La parte più luminosa di un’ombra è il centro

Dov’è la parte più scura di un’ombra? La risposta più sensata sarebbe il suo centro, tutti possiamo infatti notare che la nostra ombra proiettata dal sole ha dei contorni poco definiti, dovuto al fatto che il Sole non è una fonte di luce puntiforme. La luce che viene da una estremità del Sole ha infatti una traiettoria diversa da quella che viene da quella opposta. Un’altro fenomeno che può influenzare le ombre è però quello noto come la diffrazione della luce, ovvero la sua capacità di deviare attorno gli angoli di un oggetto, tipica di tutte le onde. Il canale di Veritasium spiega in questo video come quest’effetto influisce sull’ombra proiettata e su come a contribuito a dimostrare che la luce si comporta come un’onda.

Questo fenomeno e la sua importanza fu al centro di un importante dibattito avvenuto 200 anni fa. Nel 1880 l’Accademia Francese sponsorizzò una competizione per premiare il miglior modello che spiegasse il comportamento della luce, che oggi sappiamo essere sia associabile ad un’onda e ad una particella. Augustin-Jean Fernel presentò il suo modello che spiegava la luce come un fenomeno ondulatorio, che pertanto avrebbe deviato attorno ai lati degli oggetti colpiti come tutte gli oggetti che si comportano come onde. Uno dei giudici, Siméon Poisson, lo criticò mostrando come in questo modello il punto più luminoso di un’ombra proiettata da un oggetto circolare sarebbe nel suo centro, cosa abbastanza lontana dalle nostre esperienze quotidiane.

Questo fenomeno sarebbe dovuto al fatto che la luce deviata dai due angoli dell’oggetto dovrebbero incrociarsi oltre l’oggetto stesso nel suo centro, creando quindi un punto più luminoso nel centro dell’ombra, considerando che le onde della luce in questione siano in fase. Nessuno dei due però ha mai svolto quest’esperimento. In questo video assisteremo ad un esperimento in grado di misurare la luminosità di un’ombra nei suoi vari punti per verificare l’influenza della diffrazione della luce sulla luminosità di un ombra.

Inizialmente sono state utilizzate una serie di oggetti sferici e sorgenti luminosi in grado di proiettare a lunga distanza (dei proiettori da auditorio). In questi tentativi non è stato però possibile osservare questo punto luminoso, poiché anche usando sorgenti di luce estremamente puntiformi era difficile ricavare della luce in fase, ovvero la cui direzione fosse estremamente lineare. Usando invece una sorgente di luce laser, dove la luce è coerente (ovvero tutti i picchi delle onde di luce sono sincronizzati tra loro ed hanno la stessa direzione) è possibile vedere un centro luminoso all’interno dell’ombra di un oggetto sferico.

Francois Arago, un altro giudice di questa competizione, svolse a sua volta quest’esperimento e mostrando l’esistenza di questo punto luminoso. Questo punto viene chiamato equamente punto di Arago, poiché egli ne mostrò l’esistenza, punto di Fernel, per aver formulato la teoria, ma molto spesso anche come punto di Poisson. Non sono solo in nostri più grandi successi a poter essere chiamati con il nostro nome, ma anche i nostri grandi errori.

Nella vita quotidiana non vediamo continuamente questo punto per una serie di ragioni: pochi oggetti sono sferici e privi di pieghe ai bordi che interferirebbero con la diffrazione della luce. Tuttavia un modo di vederlo c’è. Se ad esempio osserviamo una fonte di luce uniforme, con un cielo terso, è possibile osservare delle ombre che danzano nel nostro campo visivo, fenomeno chiamato Muscae volitantes, mosche volanti in latino. Si tratta di piccoli residui di cellule intrappolati nel nostro bulbo oculare. Alcuni di questi sono di forma sferica e pertanto, nel centro di questi oggetti anche noi possiamo osservare il punto di Poisson, e grazie a questi fenomeni anche noi possiamo vedere coi nostri stessi occhi una fenomeno che ci ricorda che la luce si comporta anche come un’onda.

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