Che cos'è lo scattering elettromagnetico?
Lo scattering elettromagnetico è l'effetto fisico di un'onda elettromagnetica, come onde di luce o radio, che colpisce un oggetto. Invece di procedere in linea retta, come le onde luminose non impediscono, la luce si rifrange o rimbalza su trame microscopiche nell'oggetto. Lo scattering elettromagnetico è spesso responsabile dell'aspetto del colore e ha diverse forme distinte.
Data una conoscenza sufficiente delle particelle e delle onde di dispersione, è possibile prevedere in che modo la luce si disperderà. Il processo può anche funzionare al contrario, poiché l'osservazione scientifica dello scattering può fornire informazioni sull'onda in arrivo e sulle particelle che la stanno diffondendo. Lo studio dello scattering ha portato a importanti progressi in diverse aree, tra cui immagini generate al computer, radar e tecnologia medica.
Perché il cielo è blu è una domanda popolare che può essere spiegata dalla dispersione elettromagnetica. La dispersione di Rayleigh si basa sugli esperimenti di uno scienziato inglese dei primi del 20 ° secolo, John Strutt, il terzo barone di Rayleigh. Il suo lavoro è stato condotto sugli effetti di dispersione delle onde luminose su particelle più piccole delle onde in arrivo. Poiché il blu ha una lunghezza d'onda corta, è particolarmente suscettibile alla dispersione poiché rimbalza sulle particelle di gas dell'aria che circonda la Terra. Le tonalità rosse, gialle e arancioni sono lunghezze d'onda molto più lunghe, motivo per cui sono visibili nel cielo solo guardando vicino o al sole.
A causa delle piccole dimensioni delle particelle di scattering nello scattering di Rayleigh, la forma delle particelle non è considerata significativa. I centri di dispersione più grandi sono coperti dalla teoria Mie dello scattering elettromagnetico, chiamata per il fisico tedesco Gustav Mie. Mie ha determinato che i cambiamenti di colore e opacità sono determinanti per le dimensioni e la forma del centro di dispersione. Il suo lavoro è considerato particolarmente utile per comprendere lo scattering elettromagnetico attraverso i pericoli o le nuvole.
Sia le soluzioni di Rayleigh che quelle di Mie sono considerate elastiche, il che significa che la dispersione delle onde non indebolisce significativamente la loro energia. Esistono anche molte altre forme che affrontano i cambiamenti di energia dovuti allo scattering elettromagnetico, tra cui lo scattering Brillouin, Raman e Compton. La dispersione di Compton è considerata particolarmente significativa, poiché dimostra che la luce può avere proprietà sia di un'onda che di un flusso di particelle. Lo scattering elettromagnetico anelastico viene utilizzato in diversi campi, tra cui l'astrofisica, la tecnologia dei raggi X e la misurazione della risposta elastica dei tessuti viventi.
La dispersione elettromagnetica è, alla base, un concetto semplice, visibile in situazioni quotidiane. Lo studio scientifico dello scattering è estremamente complesso e anche le varie soluzioni sopra elencate non spiegano completamente gli effetti e i risultati di tutte le situazioni di scattering. Ciò che è stato scoperto ha portato a un'enorme innovazione scientifica nelle tecniche di immaginazione, oltre a farci capire finalmente esattamente perché il cielo è blu.