esempio, ha una lunghezza d’onda di circa mezzo millesimo di millimetro, e le creste arrivano in fondo al nostro occhio alla velocità della luce (circa 300.000 km al secondo) con una frequenza di circa 600.000 miliardi al secondo. Queste particelle (fotoni), di colore giallo arancio nel caso di una candela, vengono quindi emesse in tutte le direzioni. Quanta potenza in una semplice candela!

Lo [1] spettro elettromagnetico

I fotoni percorrono quindi la distanza dalla candela al nostro occhio alla velocità della luce e la loro energia risulta proporzionale alla frequenza dell’onda. Ad onde luminose gialle saranno associati fotoni con energia di circa 2 elettronvolt. Variando la lunghezza d’onda si copre tutta la gamma delle onde elettromagnetiche. Fotoni di 4 elettronvolt corrisponderanno ad onde violette e così via. Le onde radio coprono lunghezze dal chilometro al centimetro, mentre per le millimetriche si parla di onde radar, passando poi alla banda infrarossa, che si estende fino ad 1 nanometro circa. La luce visibile, invece, ha una banda molto stretta, compresa tra 700 e 400 namometri. Successivamente si incontrano l’ultravioletto, i raggi x ed i raggi gamma.

Stimare la temperatura di una radiazione è semplice: riscaldiamo un forno fino a raggiungere la temperatura di 1000 gradi centigradi (non è poco). Le pareti diventeranno rosseggianti. L’ambiente interno si riempirà di quella radiazione rosseggiante che registriamo, appunto, a 1000 gradi. Sulla superficie del sole, visibile anche a noi, c’è una luce gialla, che sappiamo essere a 6000 gradi. Su Vega invece è visibile una radiazione di color azzurro, a 12000 gradi. Il centro del Sole è sede di una intensa radiazione gamma, a 16 milioni di gradi.

C’è un’altra affascinante radiazione detta fossile, a 3 gradi, che si propagherebbe in un ambiente raffreddato sino a questa temperatura. Questa radiazione è invisibile ad occhio nudo, ma che si può rivelare con i radiotelescopi. Ha una lunghezza d’onda media di tre millimetri ed un’energia media di tre decimillesimi di elettron­­­­volt.

La luce ha un comportamento molto vario e complicato, che grazie alla meccanica quantistica risulta molto più chiaro, anche se le nozioni di onda e particelle, che si adattano perfettamente alla nostra realtà, sono meno chiare a livello anatomico. Proprio per questo possiamo affermare correttamente che la luce si comporta a volte come un treno d’onde e a volte come un flusso di particelle.