Ottica fisica e geometrica
Un po’ di storia...
L’ottica è la scienza della luce: studia principalmente la natura delle radiazioni a cui sono sensibili i nostri occhi e il passaggio della luce attraverso i corpi, ma si interessa anche alla visione, alle sorgenti luminose, all’illuminazione. Viene di solito suddivisa in ottica fisica, se si riferisce alle proprietà fisiche della luce, e ottica geometrica, quando rappresenta la luce sotto forma di raggi luminosi. Nonostante la sua origine sia molto lontana nei secoli, essa è una scienza ancora molto attiva.
I primi studi di ottica avvennero in Grecia, in particolare grazie a Pitagora, nel VI secolo a.C. Sempre nell'antica Grecia si svilupparono diverse correnti di pensiero sull'origine della luce, in qualche modo simili a quelle che si scontrarono poi nel XX secolo nel confronto tra natura ondulatoria o corpuscolare della luce. Intorno al 300 a.C. Euclide riorganizzò le teorie dell'ottica in un trattato, nel quale spiegò anche le leggi della riflessione: nacque di fatto in questo modo l'ottica geometrica.
Lo sviluppo dell'ottica nei secoli successivi è da attribuirsi a diversi scienziati del mondo arabo, in particolare Ibn Sahl e di Alhazen. È di quest'ultimo l'idea che ogni punto emette infiniti raggi luminosi, ma solo il cono di raggi che convergono nell'occhio determinano la visione.
Alla fine del Medioevo, i contributi maggiori allo sviluppo dell'ottica vennero dal mondo occidentale. Sopra tutti vi è il lavoro di Keplero che, nel 1604, espose quella che è, con pochi cambiamenti, l'ottica geometrica moderna (in cui incluse anche la parte dell'ottica riguardante le lenti). Negli anni successivi Snell ricavò sperimentalmente le leggi sulla rifrazione. La prima spiegazione teorica di questi fenomeni venne con René Descartes che ipotizzò la luce come composta da corpuscoli in rapido movimento. Sul fenomeno della diffrazione, descritto nel 1665 dal il gesuita Francesco Maria Grimaldi, si originò un lungo dibattito sulla natura corpuscolare o ondulatoria della luce: la prima sostenuta da Isaac Newton.
Inizialmente fu la teoria corpuscolare ad avere il sopravvento, fino a che gli esperimenti sull'interferenza di Thomas Young nel 1801 non portarono abbondanti prove sulla validità della teoria ondulatoria. Nel 1873 Maxwell dimostrò per via teorica la natura elettromagnetica della luce, confermata dall'osservazione di onde elettromagnetiche diverse dalla luce da parte di Heinrich Rudolf Hertz nel 1887. Pochi anni dopo (nel 1900) Max Planck costrinse ad una nuova svolta le teorie dell'ottica, dimostrando che le radiazioni elettromagnetiche dovevano essere emesse sotto forma di quantità finite di energia, i quanti. Di lì a cinque anni Albert Einstein dimostrò che la luce si comporta come minuscoli corpuscoli, chiamati fotoni.
La risoluzione del problema della luce come particella o come onda si risolse pochi anni dopo con lo sviluppo della meccanica quantistica, che spiegò come la luce si comporta sia da particella che da onda elettromagnetica.
Il nostro esperimento
Nella prima parte di questo esperimento verranno studiate le leggi dell'ottica geometrica, verrà studiata la diffrazione della luce e si verificherà l'esperimento di Young. La seconda parte è dedicata alle leggi della ottica fisica.
