storia del dualismo onda-corpuscolo

cenni storici

Aristotele, Euclide, Grimaldi, Hooke fino a Newton e Huygens

• duplice natura, sia corpuscolare sia ondulatoria, del comportamento della materia e della radiazione elettromagnetica
• nasce dall'interpretazione di alcuni esperimenti compiuti all'inizio del XX secolo ('effetto fotoelettrico, tramite il fotone, suggeriva una natura corpuscolare della luce; proprietà ondulatorie attraverso i fenomeni della diffrazione e dell'interferenza (esperimento di Young)).

Il paradosso rimase fino alla formulazione della meccanica quantistica, quando si riuscì a descrivere i due aspetti in modo coerente, specificando la modalità di manifestazione del dualismo all'interno del principio di complementarità.

cenni storici

Newton

teoria corpuscolare

• 1704 Newton pubblica Opticks (su riflessione, rifrazione e colori della luce) ipotizzandone la costituzione corpuscolare.
• La sua teoria non poteva spiegare la rifrazione e i fenomeni di diffrazione e interferenza, perché imponeva una velocità dei corpuscoli luminosi maggiore nel mezzo più denso (effetto dell’accelerazione provocata dall’attrazione gravitazionale, più forte in presenza di maggiore densità di materia).

Huygens

"se oltre ciò, il passaggio della luce richiede tempo, il che non tarderemo a vedere, ne conseguirà che questo movimento impresso alla materia interposta sarà progressivo e pertanto si propagherà, come fa il suono, per superfici sferiche e onde; poiché le chiamo onde per la loro somiglianza con quelle che vediamo formarsi nell'acqua allorché vi si getta un sasso e la cui propagazione si effettua in circoli successivi sebbene queste ultime traggano origine da un'altra causa e si estendano solo su una superficie piana"

• basandosi sull’ipotesi dell’esistenza dell’etere (mezzo isotropo, estremamente sottile e perfettamente elastico), immaginava che la luce fosse costituita da un insieme di onde meccaniche che si muovono con velocita finita, inferiore nei mezzi che non siano l’etere.
• principio di Huygens: ogni punto del fronte d’onda è centro di onde secondarie e la costruzione del nuovo fronte d’onda risulta dall’inviluppo di queste onde secondarie.

teoria ondulatoria

esperimento di Young

verifiche sperimentali

• 1802: Thomas Young (1773-1829) riusce a dimostrare la validità del principio di Huygens sulla costruzione e propagazione del fronte d’onda e a spiegare le modulazioni di intensità risultanti dall’interferenza delle onde diffratte da due fenditure investite dall’onda originale
• Augustin-Jean Fresnel (1788-1827) divulga questo risultato nelle sue Mémoires del 1826.

Queste 2 diverse previsioni teoriche non possono essere verificate sperimentalmente, quindi i due modelli coesistono, anche se c'è una prevalenza dell'ipotesi corpuscolare per l'autorità e il prestigio di Newton

fine Seicento: la luce è un insieme di onde o di corpuscoli?

• Newton:la luce è un insieme di corpuscoli dotati di massa che seguono le leggi della dinamica e sentono gli effetti della forza gravitazionale
• Huygens: la luce è una perturbazione ondulatoria di un qualche mezzo materiale che pervade i corpi trasparenti e l'intero spazio

Entrambi i modelli spiegano bene i fenomeni luminosi allora conosciuti: propagazione rettilinea della luce, riflessione, rifrazione e dispersione;

Le diverse argomentazioni si traducono, riguardo alla rifrazione in 2 previsioni contrapposte:

• la velocità della luce aumenta al passaggio da un mezzo meno rifrangente ad uno più rifrangente (m.corpuscolare)
• la velocità della luce diminuisce al passaggio da un mezzo meno rifrangente ad uno più rifrangente (m.ondulatorio)

conclusioni

Fonti