Re: Interazione radiazione - materia

From: Dottor Jekyll <aquila5_at_tiscali.it>
Date: Tue, 2 Jul 2002 18:33:46 +0200

Ti ringrazio moltissimo per la spiegazione. Io inizialmente volevo
solo capire pi� a fondo la legge di Bragg ma poi ho cominciato ad avere dei
dubbi anche sulla legge della riflessione e sulla legge di Snell nonch�
sulla legge di Bragg stessa. Quello che per� chiedevo nel messaggio
precedente � come si possono ricavare le leggi di riflessione e di Snell
considerando la vera natura della luce (fotoni per quello che ci dice la MQ)
e la struttura microscopica della materia, in quanto avevo l'impressione che
cos� facendo i conti non tornassero, invece come hai detto � tutto ok. Le
cose di cui hai parlato mi hanno fatto riflettere, ed un po' dubitare,
ancora su altre cose (effetto di moltiplicazione a valanga dei dubbi :-)).

Mediante l'elettromagnetismo classico ed utilizzando le condizioni di
raccordo non ci sono problemi a ricavare le leggi della riflessione e di
Snell, queste possono anche essere ricavate applicando il principio di
Fermat secondo cui il percorso seguito dalla luce (e dalle onde
elettromagnetiche in genere) per andare da una posizione ad un'altra, �
quello che rende minimo il tempo di percorrenza. Questo principio � un altro
fatto che non sono mai riuscito a spiegarmi . Io penso che una
giustificazione ci dovr� pure essere e che non sia solo un fatto da assumere
cos� e basta.

Poi mi sono ricordato che avevo studiato che se si considera l'altezza media
H delle asperit� superficiali di un corpo e se L �
la lunghezza d'onda della
radiazione e.m. che incide sul corpo allora si pu� distinguere tra varie
situazioni : Se L >> H allora vale la legge della riflessione, se L << H si
ha rinvio diffuso e comunque bisogna vedere localmente quello che succede,
in questo caso credo che le asperit� che bisognerebbe considerare,
esasperando la situazione, sarebbero quelle della struttura granulare della
materia (atomi), ok ?
Nella situazione intermedia di L, come terzo caso, si ha ancora un rinvio
diffuso e si
deve considerare un certo solido di emissione ; per esempio se H = L/4
(circa)
si ha il cosiddetto rinvio lambertiano. Se non ho capito male quello che hai
detto prima, allora tutto ci� sul discorso delle asperit� ecc., si
spiegherebbe mediante la teoria dello scattering di cui io purtroppo ne so
solo qualcosa. Cio� ogni atomo investito da fotoni diffonderebbe intorno a
se i fotoni generando una specie di onda sferica ? Veramente tu hai detto :

> ...
> diffonde (diffrange, scattera) l'onda del fotone in ogni direzione
> ...

e magari questa puntualizzazione sar� di fondamentale importanza. Poi queste
onde sferiche sovrapponendosi fra di loro genererebbero sia l'onda riflessa
che quella rifratta ? Ho capito bene ? E a conti fatti si riuscirebbero a
ricavare le leggi della riflessione e di Snell ? E ancor di pi� si
riuscirebbe a spiegare il comportamento dei corpi riflettenti - rifrangenti
(vari tipi di rinvio - rifrazione) al variare della frequenza dell'onda e.m.
incidente ? Se � cos� a me questa cosa sembra molto sorprendente, comunque
credo che per capire bene dovrei studiare questa teoria dello scattering.
Veramente anche io sapevo che la radiazione e.m. riflessa � generata da
atomi che possono trovarsi in profondit� nel corpo e pi� la frequenza
dell'onda incidente � alta e pi� questi atomi possono essere in profondit�
in quanto i fotoni della radiazione incidente possono spingersi pi� in
profondit� perch� hanno pi� energia, ok ? Allora quello che ha scritto
Luciano Buggio :

> ...
>Evidentemente un fotone che viene riflesso (conservando la lunghezza
>d'onda di arrivo) secondo la legge dell'uguaglianza dell'angolo non
>interagisce con i costituenti della materia, ma con un "campo
>superficiale" che contiene l'informazione della planariet�, e tanto pi�
>quanto pi� si � distanti dai costituenti di frontiera.
> ...

non sarebbe corretto :-) oppure ho capito male io. Inoltre mi sono accorto
in questi giorni che su questa questione ci sono varie persone che hanno
elaborato delle proprie teorie ... boh !

Elio Fabri ha scritto :

> ...
>Una cosa va detta subito: se vuoi capire la diffrazione alla Bragg, non
>puoi pensare ai fotoni come particelle: il comportamento ondulatorio e'
>assolutamente essenziale, e un fotone "incontra" simultaneamente
>moltissimi elettroni: tutti quelli presenti nella sua regione di
>coerenza (in parole povere, nell'estensione del pacchetto d'onda che lo
>rappresenta in un modello ondulatorio).
> ...

Ecco qui non ho capito bene :-( ma dipender� dal fatto che come dicevo
alcune cose non le so bene, come la teoria dello scattering. Che vuol dire
che un fotone "incontra" simultaneamente moltissimi elettroni ? Come
giustamente dici questo punto dovr� essere di fondamentale importanza in
quanto se si riuscisse a provare che ne incontra solo uno allora si dovrebbe
considerare l'effetto Compton, no ? Forse interviene una qualche limitazione
tipo principio di indeterminazione di Heisenberg della MQ ? Se ne incontra
moltissimi non si potrebbe considerare una specie di "effetto Compton
collettivo" ? Comunque per quanto mi sforzi continuo ancora a pensare alla
radiazione e.m. come composta da "corpuscoli" ma in questo caso come dici �
sbagliato. Ovviamente penso alla radiazione e.m. come composta da corpuscoli
particolari ... cio� corpuscoli *quantistici*, cio� dotati di particolari
propriet�, *no* classici.
Poi allora nell'esperimento che citi di Compton e Simon (circa 1925) come
hanno fatto a far si che un fotone urtasse con un solo elettrone e quindi a
misurare gli effetti dell'urto cio� elettrone che rimbalzava, energia
mancante nel fotone ecc..? In un problema generico come si fa a dire che
bisogna pensare alla radiazione e.m. come composta da fotoni oppure no ?
Secondo me (che non sono proprio nessuno) il problema non sussiste; mi
spiego con un esempio : Si immagini di realizzare il classico esperimento
dell'interferenza di onde elettromagnetiche monocromatiche polarizzate
linearmente ecc., sulla lastra fotografica si vedranno le classiche frange
di interferenza che si possono calcolare con l'elettromagnetismo classico e
questo dovrebbe provare la natura ondulatoria della luce. Poi per la natura
corpuscolare ci sono i classici esperimenti fotoelettrico e Compton. Adesso
il primo esperimento, quello sull'interferenza, sembra provare la natura
ondulatoria della radiazione e.m. ma invece non fa altro che provare la vera
natura della luce e cio� quella corpuscolare (non vi irritate pi� di tanto
:-)) Infatti si immagini di compiere lo stesso esperimento in questo altro
modo e mi sembra che ci� fu fatto da un eminente fisico di cui adesso mi
sfugge il nome : le due sorgenti di radiazione monocromatica siano regolate
in modo da emettere pochissima potenza, al limite pochi fotoni, allora sulla
lastra fotografica si vedr� che nel corso del tempo si imprimeranno alcuni
"puntini", i fotoni che urtano sulla lastra, e vi sar� maggiore probabilit�
che urteranno in quelle zone dove prima le frange erano pi� luminose ed
intense. Se si aspetta tanto tempo si saranno formate, a forza di "puntini",
le stesse frange di interferenza di prima.Questo prova che anche prima la
luce aveva natura corpuscolare ma solo che essendo la potenza delle sorgenti
alta non si riuscivano a distinguere i singoli fotoni. Prima si aveva una
valanga di fotoni. E ovvio che si devono trattare problemi in cui ci sono
tantissimi fotoni pu� essere pi� conveniente pensare alla luce come onda
e.m., ma questo poi pu� anche non essere vero, per esempio nell'effetto
fotoelettrico. Come ripeto questi corpuscoli sono quantistici, *no*classici,
e a volte possono comportarsi in modo "bizzarro". Per dirla tutta io la vedo
cos� : la meccanica classica e l'elettromagnetismo classico sono *falsi*
anche se per talune applicazione possono andare pi� che bene, anche la MQ �
falsa in assoluto (Popper : ogni teoria vive nell'attesa della propria
falsificazione; magari fra 20 anni ci sar� una teoria che falsificher� la
MQ e cos� via) solo che per adesso la MQ e la teoria che meglio interpreta e
prevede vari fatti. Poi secondo la MQ tutto � quantizzato : le particelle, e
questo e quasi ovvio, i campi, e questo meno ovvio ecc...e poi alla fine si
hanno tutte particelle - quasi particelle che interagiscono fra di loro in
modo spesso poco (credo) intuitivo, ma se il mondo a livello microscopico �
molto bizzarro non bisogna fare altro che prenderne atto.

Quindi ritornando al cristallo se si vede la radiazione e.m. come composta
da corpuscoli secondo me ci sono dei problemi, ma tu hai detto che non va
bene e quindi io devo studiare di pi� ... soprattutto questo scattering con
cui si spiega tutto, ok ho capito :-)

Un'ultima cosa sempre pensando alla radiazione e.m. come a dei corpuscoli,
ma forse anche in questo contesto � sbagliato. Se un fotone ha pi� energia,
frequenza pi� alta, di un altro a me verrebbe da pensare che quando entra in
un corpo subisca meno l'azione di questo rispetto al fotone meno energetico,
in quanto dotato appunto di pi� energia. Si sa che l'indice di rifrazione di
un materiale dipende dalla frequenza : come � che un fotone-rosso viene
deflesso di pi�, entrando in un materiale, rispetto ad un fotone-violetto ?
Se anche tutto ci� si spiega con lo scattering allora come non detto

Grazie ancora per la pazienza e l'interessamento, Ciao, Paolo :-)
Received on Tue Jul 02 2002 - 18:33:46 CEST