1. L'effetto fotoelettrico:
* Osservazione: Quando la luce brilla su una superficie metallica, vengono emessi elettroni. L'energia di questi elettroni dipende dalla *frequenza *della luce, non dalla sua *intensità *. Ciò è contrario alla teoria delle onde classiche, che prevede che l'energia dell'elettrone dovrebbe dipendere dall'intensità dell'onda luminosa.
* Spiegazione: Albert Einstein ha spiegato questo proponendo che la luce sia quantizzata in pacchetti di energia chiamati fotoni. L'energia di un fotone è direttamente proporzionale alla frequenza della luce. Un elettrone assorbe l'intera energia di un singolo fotone, che è sufficiente per espellerlo dal metallo se l'energia del fotone supera la funzione di lavoro del metallo.
2. Radiazione Blackbody:
* Osservazione: Un corpo nero è un oggetto ipotetico che assorbe tutte le radiazioni elettromagnetiche che cadono su di esso. Classicamente, lo spettro del corpo nero dovrebbe avere una distribuzione di energia che aumenta senza vincoli a frequenze più elevate, portando alla "catastrofe ultravioletta". Tuttavia, sperimentalmente, lo spettro raggiunge una frequenza specifica che dipende dalla temperatura del corpo nero.
* Spiegazione: Max Planck ha spiegato con successo lo spettro osservato supponendo che l'energia della luce sia quantizzata. Ha proposto che la luce venga emessa e assorbita in pacchetti discreti, in seguito chiamati fotoni, con energia proporzionale alla frequenza.
3. Scattering Compton:
* Osservazione: Quando i raggi X sparpagliano gli elettroni, perdono energia e cambiano la lunghezza d'onda. Questa perdita di energia non può essere spiegata dallo scattering classico delle onde, che prevede solo un cambiamento nella direzione.
* Spiegazione: Questo esperimento fornisce ulteriori prove della natura delle particelle della luce. Il cambiamento nella lunghezza d'onda può essere spiegato supponendo che il fotone a raggi X si scontri con l'elettrone come due palline di biliardo, trasferendo parte della sua energia e slancio.
4. Esperimento a doppia riduzione:
* Osservazione: Mentre l'esperimento a doppia riduzione dimostra l'interferenza delle onde, mostra anche che la luce si comporta come particelle quando interagisce con il rivelatore. I singoli fotoni arrivano allo schermo in luoghi discreti, ma il modello dei fotoni nel tempo mostra un modello di interferenza.
* Spiegazione: Questo esperimento evidenzia la dualità di luce delle particelle d'onda. Anche se la luce si propaga come onda, interagisce con la materia come singole particelle (fotoni).
5. Esperimenti a fotoni singoli:
* Osservazione: Sono stati condotti esperimenti in cui un singolo fotone viene inviato attraverso una doppia fessura. Nonostante la mancanza di un altro fotone per "interferire", il fotone crea ancora un modello di interferenza sul rivelatore.
* Spiegazione: Ciò dimostra che il fotone in qualche modo "interferisce con se stesso", offuscando ulteriormente le linee tra comportamento di onde e particelle.
Queste osservazioni e esperimenti forniscono una forte evidenza che la luce presenta proprietà di onde e particelle. La descrizione delle onde classiche della luce non riesce a spiegare questi fenomeni, portando allo sviluppo della meccanica quantistica, che fornisce un quadro più completo della natura della luce.
