La dualità della luce
problema senza soluzione?

La doppia natura della luce è uno dei problemi che la fisica ufficiale non riesce a risolvere in modo soddisfacente.

Ci sono fenomeni che fanno pensare ad una conformazione ondulatoria della luce, come per esempio l'interferenza osservata negli esperimenti a doppia apertura (double slit experiment).

Credo che dobbiamo considerare conferma della natura ondulatoria della luce anche la variazione ciclica della parziale riflessione delle onde elettromagnetiche da vetri di diverso spessore.

Feynman, il proponente della teoria dell'elettrodinamica quantistica (quantum electrodynamics) era convinto che la luce fosse composta esclusivamente di fotoni. Egli asseriva che i fotoni avessero qualche modo di "sapere", prima ancora di attraversare il vetro, quale fosse lo spessore del vetro e quanti di loro avrebbero potuto essere riflessi e quanti invece no. La sua teoria non spiega però, con quale meccanismo i fotoni saprebbero, ancora prima di entrare nel vetro, come comportarsi. Feynman ammetteva che questa domanda non aveva trovato risposta.

Sembra perciò molto piò verosimile la vecchia teoria che attribuiva la parziale riflessione ad una sorta di interferenza delle onde che, riflettendosi all'interno del vetro, causavano la parziale riflessione dalla sua superficie in funzione della lunghezza d'onda e dello spessore del vetro.

Lo stesso Feynman, nella sua celebre teoria, ricorre ad uno strategemma (quello della lancetta di un immaginario orologio) per spiegare le cicliche variazioni statistiche della parziale riflessione di luce da vetri di diverso spessore. E quel metodo di Feynman non è altro che un impiego diverso delle due variabili che determinano quei cambiamenti nella riflessione, cioè lo spessore del vetro e la lunghezza d'onda della luce. Feynman evita di parlare di lunghezza d'onda e ne sostituisce il tempo trascorso, misurato dal suo famoso orologio immaginario. La velocità dell'orologio però dipende - guarda caso - dalla lunghezza d'onda della luce impiegata!

Alla fine, una teoria equivale l'altra, con la differenza che quella delle onde offre una spiegazione logica, mentre l'elettrodinamica quantistica ci da un pronostico delle variazioni osservate, ma senza spiegarne il meccanismo in modo concettuale.

Altre osservazioni ci danno una ragionevole certezza che la luce si comporti come corpuscoli, cioè come singoli fotoni.

Qui si fa riferimento soprattutto al lavoro di Max Planck e alla sua scoperta che la luce si manifesta, quando la osserviamo direttamente, in quantità ben definite, denominate "quanti".

Rimane allora il paradosso che abbiamo prove di valore piò o meno equivalenti, sia dell'una che dell'altra teoria.

Infatti, la dualità della luce è un paradosso ben accettato dai fisici. Si ricorre quasi a piacere all'uno o all'altro punto di vista. C'è anche chi sta tuttora cercando di osservare la luce nel suo stato "duale", senza essere però riuscito ad individuare quel momento nel quale un quanto di luce dimostra le caratteristiche sia dell'onda che del corpuscolo.

Possiamo asserire che nessuna cosa può mostrare, allo stesso tempo, caratteristiche di tale diversità ed incompatibilità come quelle di un'onda e di una particella materiale. Però è bene evidenziare la condizione limitante che abbiamo posto con le parole "allo stesso tempo".

Come il bruco si trasforma in farfalla e come un batterio innocuo può cambiare forma e diventare "patogeno", cosÏ anche la luce ha la possibilità di trasformarsi davanti ai nostri occhi.

Questa trasformazione però, avviene in quell'attimo che intercorre tra l'osservazione indiretta e l'osservazione diretta. Non siamo in grado, con i nostri strumenti, di individuare ed osservare questo preciso momento.

L'osservazione diretta della luce avviene con detettori piò o meno sofisticati, i quali reagiscono all'impatto dei fotoni, assorbendone il contenuto energetico. Uno dei piò efficaci di questi strumenti è il nostro occhio. Bastano pochi fotoni a determinare una percezione della luce. Altri sono le cellule fotoelettriche, le pellicole fotografiche e cosÏ via.

L'osservazione indiretta non è sostanzialmente diversa da quella diretta. Si osservano sempre dei fotoni con vari strumenti oppure direttamente. L'elemento indiretto viene introdotto dopo, come elemento di interpretazione.

Nel caso dell'interferenza viene interpretato il risultato visibile, cioè le aree chiare e scure che si alternano, e viene cosÏ dedotto che ci deve essere stata una cancellazione ed un aumento di luminosità a causa dell'interferenza tra un'onda ed un'altra.

Nel caso delle variazioni cicliche della parziale riflessione della luce dalla superficie di vetri di diverso spessore, osserviamo sempre i fotoni riflessi e quelli non, e deduciamo che ci potrebbe essere stata una riflessione delle onde all'interno della lastra di vetro, la quale potrebbe aver prodotta questa variazione nella riflessione esterna.

Sostanzialmente, i due tipi di osservazione differiscono solo nel tempo al quale si riferiscono, cioè l'osservazione diretta è riferita al tempo presente mentre quella indiretta si riferisce ad un tempo passato.

Questa differenza ci dà la chiave per una diversa interpretazione del fenomeno della dualità della luce.

Le deduzioni sul tempo passato sembrano dar retta alla teoria ondulare, mentre le osservazioni nel tempo presente favoriscono la teoria corpuscolare. In altre parole, la luce quando viagga, è un fenomeno ad onda e quando invece è osservata direttamente, cioè quando incontra un detettore, si presenta in forma di particella.

Come si può spiegare la capacità della luce di trasformarsi in questo modo? Dobbiamo scomodare la "vecchia" teoria dell'etere.

Per essere chiari, quando parliamo della presenza di un etere, ci dobbiamo, almeno per adesso, limitare ad una descrizione ipotetica di effetti, perché non siamo in grado, con gli strumenti attualmente disponibili, né di osservare né di influenzare direttamente questo "campo di fondo", questo "mare d'energia", che immaginiamo essere l'etere.

Ci sono delle prove a sostegno dell'esistenza di un campo di fondo dello spazio ad alto potenziale energetico, (chiamato recentemente zero point field) ma queste non hanno ancora trovato, per la verità, un assenso generalizzato della scienza cosiddetta "ufficiale".

Torniamo però all'argomento luce, affermando per adesso solamente che essa è il punto d'incontro tra l'immateriale e il materiale.

Come detto sopra, la luce è in partenza un fenomeno ondulatorio. Si pensa che l'onda elettromagnetica, in analogia alle onde su uno specchio d'acqua, si diffonda in modo sferico "su uno specchio di spazio", per cosÏ dire.

E' un'analogia difficile questa, perché passa da due a tre dimensioni, ma se immaginiamo lo spazio tridimensionale avere anch'esso una specie di superficie, la quale è il punto di contatto tra universo fisico e campo di fondo o etere, possiamo vedere come ci possono essere delle onde elettromagnetiche che si diffondano lungo questo confine. Come le onde sullo specchio d'acqua si diffondono al confine dell'acqua con l'aria, agitando una superficie bidimensionale in uno spazio tridimensionale, cosÏ le onde elettromagnetiche si diffondono al confine dello spazio tridimensionale, agitando la "superficie", chiamiamola cosÏ per mancanza di un termine piò esatto, in un "continuo" a quattro dimensioni.

Il diffondersi dell'onda è praticamente esente da attriti e potrebbe in teoria andare avanti all'infinito. In realtà però, noi vediamo che la luce delle stelle distanti perde intensità e che la loro lunghezza d'onda varia, anche se di poco. Osserviamo uno spostamento della lunghezza d'onda delle stelle piò distanti verso il rosso, il cosiddetto red shift. Questo è stato interpretato da Hubble come prova di una continua espansione dell'intero universo fisico, ed in conseguenza è stato citato a conferma della teoria del "big bang". Il red shift potrebbe però ugualmente essere un fenomeno di lento degrado dell'energia di quell'onda elettromagnetica che è alla base del fenomeno luce.

Quando l'onda elettromagnetica trova, nel suo viaggio, un qualsiasi ostacolo, piccolo come una singola molecola o grande come un intero pianeta, questa collisione dà luogo a disturbi localizzati ma assai stabili nel tempo. Sono disturbi nel campo energetico di fondo, dalla forma di piccolissimi vortici di pura energia. Noi possiamo percepire e misurare questi vortici come fotoni di luce.

Sappiamo che tutta la materia, anche nelle particelle atomiche e subatomiche pi� piccole, consiste non di una sostanza materiale, ma di energia in uno stato abbastanza stabile.

Il chimico tedesco Hoegl ha proposto una struttura dei corpuscoli della luce basata su due mezzi quanti luce di carica contrapposta, chiamati da lui "negino" e "posino", i quali insieme formerebbero il fotone stabile. La massa del fotone, sempre secondo Hoegl, sarebbe facilmente determinabile in funzione al quanto di Planck (h) e alla formula di Einstein (E = m c2). Secondo Einstein, la massa di una particella è indicazione della sua energia. L'energia di un fotone deve essere quindi indicativo della sua massa a riposo. L'energia del singolo fotone secondo Hoegl è 6,626176 x 10-34 J, mentre la sua massa è 7,370744 . 10-51 kg.

Se il fotone è la piò piccola particella stabile, il quanto di luce (e di materia) piò minuto, perché non dovrebbe essere proprio il fotone il "mattone" per la costruzione di tutta la materia? Quale candidato migliore per la creazione delle particelle atomiche che un fotone universalmente disponibile e rinnovabile quasi "a piacere"?

CosÏ si spiegherebbe la facoltà delle particelle, di assorbire e di riemettere fotoni.

Si svelerebbe anche il mistero delle numerose particelle nucleari "fondamentali", della famiglia dei quark e simili, che appaiono quasi per miracolo quando una particella nucleare viene spaccata da un forte impatto. Purtroppo l'unico metodo di studio delle particelle subatomiche oggi praticato sembra essere la violenta distruzione di particelle in acceleratori sempre piò potenti e sempre piò costosi.

Ma come le confessioni sotto tortura durante la Santa Inquisizione non portavano ad alcun progresso, cosÏ le "confessioni" della materia martoriata negli acceleratori di particelle non riveleranno mai la struttura meravigliosa delle particelle atomiche che è la base di una varietà quasi infinita di proprietà della materia.

Tornando un'altra volta sull'argomento della luce, abbiamo già visto che l'argomento importante non è se la luce sia una particella oppure un'onda. Non è neanche di grande interesse cercare di catturare od osservare un quanto di luce che esibisce, allo stesso tempo, gli attributi dell'onda e della particella.

Le domande da porci ed alle quali dovremmo cercare di trovare risposte sperimentali sono perciò le seguenti:
Naturalmente si potrebbe poi andare avanti a scoprire come viene formata la materia dalle particelle fotoniche, partendo però non dalla violenta disintegrazione di protoni e neutroni, ma dalla possibilità di aggregazione dei fotoni per formare elettroni, protoni e neutroni e le corrispondenti particelle dell'antimateria.

Josef Hasslberger
Roma
Settembre 1994