La dispersione elettromagnetica è l’effetto fisico di un’onda elettromagnetica, come la luce o le onde radio, che colpisce un oggetto. Invece di procedere in linea retta, come fanno le onde luminose senza impedimenti, la luce si rifrange o rimbalza sulle trame microscopiche dell’oggetto. La dispersione elettromagnetica è spesso responsabile dell’aspetto del colore e ha diverse forme distinte.
Data una conoscenza sufficiente delle particelle e delle onde che si diffondono, è possibile prevedere come si diffonderà la luce. Il processo può anche funzionare al contrario, poiché l’osservazione scientifica della dispersione può fornire informazioni sull’onda in arrivo e sulle particelle che la disperdono. Lo studio della dispersione 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 diffusione elettromagnetica. La diffusione di Rayleigh si basa sugli esperimenti di uno scienziato inglese dell’inizio del XX 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 guardando il sole.
A causa della piccola dimensione delle particelle di dispersione nello scattering di Rayleigh, la forma delle particelle non è considerata significativa. I centri di diffusione più grandi sono coperti dalla teoria di Mie della diffusione elettromagnetica, dal nome del 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 la diffusione elettromagnetica attraverso foschie o nuvole.
Entrambe le soluzioni di Rayleigh e Mie sono considerate elastiche, il che significa che la diffusione delle onde non indebolisce significativamente la loro energia. Esistono anche diverse altre forme che si occupano di spostamenti di energia dovuti alla diffusione elettromagnetica, tra cui la diffusione Brillouin, Raman e Compton. Lo scattering Compton è considerato particolarmente significativo, poiché dimostra che la luce può avere proprietà sia di un’onda che di un flusso di particelle. La diffusione elettromagnetica anelastica viene utilizzata in diversi campi, tra cui l’astrofisica, la tecnologia dei raggi X e la misurazione della risposta elastica del tessuto vivente.
La diffusione elettromagnetica è, alla base, un concetto semplice, visibile nelle situazioni di tutti i giorni. Lo studio scientifico dello scattering è estremamente complesso, e anche le varie soluzioni sopra elencate non spiegano completamente gli effetti ei 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.