La luce visibile, che viaggia a una velocità vertiginosa di 186,282 miglia al secondo attraverso lo spazio, è solo una parte dell'ampio spettro della luce, che comprende tutte le radiazioni elettromagnetiche. Possiamo rilevare la luce visibile grazie alle cellule a forma di cono nei nostri occhi che sono sensibili alle lunghezze d'onda di alcune forme di luce. Altre forme di luce sono invisibili agli umani perché le loro lunghezze d'onda sono troppo piccole o troppo grandi per essere rilevate dai nostri occhi.
La natura nascosta della luce bianca
Ciò che chiamiamo luce bianca non è affatto un singolo colore, ma l'intero spettro della luce visibile tutto combinato. Per la maggior parte della storia umana, la natura della luce bianca era completamente sconosciuta. Fu solo nel 1660 che Sir Isaac Newton scoprì la verità dietro la luce bianca usando i prismi - barre triangolari di vetro – per scomporre la luce in tutti i suoi diversi colori e poi rimontarli ancora.
Quando la luce bianca passa attraverso un prisma, i suoi colori componenti vengono separati, rivelando rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Questo è lo stesso effetto che vedi quando la luce passa attraverso le gocce d'acqua, creando un arcobaleno nel cielo. Quando quei colori separati brillano attraverso un secondo prisma, vengono riuniti per formare un unico raggio di luce bianca.
Lo spettro luminoso
La luce bianca e tutti i colori dell'arcobaleno rappresentano una piccola parte dello spettro elettromagnetico, ma sono le uniche forme di luce che possiamo vedere a causa delle loro lunghezze d'onda. Gli esseri umani possono rilevare solo lunghezze d'onda comprese tra 380 e 700 nanometri. Il viola ha la lunghezza d'onda più corta che possiamo vedere, mentre il rosso ha la più grande.
Anche se normalmente non chiamiamo altre forme di radiazione elettromagnetica luce, c'è poca differenza tra loro. La luce infrarossa è appena al di fuori della nostra visione con una lunghezza d'onda maggiore della luce rossa. Solo con strumenti come gli occhiali per la visione notturna possiamo rilevare la luce infrarossa generata dalla nostra pelle e da altri oggetti che emettono calore. Dall'altro lato dello spettro visibile, le onde luminose più piccole del viola sono la luce ultravioletta, i raggi X e i raggi gamma.
Colore della luce ed energia
Il colore della luce è solitamente determinato dall'energia prodotta dalla sorgente che lo emette. Più un oggetto è caldo, più energia irradia, producendo luce con lunghezze d'onda più corte. Gli oggetti più freddi creano luce con lunghezze d'onda più lunghe. Ad esempio, se accendi una fiamma ossidrica, scoprirai che la sua fiamma è inizialmente rossa, ma quando la accendi, il colore diventa blu.
Allo stesso modo, le stelle emettono diversi colori di luce a causa della loro temperatura. La superficie del sole ha una temperatura di circa 5.500 gradi Celsius, causando l'emissione di una luce giallastra. Una stella con una temperatura più fredda di 3000 C, come Betelgeuse, emette luce rossa. Stelle più calde come Rigel, con una temperatura superficiale di 12.000 C, emettono luce blu.
La doppia natura della luce
Gli esperimenti con la luce all'inizio del XX secolo hanno rivelato che la luce aveva due nature. La maggior parte degli esperimenti ha mostrato che la luce si comportava come un'onda. Ad esempio, quando fai brillare la luce attraverso una fessura molto stretta, si espande come fa un'onda. In un altro esperimento, tuttavia, chiamato effetto fotoelettrico, quando si fa brillare la luce viola sul metallo di sodio, il metallo espelle gli elettroni, suggerendo che la luce è composta da particelle chiamate fotoni.
In effetti, la luce si comporta sia come particella che come onda e sembra cambiare la sua natura in base all'esperimento che conduci. Nell'ormai famoso esperimento delle due fenditure, quando la luce incontra due fenditure in un'unica barriera, si comporta come una particella quando stai cercando particelle ma si comporta anche come un'onda se stai cercando onde.