Se la luce è composta da fotoni che fanno in modo che gli elettroni si urtino per propagarla, come può nel vuoto propagarsi lo stesso (se col vuoto si intende assenza di materia)? Grazie mille.

La risposta alla domanda è molto semplice perchè essa in realtà contiene un errore: non è vero che i fotoni “fanno in modo che gli elettroni si urtino per propagarla” (la luce).

La luce è composta, se si scende nel dettaglio della descrizione quantistica, da fotoni, i quanti di luce, e che rispetto alla luce hanno un ruolo simile a quello degli atomi nella materia. Cioè ciascuno di essi rappresenta la porzione più piccola di luce che può esistere per quella determinata frequenza.

I fotoni si propagano nel vuoto esattamente come farebbe uno sciame di biglie lanciate tutte con la stessa velocità e direzione su un biliardo perfettamente liscio: camminano in linea retta senza disturbarsi.

Semmai l’interrogativo è come avviene la propagazione dei fotoni in presenza di materia. In tal caso i fotoni si “scontrano” con gli atomi della materia che attraversano. Se questi urti avvengono in maniera elastica allora il fotone semplicemente rimbalza sull’atomo come una biglia contro la parete di un biliardo, la luce si propaga senza problemi, subisce solo un leggero rallentamento a causa degli urti che, finchè essa attraversa la materia, distolgono il singolo fotone da una traiettoria esattamente rettilinea. Questo è ciò che accade nei mezzi trasparenti tipo vetro o acqua. Se gli urti sono anelastici allora il fotone viene assorbito dall’atomo e rilasciato, o diffuso, solo in un secondo momento e con una direzione casuale. In tal caso la luce si disperde dopo aver attraversato pochi strati di materia. Questo è ciò che accade nei materiali opachi.

Nei materiali trasparenti ma colorati accade che i fotoni di alcune frequenze (quelle del colore dell’oggetto) rimbalzano in maniera eslatica, gli altri sono assorbiti mediante gli urti anelastici.

Comunque anche guardando la luce semplicemente come onda comunque non c’è paradosso nella sua propagazione nel vuoto. Ogni onda è la perturbazione di un campo, cioè di una grandezza fisica che può variare nello spazio e nel tempo. Il suono è ujna perturbazione del campo elastico di un solido o di pressione di un liquido. Esso necessita di un supporto materiale perchè senza materia non esiste pressione o una struttura elastica da deformare. Le onde elettromagnetiche, e la luce in particolare, sono perturbazioni del campo elettromagnetico, cioè il campo sede delle interazioni elettriche e magnetiche. Questo campo non necessita di un supporto materiale, per esempio una carica puntiforme riempie tutto lo spazio intorno di campo elettrico, anche in punti molto lontani dalla posizione della carica. Per cui anche nel vuoto materiale c’è un campo eletromagnetico, per quando tenue, e quindi le sue perturbazioni possono propagarsi anche in assenza di materia. La quale anzi è un ostacolo alla sua propagazione, tanto è vero che, all’aumentare della densità del mezzo materiale, la velocità del suono aumenta mentre la veloictà della luce diminuisce.