{"id":2131,"date":"-0001-11-30T00:00:00","date_gmt":"-0001-11-29T23:10:04","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"2131","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/2131\/","title":{"rendered":"Da cosa sono costituite le immagini che percepiamo attraverso la vista? \r\nGrazie a quale mezzo ci giungono (aria, campi magnetici..)?"},"content":{"rendered":"

La vista \u00e8 forse il senso pi\u00f9 importante attraverso il quale l’uomo
\nha contatti con il mondo esterno. Proprio per questo sin dall’antichit\u00e0<\/a> in molti si sono interrogati in merito.
\n
Oggi sappiamo che cosa e’ la luce (anche se ci sono ancora molte cose
\nda capire) e come ci permetta di vedere il mondo che ci circonda. <\/p>\n

La luce e’ un’onda elettromagnetica, come le onde radio o i raggi X
\n(che pero’ hanno un diverso modo di interagire<\/a>
\ncon la materia e percio’ ci sembrano cosi’ diversi dalla luce). Tutti i
\ntipi di onde elettromagnetiche (quindi anche la luce) sono costituiti da
\nun campo elettrico ed un campo
\n
magnetico non costanti nel tempo, ma variabili; cio’ che distingue
\nfra di loro i vari tipi di onde elettromagnetiche e’ proprio la velocita’
\ncon cui questi campi elettrico e magnetico variano nel tempo; anche cio’
\nche distingue i vari colori fra loro e’ questa velocita’ di variazione,
\no pi\u00f9 correttamente “frequenza”. <\/p>\n

La luce non ha bisogno di nessun mezzo per propagarsi: i campi elettrici
\ne magnetici che la compongono possono “esistere” sia nel vuoto che in tutti
\ni materiali. A “propagarsi<\/a>” sono i campi elettrici
\ne magnetici, che viaggiano alla “velocita’ della luce”. Il fatto che l’aria
\ned il vetro ci appaiano trasparenti (cioe’ permettono alla luce di propagarsi
\nquasi indisturbata) mentre il ferro ci appare opaco e’ dovuto alle differenti
\nproprieta’ elettriche e magnetiche di questi diversi materiali, che possono
\npermettere o no, il “passaggio” dei campi elettrici e magnetici di una
\ncerta frequenza. Il vuoto<\/a>, non avendo quasi nessuna
\nproprieta’ elettromagnetica, ci appare “trasparente”. <\/p>\n

La luce viene prodotta da una sorgente (per esempio il sole) si propaga
\nnel vuoto o nei mezzi trasparenti che incontra fino a giungere ad un oggetto
\nsul quale in parte “rimbalza” in parte viene assorbita. Sono sempre le
\nproprieta’ elettriche e magnetiche del materiale a “decidere” quale parte
\nvenga assorbita e quale parte riflessa, e quindi a stabilire il colore
\ndell’oggetto. <\/p>\n

La luce, proveniente dall’oggetto, giunge al nostro occhio, entrando
\nattraverso la pupilla e, grazie alla cornea ed al cristallino (che sono
\ndelle vere e proprie lenti) arriva ad “illuminare” il fondo dell’occhio:
\nla retina. Nelle cellule che la compongono avvengono delle reazioni chimiche
\nche a loro volta causano delle piccole scariche elettriche che si propagano
\nattraverso il nervo ottico ed arrivano fino al cervello, dove vengono elaborate
\ne trasformate in quella costruzione mentale che noi chiamiamo “immagini
\nvisibili”. <\/p>\n<\/p>\n

PER SAPERNE DI PIU’.<\/font><\/font><\/b>
\n

\n
INTERAZIONE<\/font><\/font><\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Perche’ le onde elettromagnetiche di frequenze
\ndiverse, pur avendo pressapoco le stesse proprieta’ fisiche si comportano
\nin modo cosi’ diverso nell’interazione con la materia? Per esempio perche’
\nun’onda radio puo’ essere rivelata da un’antenna mentre un raggio di luce
\nod un raggio X no? E in che modo le proprieta’ di un oggetto interagiscono
\ncon il campo elettromagnetico di un’onda che le illumina determinandone
\nil “colore”?<\/font> <\/b><\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Onde elettromagnetiche di frequenza diversa, sebbene non mostrino (entro
\ncerti limiti) differenti proprieta’ fisiche nel vuoto, manifestano interazioni
\ncon la materia profondamente diverse, tanto che vengono spesso chiamate
\ncon nomi diversi (onde radio, infrarossi, luce, ultravioletti, raggi X,
\nraggi gamma). Il motivo di questa “stranezza” e’ da ricercarsi nell’interazione
\nche il campo elettromagnetico ha con la materia. Quest’ultima, infatti,
\ne’ costituita da nuclei ed elettroni, entrambe “particelle” cariche, e
\npertanto in grado di “sentire” una forza, se immersi in un campo elettrico
\ne\/o magnetico (come il ferro vicino ad una calamita). Quando i campi elettrici
\ne magnetici sono variabili nel tempo, anche la forza che agisce sui costituenti
\ndella materia sara’ variabile.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Consideriamo per un momento un’altalena, alla quale applichiamo una
\nforza variabile nel tempo, prima spingendola, poi tirandola. Se la frequenza
\ncon la quale noi “forziamo” il moto dell’altalena e’ quella giusta (o quasi),
\ncioe’ e’ la frequenza “naturale” dell’altalena (quella che essa avrebbe
\nse lasciata oscillare liberamente) allora riusciremo facilmente a farla
\nmuovere, anche di molto e con poco sforzo: e’ il fenomeno della risonanza.
\nSe invece la spingeremo e la tireremo molto lentamente (per esempio spingendola
\ne tirandola una volta ogni ora) o molto velocemente (per esempio spingendola
\ne tirandola dieci volte al secondo) l’effetto che otterremo sara’ molto
\npiccolo, anche con tutti i nostri sforzi.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

In un modo simile le forze che agiscono sui costituenti della materia
\na causa di un campo elettromagnetico variabile (cioe’ di un’onda elettromagnetica)
\npossono o meno metterli in movimento. Nel nostro caso sono perlopiu’ gli
\nelettroni che vengono messi in movimento, soprattutto per la loro massa
\npiu’ piccola di almeno 2000 volte rispetto ad un nucleo: provate a spostare
\nun chilo o 2000 chili! Se gli elettroni vengono messi in moto l’energia
\ncontenuta nell’onda viene assorbita dal materiale e percio’ l’intensita’
\ndei campi diminuisce notevolmente, ed il materiale appare opaco per la
\n“luce” di quella frequenza.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

E’ chiaro, quindi, che un’antenna puo’ funzionare solo per frequenze
\nche siano in grado di mettere in moto gli elettroni del metallo di cui
\ne’ fatta, in modo da trasformare l’onda radio in una (debolissima) corrente,
\nche puo’ poi essere amplificata e rivelata dall’apparecchio radio o TV.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Ed e’ anche chiaro qual’e’ il meccanismo di formazione del colore di
\nmateriali trasparenti, come un vetro colorato: la luce di alcune frequenze
\nviene assorbita, mentre la luce di altre frequenze riesce ad attraversare
\nil materiale indisturbata (la luce bianca e’ costituita dalla somma di
\nradiazioni elettromagnetiche di frequenze corrispondenti a tutti i colori).<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Per una descrizione piu’ accurata bisogna invece considerare gli effetti
\nquantistici dovuti al fatto che non puo’ esistere un'”onda elettromagnetica”
\ncon un’energia arbitraria, ma solo valori interi multipli di una quantita’
\n(piccolissima) nota come il “quanto d’energia” (e che varia con la frequenza,
\ncontribuendo a differenzia l’interazione di onde di frequenza diversa con
\nla materia)
\n
<\/a>
\n
<\/a><\/div>\n

PROPAGAZIONE DELLA LUCE<\/font><\/font> <\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Perche’ i campi elettrico e magnetico si propagano
\nnello spazio come un’onda? La frequenza del campo elettrico e del campo
\nmagnetico e’ la stessa? E’ possibile un’onda costituita di un <\/font>solo<\/font><\/i>
\ncampo (elettrico o magnetico che sia)?<\/font><\/b><\/p>\n

<\/a><\/p>\n

I campi elettrici e magnetici rispettano alcune equazioni, che descrivono
\nil loro comportamento: le equazioni di Maxwell. Queste equazioni prevedono
\nche quando ci sia un campo elettrico variabile si generi un campo magnetico
\n(proporzionale alla derivata rispetto al tempo del campo elettrico) e viceversa:
\nquando c’e’ un campo magnetico variabile si genera un campo elettrico (proporzionale
\nalla derivata del campo magnetico). Questo fenomeno e’ molto comune: ogni
\nqualvolta utilizziamo un apparecchio elettrico, come un motore oppure un
\nelettromagnete, stiamo sfruttando questo fatto. L’elettromagnete e’ semplicemente
\nun filo percorso da corrente elettrica (e avvolto attorno ad un pezzo di
\nmateriale “magnetico” per aumentarne parecchio l’effetto). La corrente
\ne’ costituita da elettroni in movimento, cioe’ (poiche’ ogni elettrone
\nha il suo campo elettrico associato) da campi elettrici in movimento. Tale
\nparticolare tipo di “variabilita’” del campo elettrico genera un campo
\nmagnetico costante. Il motore elettrico e’ un dispositivo che sfrutta le
\nforze fra dei campi magnetici cosi’ generati (simili a quelle fra due calamite).
\nUna dinamo, invece, sfrutta il fenomeno opposto: un campo magnetico variabile
\n(dovuto al moto dei magneti che costituisco la dinamo) causa un campo elettrico
\nche mette in moto gli elettroni di un filo conduttore interno alla dinamo,
\ngenerando corrente elettrica.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Si puo’ dire che il motivo per cui un’onda elettromagnetica si propaga
\nnello spazio e’ lo stesso per cui un motore gira: un campo elettrico variabile
\n(come degli elettroni che si muovono in un certo modo in un metallo), genera
\nun campo magnetico, e se questo e’ variabile, genera a sua volta un campo
\nelettrico, e cosi’ via. Il motivo che distingue il comportamento di un
\nmotore da quello di un’antenna trasmittente e’ il modo<\/i> in cui gli
\nelettroni si muovono nel metallo “sorgente”: in un motore il moto (generalmente)
\ne’ costante, in un antenna e’ il moto e’ sinusoidale.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Percio’ i campi elettrici generati in questo caso sono rispettivamente
\nlineare e sinuisodale. I campi magnetici “generati”, allora saranno rispettivamente
\ncostante (e quindi non si genereranno piu’ altri campi elettrici) e cosinuisoidale
\n(e quindi generera’ un campo elettrico sinuisodale). Poiche’ il campo magnetico
\ngenerato da un elettromagnete e’ costante, non si genera alcun successivo
\ncampo elettrico, cioe’ nessuna onda. Invece le derivate successive di sinuisoidi
\nsono sinuisoidi anch’esse, e percio’ il fenomeno si ripete all’infinito,
\ntrasportando una frazione dell’energia iniziale (corrente elettrica nell’antenna)
\npotenzialmente a qualsiasi distanza. <\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Non e’ possibile la propagazione di un campo solo (magnetico o elettrico)
\nperche’ il suo “movimento” implica che non sia costante (in ogni punto)
\ne pertanto genera un campo dell’altro tipo. Piu’ esattamente la derivata
\ntemporale di un campo e’ proporzionale alla derivata spaziale dell’altro
\n(e non al campo stesso, come ho scritto prima con soli scopi didattici).
\nLa soluzione di questa equazione differenziale permette di calcolare come
\navviene la propagazione. Quello che si ottiene e’ una propagazione “rigida”,
\ncioe’ l’onda avanza nello spazio vuoto mantenendo la sua forma.
\n
<\/a>
\n
<\/a><\/div>\n

VUOTO<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Il vuoto che proprieta’ elettromagnetiche ha?<\/font><\/b><\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Uno degli aspetti piu’ sorprendenti della meccanica quantistica e’ quello
\ndi prevedere che il vuoto pi\u00f9 spinto immaginabile (cioe’ quello costituito
\ndall’assenza di qualsiasi particella o campo osservabili) non e’ affatto
\nvuoto!<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Questo apparente paradosso e’ dovuto al fatto che il principio di indeterminazione
\nnon permette di “sapere” con assoluta certezza lo stato di un sistema:
\nesistono delle proprieta’ “incompatibili”; per esempio non “esiste” un
\nvalore esatto dell’energia di un sistema, se questo non viene osservato
\nper un tempo sufficentemente lungo.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Cosi’ il vuoto viene ad essere “popolato” da particelle e campi che
\nhanno una energia compatibile con il loro “tempo di vita”. Si potrebbe
\ndire che appaiono dal nulla e nel nulla scompaiono. Naturalmente nessuno
\nle ha mai osservate, e nemmeno mai potra’ farlo, perche’ la teoria prevede
\nche una misura sufficentemente precisa da rivelarle non possa essere compiuta
\nin un tempo cosi’ breve quale e’ quello della loro esistenza. Si puo’ proprio
\ndire che “esistono perche’ non possono essere viste”. <\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Pero’ la loro “esistenza” da’ al vuoto alcune particolari caratteristiche
\ne proprio “l’interazione con il vuoto” ha permesso delle misure (sull’atomo
\ndi idrogeno) che sono fra le piu’ precise mai realizzate in qualunque campo
\ndella scienza. <\/p>\n

<\/a><\/p>\n


\n
ANTICHITA’<\/font><\/font><\/p>\n

<\/a><\/p>\n

Fra i filosofi antichi che hanno formulato ipotesi sulla visione una
\ndelle piu’ strane, per noi che la studiamo oggi con il senno di poi, e’
\nquella di Platone, che credeva che la luce fosse una sostanza prodotta
\ndall’occhio! Piu’ scientifica la posizione di Galileo Galilei, che prova
\na misurare la velocita’ di propagazione della luce, ma, visti i mezzi a
\nsua disposizione (due torcie copribili con dei panni opachi) riesce solo
\na concludere che la luce si propaga a grandissima velocita’, forse infinita.
\nNewton fa un’ipotesi sulla natura della luce: propone la natura corpuscolare,
\nipotesi che in seguito al successo della teoria “ondulatoria” viene abbandonata,
\nma resuscita nei primi decenni di questo secolo con una interpretazione
\ndiversa: la meccanica quantistica, in cui la natura corpuscolare e’ “complementare”
\na quella ondulatoria.
\n<\/a><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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