A2C - Salerno

Sul finire del 1800 sembrava che la fisica avesse ormai fatto luce su tutti i fenomeni più rilevanti e che rimanesse ben poco da scoprire o definire. Per l'appunto, sembrava. Con le sue famose equazioni, Maxwell aveva dimostrato come il campo elettrico e il campo magnetico fossero in realtà le componenti di un unico fenomeno, il campo elettromagnetico, che si propaga attraverso onde fatte energia.

Tuttavia, emerse un problema nel momento in cui i fisici approcciarono il problema del corpo nero: le previsioni teoriche non combaciavano con i risultati sperimentali. Secondo le previsioni basate sulle leggi della fisica classica infatti, si arrivava ad una situazione assurda: all'aumentare della frequenza della radiazione emessa da un corpo nero aumentava anche l'energia associata a tale radiazione, fino a tendere all'infinito nella regione dell'ultravioletto. In parole povere, secondo le previsioni della fisica classica, il corpo nero poteva emettere energia infinita, in totale disaccordo col principio di conservazione dell'energia. Come detto, le prove sperimentali davano risultati ben differenti, il che fece capire ai fisici che c'era un problema da qualche parte nella teoria.
Fu nel 1900 che il fisico tedesco Max Planck trovò la soluzione al problema.

Con i suoi studi, Planck arrivò a formulare un'equazione che ha fatto la storia. E che aprì un vero e proprio vaso di Pandora. L'equazione è molto semplice e apparentemente innocua: in realtà causò un vero e proprio terremoto nel mondo della fisica.

E = hv 

Dove E sta per energia, h è la costante di Planck e v è la frequenza della radiazione.

L'equazione di Planck mostra chiaramente che l'energia è proporzionale alla frequenza della radiazione elettromagnetica. Maggiore è la frequenza, maggiore sarà l'energia trasportata dall'onda.
Tuttavia, è in quel prodotto "hv" che Planck svelò un mondo fino a quel momento totalmente sconosciuto.
Quella banalissima moltiplicazione indica una quantità discreta e indivisibile di energia, un pacchetto, una confezione, che Planck chiamò quanto. Di fatti, l'equazione di Planck afferma che l'energia associata ad una radiazione elettromagnetica è composta da un flusso di unità discrete di energia dette quanti. Un quanto rappresenta un tot di energia: posso avere un quanto, due, tre ecc, ma non posso avere sue frazioni. Questo si intende con discreto: l'energia associata a radiazioni elettromagnetiche assume valori discreti e non continui come prevede invece la fisica classica. Grazie a questa equazione, si riuscì finalmente a risolvere il problema del corpo nero, facendo combaciare previsioni ed osservazioni, ma si presentarono molti altri problemi.

La legge di Planck, che doveva essere solo un artificio matematico per risolvere il problema del corpo nero, cominciò a far emergere tutta una serie di incongruenze nella fisica classica quando questa approcciava fenomeni particolari.
I fisici si resero conto che erano molti i fenomeni "quantistici". Nacque così la fisica quantistica, una delle due branche della fisica moderna assieme alla fisica relativistica, che sarebbe arrivata qualche anno più tardi.
E nacque anche un nuovo modo di vedere la materia, l'energia e le loro interazioni, senza le quali oggi saremmo ancora a fine 800. Sono infatti innumerevoli le applicazioni tecnologiche che fanno affidamento sulle leggi della meccanica quantistica.

Nel caso delle onde elettromagnetiche, al quanto fu dato il nome di fotone e si arrivò alla conclusione che esse hanno una duplice natura: ondulatoria, in accordo con le equazioni di Maxwell, corpuscolare, in accordo con la legge di Planck.

Concludo con la frase del 1901 di Max Planck:" ... e questo è quanto...".  :D

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.