I Quanti
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I Quanti
Alla fine del 1800 i fisici ritenevano di aver compreso tutto quello che succedeva in natura Proprio in quel periodo alcuni di loro volevano capire le caratteristiche della luce emessa da un oggetto ad una certa temperatura. O meglio, della radiazione emessa: non era necessariamente luce visibile, o perlomeno non lo era a tutte le temperature.
Questi fisici notarono che il “tipo” di luce emessa da un corpo caldo – il suo colore dipende dalla sua temperatura. Ad una certa temperatura, un corpo emette luce (o meglio radiazione) di più “tipi” (di più colori, o, più precisamente di diverse lunghezze d’onda); ed emette ogni tipo di luce con una diversa intensità. La somma di questi “tipi” di luce a diverse intensità ne determina il colore.
Per esempio il sole ci appare giallo, ed il colore che vediamo dipende proprio dalla sua temperatura, e dal particolare miscuglio di radiazioni di diversa lunghezza d’onda (con diverse intensità) che emette. Nel grafico che segue in ascissa viene rappresentato il “tipo” di luce – il suo colore, in ordinata l’intensità della luce emessa per quel particolare “colore” (ovvero, per quella lunghezza d’onda).
Il problema è che nessuna delle equazioni della fisica di fine 1800, quelle sembravano descrivere così bene tutti meccanismi naturali conosciuti, riusciva a descrivere questa curva e si cercava quindi una legge che governasse le differenti radiazioni elettromagnetiche emesse da un corpo surriscaldato.
Gli strumenti teorici che avevano a disposizione consistevano essenzialmente nelle equazioni di uno scienziato scozzese di nome Maxwell, che aveva messo insieme elettricità e magnetismo in un quadro eccezionalmente coerente ed elegante. Il problema era che, partendo da questi presupposi “classici”, i fisici arrivavano a conclusioni che andavano bene per descrivere soltanto una parte della curva a campana.
Due inglesi, Rayleigh e Jeans, avevano trovato una formula che permetteva di descrivere la curva nella regione delle grandi lunghezze d’onda, ovvero nell’infrarosso. Pec-cato che non poteva essere sfruttata nella regione dell’ultravioletto, in quanto dava valori inconcepibili, in quanto lì l’intensità della luce diven-tava infinita. I fisici di allora chiama-rono questo fenomeno (inesistente) la catastrofe ultravioletta.
Nella vita reale l’intensità della luce raggiunge un massimo e poi ridiscende a valori più bassi mano a mano che ci spostiamo verso lunghezze d’onda più corte. La legge di Rayleight-Jeans è semplicemente sbagliata.
Nel 1900, il fisico tedesco Max Planck (1858-1947), considerato a ragione uno dei padri della fisica moderna, propose un artifizio matematico attraverso il quale era possibile elaborare una formula in grado di spiegare i dati sperimentali. Planck non aveva idea del perché la legge di R. e J. non funzionasse, né di come risolvere il problema. Utilizzò la formula di R. e J. e la corresse con un termine matematico che non portava la curva all’infinito. Cominciò dopo a preoccuparsi di capire quale significato nascosto contenesse la sua formula, e se questa potesse dirci qualcosa di più sulla natura della luce.
La formula di Planck implica che la luce sia formata da granelli; ci rivela che l’energia proveniente dalle molecole del corpo che abbiamo scaldato viene emessa in pacchettini, ognuno dei quali è multiplo di un pacchettino minimo proporzionale alla frequenza della luce emessa (dunque in qualche modo al suo “colore”) e a una costante universale che, guarda caso, chiamiamo la costante di Planck. L'energia radiante che esce dal corpo riscaldato, non è quindi emessa in modo continuo, come fosse un fluido, ma per quantità discrete, come si trattasse di corpuscoli energetici che escono, uno per volta, ad intervalli regolari di tempo.
Il fisico tedesco dette il nome di quantum (“quanto”), al minimo pacchetto di energia che può uscire da un corpo incandescente. L'energia elettromagnetica esce ed entra nella materia a "pacchetti", cioè in quantità discrete, come si trattasse di corpuscoli.
Tutti gli scienziati pensavano che la luce fosse un’onda: questa era l’assunzione di base di Maxwell ora Planck, per trovare una soluzione a qualcosa che non quadra, afferma: “la luce è sì un’onda, ma si comporta anche come fosse composta da particelle”.
Successivamente Einstein, spiegò l’effetto fotoelettrico – usando l’ipotesi dei granelli di luce di Planck. Era nata la meccanica quantistica, da quantum, che in latino vuol dire proprio pezzettino, granello. Il termine quanto fu sostituito da fotone
Con Planck nasce quindi la domanda sfruttata dalla chimica: se la luce è un’onda, e abbiamo anche scoperto che si comporta come una particella, non è per caso che la materia – che è fatta di particelle – si comporta anche come un’onda?“.
Fonte: http://www.ianua.com/patrizia/scuola/file/2H/atomo3corretto.doc
Sito da visitare: http://www.ianua.com/patrizia/scuola/
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