Perchè le braci scaldate emettono luce rossa?

Fu questa semplice ed apparentemente banale domanda a spalancare la porta del mondo dei quanti all’inizio del secolo scorso.
La radiazione di corpo nero era diventata agli inizi del 1900 un argomento “scottante” per i fisici di tutto il mondo. Tutti i corpi emettono energia e l’assorbono dal mondo circostante. Per corpi intendiamo oggetti costituiti da molti miliardi di atomi, oggetti quindi appartenenti di diritto al nostro macrocosmo.
I corpi caldi tendono, in tutte le loro parti, a raggiungere un equilibrio tra l’energia emessa e quella assorbita. Se, ad esempio, prendiamo dal frigo un uovo e lo tuffiamo in un pentolino di acqua bollente, l’uovo tenderà a scaldarsi e l’acqua del pentolino progressivamente a raffreddarsi fino a raggiungere quello che viene chiamato equilibrio termico, ovvero la temperatura dell’uovo e dell’acqua sarà diventata uguale.
La stessa cosa avviene quando siamo sdraiati in spiaggia a prendere il sole, il nostro corpo emette ed assorbe radiazioni elettromagnetiche. Assorbiamo l’energia prodotta dal Sole ed emettiamo una certa quantità di calore necessaria a mantenere la giusta temperatura interna, grazie a complessi meccanismi di regolazione del nostro organismo.
Un uomo adulto, in buona salute, alla temperatura interna di 37 gradi centigradi emette nell’ambiente circostante circa 100 watt di energia.
La radiazione emessa da un uomo, da un tostapane o da un’altro corpo ha un colore che è “l’impronta” di particolari transizioni atomiche, in altre parole è figlia della chimica.
I fuochi d’artificio, ad esempio, quando esplodono sono certamente caldi ed emettono luci che dipendono dai composti chimici dai quali sono costituiti (cloruro di bario, cloruro di stronzio, etc.) che colorano in modo diverso la volta celeste.
La radiazione elettromagnetica si comporta sempre allo stesso modo, quando tutti gli effetti cromatici dei vari atomi si mischiano e si cancellano, danno vita a quello che i fisici chiamano radiazione termica.
L’oggetto ideale che la produce è detto “corpo nero”.
Si tratta di un corpo che produce solo radiazione termica quando viene riscaldato senza che prevalga alcun colore. Questo che sembra un concetto astratto può essere applicato in natura ad oggetti molto vicini ad essere dei “corpi neri”.
Se ad esempio consideriamo la radiazione complessiva emessa dal Sole questi è di fatto un caldissimo corpo nero.
Lo stesso si puo’ dire per le braci roventi o le resistenze di un tostapane.
I fisici hanno inventato vari modi per misurare la radiazione emessa da un corpo nero a varie temperature, sia per la sua intensità che per la sua composizione cromatica.
Hanno scoperto che questa contiene sempre una misura di varie lunghezze d’onda ma che al variare della temperatura alcuni valori prevalgono di volta in volta.
Il frutto di molte precise misurazioni è il cosiddetto spettro di corpo nero. Lo studio della radiazione termica fu un importante campo di ricerca, all’epoca del tutto inedito, che uni’ due materie diverse: la termodinamica e quello della radiazione elettromagnetica.
Nessuno al momento poteva sospettare che si trattasse di indizi importanti di quello che di li a poco sarebbe diventato il mistero del secolo: le proprietà quantistiche della luce e degli atomi.