Ogni volta che splende il sole

Proponiamo alcuni brani della “Bakerian Lecture” di Thomas Young alla fine del 1803. Una “lezione Bakeriana” è una specie di lezione-premio in fisica che si tiene una volta all'anno alla Royal Society di Londra. Le lezioni furono istituite da Henry Baker, e la prima si tenne nel 1775. Henry Baker era un naturalista e divulgatore, insegnante dei sordi, scrisse “Il microscopio reso facile”, ed era soprannominato “il filosofo delle piccole cose”. Lasciò una somma affinché si tenessero annualmente delle lezioni, di storia naturale o filosofia sperimentale.

Young tenne tre lezioni Bakeriane, nel 1800, 1801 e 1803, tutte di “ottica fisica”: l'occhio, i colori, la natura ondulatoria della luce. Nella terza lezione espone i suoi “Esperimenti e calcoli di ottica fisica” sulla natura ondulatoria della luce, esperimenti che si possono con facilità ripetere, “ogni volta che splende il sole”.
Young tornerà sull'argomento nel suo monumentale libro di testo “Corso di Filosofia Naturale”, pubblicato nel 1807.

I. Dimostrazione sperimentale della legge generale dell’interferenza della luce

Nel fare alcuni esperimenti sulle frange colorate che accompagnano le ombre, ho trovato una dimostrazione così semplice e conclusiva della legge generale dell'interferenza di due porzioni di luce, legge che ho già confermato col mio lavoro, che penso sia giusto spiegare di fronte alla Royal Society, una breve esposizione dei fatti che mi sembrano così decisivi. La proposizione su cui intendo insistere al momento, è semplicemente questa, che le frange di colore sono prodotte dall'interferenza di due porzioni di luce; e penso che questa non sarà negata neanche da quelli con i maggiori preconcetti, perché è provata dagli esperimenti che sto per esporre, che possono essere ripetuti con grande facilità, ogni volta che splende il sole, e senza altro strumento al di fuori di ciò che è a disposizione di tutti.

Esperimento 1.

Ho fatto un forellino nella persiana di una finestra, e l’ho coperto con un pezzo di carta spessa, che ho forato con un ago sottile. Per maggiore comodità di osservazione, ho messo un piccolo specchio fuori dalla persiana, in una posizione tale da riflettere la luce del sole, in direzione pressoché orizzontale, sulla parete opposta, e per fare in modo che il cono di luce divergente potesse passare sopra il tavolo, su cui erano posti molti piccoli schermi di cartoncino.

Ho portato nel raggio di luce un pezzetto di carta, largo circa un trentesimo di un pollice [un millimetro], e ho osservato la sua ombra, sia sulla parete e sia su altri cartoncini posti a differenti distanze. Oltre alle frange di colore su ogni lato dell'ombra, l'ombra stessa era divisa da simili frange parallele, di dimensioni più piccole, differenti per numero, a seconda della distanza a cui veniva osservata l'ombra, ma lasciando sempre bianca la parte centrale dell'ombra.

Ora queste frange erano gli effetti congiunti delle porzioni di luce passanti su ciascun lato del pezzetto di carta, e incurvate, o più propriamente diffratte, nell'ombra. E ciò perché, disposto un piccolo schermo a pochi pollici dalla carta, in modo da ricevere uno dei due bordi dell'ombra, tutte le frange che erano state osservate in ombra sul muro scomparvero immediatamente, sebbene la luce incurvata sull'altro lato aveva potuto mantenere il suo corso, e sebbene questa luce potesse aver subito una qualunque modifica che la vicinanza dell'altro bordo della striscia di carta potesse di provocare.

Quando lo schermo interposto era lontano dalla carta sottile, si rendeva necessario immergerlo più profondamente nell’ombra, per spegnere le linee parallele; poiché qui la luce, diffratta dal bordo dell'oggetto, era entrata ulteriormente nell'ombra, nel suo cammino verso le frange.

E neppure era per mancanza di una sufficiente intensità di luce, che una delle due porzioni era incapace di produrre frange da sola; poiché, quando entrambe non venivano interrotte, le linee apparivano, anche se l'intensità era ridotta a un decimo o a un ventesimo.

Esperimento 2.

Le frange crestate descritte dall’ingegnoso e preciso GRIMALDI, offrono una variazione elegante dell'esperimento precedente, e un interessante esempio di calcolo fondato su di esso. Quando un'ombra è formata da un oggetto rettangolare, oltre alle consuete frange esterne, vi sono due o tre alternanze di colori, a partire dalla linea che biseca l'angolo, disposte su ciascun lato di esso, curve, convesse verso la bisettrice, e convergenti in una qualche misura verso di essa, mentre diventano più lontane dal punto angolare.

Anche queste frange sono l'effetto congiunto della luce che è inflessa direttamente verso l'ombra, da ciascuno dei due contorni dell'oggetto. Perché, se uno schermo è posizionato a pochi centimetri dell'oggetto, in modo da ricevere solo uno dei bordi dell'ombra, tutte le frange scompaiono.

Al contrario, se lo schermo rettangolare viene opposto all'ombra, così che possa appena ricevere l'angolo dell'ombra sulla sua estremità, le frange rimarranno inalterate.

[...]

IV. Corollari argomentati sulla natura della luce.

L'esperimento di Grimaldi, sulle frange crestate all'interno dell'ombra, insieme a molte altre sue osservazioni, ugualmente importanti, è stato lasciato senza commento da Newton. Quelli che sono attaccati alla teoria newtoniana della luce, o alle ipotesi di ottici moderni che si basano su una comprensione ancora meno ampia, farebbero bene a sforzarsi di immaginare una qualunque spiegazione per questi esperimenti, derivata dalle loro dottrine; e, se falliscono nel tentativo, ad astenersi almeno da inutili declamazioni contro un sistema che si fonda sulla precisione della sua applicazione a tutti questi fatti, e a mille altri di natura analoga.

Dagli esperimenti e calcoli che sono stati premessi, possiamo essere autorizzati a dedurre che la luce omogenea, a certe distanze uguali nella direzione del suo movimento, sia in possesso di qualità opposte, in grado di neutralizzarsi o distruggersi l'un l’altra, e di estinguere la luce dove accade loro di essere unite; che queste qualità si susseguano alternativamente in successive superfici concentriche, a distanze costanti per luce proveniente dalla stessa sorgente, e passante attraverso lo stesso mezzo.

Dall’accordo delle misure e dalla somiglianza dei fenomeni, possiamo concludere, che questi intervalli sono i medesimi di quelli prodotti dei colori dalle lamine sottili; ma questi intervalli, secondo gli esperimenti di Newton, sono più piccoli, quanto più denso è il mezzo; e, dal momento che si può presumere che il loro numero debba necessariamente rimanere costante in una data quantità di luce, ne segue naturalmente, che la luce si muove più lentamente in un corpo denso, che in un mezzo meno denso: e accettato questo, ne consegue che la rifrazione non è l'effetto di una forza attrattiva diretta al mezzo più denso.

I sostenitori dell’ipotesi corpuscolare della luce, devono considerare quale anello in questa catena di ragionamenti sia il più debole; perché, finora, non ho avanzato in questa Lezione alcuna ipotesi. Ma, dato che il suono diverge in superfici concentriche, e che i suoni musicali sono costituiti da qualità opposte, in grado di neutralizzarsi l’un l'altra, che si succedono a determinati intervalli uguali, che sono diversi a seconda della differenza della nota, siamo pienamente autorizzati a concludere, che ci debba essere qualche forte somiglianza tra la natura del suono e quella della luce.