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Il 2015 è l’Anno della Luce dell’Unesco Innovazione, Opinion leader

Reggio Emilia –  Il 2015 è stato dichiarato lo Year of Light and Light-Based Technologies, l’anno della luce.  Le Nazioni Unite hanno riconosciuto che la luce – e, più in generale la radiazione elettromagnetica – gioca un ruolo importante anche nei campi di energia e  agricoltura, che ha rivoluzionato la medicina e  ha aperto alle comunicazioni  con fibre ottiche tramite Interne.

Dalla Genesi:“Fiat lux” et lux fuit”.  Frase biblica, pronunciata dal Creatore dell’Universo. Si tratta dell’adattamento latino dell’espressione in lingua greca , a sua volta tradotta dall‘ebraico.   Dio vide che la luce era cosa buona,  separò la luce dalle tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte. E fu sera e fu mattina: primo giorno”.

Secondo il modello di Universo oggi accettato, in seguito alla formazione  degli atomi, 300 000 anni dopo il big bang,ossia circa  14 miliardi di anni fa,  la radiazione primaria si propagò nell’Universo. Quanto oggi ne resta fu rivelato nel 1964 da Arno Penzias e Robert Wilson: la radiazione cosmica di fondo, a conferma della teoria sull’origine dell’Universo

 “Dio disse: «Ci siano luci nel firmamento del cielo, per distinguere il giorno dalla notte; servano da segni per le stagioni, per i giorni e per gli anni
e servano da luci nel firmamento del cielo per illuminare la terra». E così avvenne. (….)

 Dio fece le due luci grandi, la luce maggiore per regolare il giorno e la luce minore per regolare la notte, e le stelle.
Dio le pose nel firmamento del cielo per illuminare la terra
e per regolare giorno e notte e per separare la luce dalle tenebre. E Dio vide che era cosa buona.
E fu sera e fu mattina: quarto giorno”

Le prime stelle e le galassie si formarono un miliardo di anni dal Big Bang. Il Sole e il sistema solare, incluso il nostro pianeta, si formarono circa 4.5 miliardi di anni fa.

Ricordiamo qualche semplice  nozione

La luce e leonde elettromagnetiche

Fotosintesi

Questo processo, che forma ossigeno e carboidrati dall’anidride carbonica e dall’acqua, iniziò oltre due milioni di anni fa per azione dei cianobatteri.  La fotosintesi, direttamente o indirettamente, è responsabile di tutte le forme di vita sulla Terra.  Il controllo del fuoco da parte dell’Homo Erectus  risale a 1.5 milioni di anni fa. Le più antiche prove di uso umano del fuoco provengono da vari siti archeologici  nell’Africa orientale.

Oggi, grazie all’elettricità, le sorgenti artificiali di luce sono le lampade a incandescenza, inventate da Joseph Swan e da Thomas Edison, le lampade a fluorescenza e i LED.

Rifrazione della luce

Prima che fosse scoperta la legge della rifrazione a opera dello Snellius, legge che aprì la via allo studio  dei sistemi ottici, sembra si conoscessero, fino dal sec. XIII, lenti convesse e concave, in uso per la correzione dei difetti di vista.  Galileo fece sua l’idea di un ottico olandese accostando due lenti per occhiali. Un cannocchiale fabbricato in Olanda venne portato in Italia nel 1609 e ne giunse notizia a Galileo Galilei, allora a Padova, il quale riuscì a costruire dei modelli migliori di quelli stranieri. Si aprì così una nuova via allo studio del cielo: pianeti medicei, fasi di Venere, macchie solari, sostegno al modello copernicano del sistema solare, ma anche processo davanti al Tribunale dell’Inquisizione.

A partire dall’Ottocento nuove finestre si sono via via aperte nello studio del cielo.

Radiotelescopio

All’esame della porzione visibile dello spettro si aggiunsero via via l’esame dell’ultravioletto e dell’infrarosso, quindi dei raggi X e gamma, delle microonde e delle radioonde, rivelando fenomeni inattesi.

Riflessione totale

Grazie ad essa e alla capacità di realizzare vetri estremamente trasparenti oggi abbiamo le telecomunicazioni tramite le fibre ottiche, che guidano la luce e i segnali che essa  trasporta su grandi distanze. Le fibre ottiche hanno anche altri impieghi importanti, come endoscopi  in medicina.

Charles K. Kao è considerate il padre delle fibre ottiche. Nel 2009 gli fu assegnato il Premio Nobel per la fisica.

Dispersione

Isaac Newton  (Woolsthorpe-by-Colsterworth, 1642 – Londra, 1727) studiò la dispersione di un raggio di luce bianca che attraversa un prisma di vetro e si scompone nei vari colori e divenne un convinto sostenitore della teoria corpuscolare della luce.

Teoria ondulatoria

Christiaan Huygens (L’Aia, 1629 –1695)  la sostenne, contro quella corpuscolare. La dimostrazione fu data da  ThomasYoung  (Milverton, 1773-Londra,1829) con l’esperimento della interferenza.

L’effetto fotoelettrico (1905).

Albert Einstein (Ulm, 1879 –  Princeton, 1955), con l’interpretazione di questo fenomeno, rilanciò il modello corpuscolare: la radiazione elettromagnetica consta di un flusso di particelle, i fotoni.

Oggi sappiamo che il modello ondulatorio e quello corpuscolare coesistono: dualismo onda-corpuscolo. .Tutti gli esperimenti hanno confermato questo dualismo, che in seguito è stato esteso anche alle particelle di materia

L’effetto fotovoltaico e le celle solari.

Può essere considerato un effetto fotoelettrico interno al materiale semiconduttore. E’ sfruttato anche per convertire (parzialmente)  l’energia della luce in energia elettrica. Lo sfruttamento dell’energia solare è cresciuto rapidamente nell’ultimo decennio, riducendo lo sfruttamento dei combustibili fossili.  Il Nobel per Fisica 2014 è stato assegnato, proprio sul tema della luce, ai ricercatori giapponesi Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura, per l’ invenzione dei LED a luce blu.

Il LASER

è un dispositivo in grado di emettere un fascio di luce coerente monocromatica,e  concentrata in un raggio rettilineo estremamente collimato attraverso il processo di emissione stimolata. Inoltre la luminosità (brillanza) delle sorgenti laser è elevatissima a paragone di quella delle sorgenti luminose tradizionali.

Fu inventato nel 1960 da Theodore Harold Maiman (Los Angeels , 1927– Vancouver 2007).  Ha infinite applicazioni:nelle  telecomunicazioni, in medicina, nell’industria.

La fotonica 

Il termine fu coniato intorno al 1960, quando fu inventato il laser.Riguarda  generazione, rivelazione e controllo della luce e, più in generale, della radiazione elettromagnetica, dai raggi gamma alle radioonde. Telecomunicazioni, cellulari, Internet, strumenti medicali e per l’industria manifatturiera e militare (visione notturna), eccetera, rientrano nella fotonica.

Il 21esimo secolo dipenderà dalla fotonica così come il 20esimo dipese dall’elettronica.

 

 

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