La parola “radiante” deriva dalla parola “raggio”, che si pensa sia un pacchetto di energia, che fluisce in moto rettilineo da una sorgente a un bersaglio. Il termine “potenza radiante” si riferisce all’energia media, sostenibile, elettromagnetica (EM) ricevuta da una fonte, naturale o artificiale, nel tempo. Maggiore è la durata dell’esposizione alle radiazioni, o energia radiante, maggiore è la potenza radiante prodotta. L’energia radiante può essere impiegata solo se la sua sorgente, modalità di trasmissione e bersaglio, solitamente un rivelatore o una centrale elettrica, sono stabili e sostenibili per un determinato periodo di tempo.
Le tre parti della distribuzione dell’energia radiante — la sorgente, la trasmissione e il bersaglio — possono essere illustrate in un sistema naturale. Ad esempio, la potenza radiante dei fotoni del sole viene trasmessa alla Terra e può colpire bersagli naturali come le foglie degli alberi. Inizia il processo di fotosintesi, l’anidride carbonica viene convertita in glucosio e l’albero sviluppa un deposito di energia chimica.
L’energia EM in entrata può essere trasformata sul bersaglio anche in altre forme di energia utilizzabile. Comuni, abitazioni e aziende utilizzano processi per sfruttare l’energia proveniente da varie fonti di energia radiante. Questo viene fatto principalmente per produrre elettricità.
Il sole è la fonte di radiazione EM più vicina alla Terra, distribuendo un’ampia gamma di pacchetti di energia, chiamati quanti, che oscillano a varie frequenze. Più velocemente oscillano i pacchetti, maggiore è la quantità di potenza radiante che trasmettono. Il decadimento atomico, a causa della debole forza nucleare, e le violente interazioni atomiche nell’evoluzione delle stelle producono l’intero spettro di potenza radiativa. I rivelatori utilizzati dagli astronomi per visualizzare l’universo utilizzano l’intero spettro di frequenze EM, ma gli esseri umani, che possono rilevare naturalmente le radiazioni solo nello spettro luminoso, hanno inventato tecnologie per identificare e sfruttare le frequenze delle onde radio a bassa energia, delle microonde e delle onde infrarosse ai raggi X ad alta energia.
Poiché la materia arriva in pacchetti più piccoli e più energetici, si trasmette nello spazio interposto in modo tale che se si cercasse di trovarne la posizione, si potrebbe osservarla solo statisticamente. Secondo gli esperimenti, a circa le dimensioni di un atomo di idrogeno, i pacchetti di energia diventano non locali. Cioè, le loro posizioni possono essere determinate solo come distribuzioni statistiche, la probabilità che il pacchetto di energia venga campionato in un luogo o in un momento specifico.
Gli esseri umani creano centrali elettriche artificiali per catturare l’energia radiante da utilizzare in diversi modi. L’energia del sole riscalda un corpo nero, emettendo onde infrarosse, agitando e riscaldando molecole d’acqua per l’uso in casa e nell’industria. Quando le onde luminose sono impostate in fase, funzionano come laser per concentrare la potenza su piccole aree di superficie.
Albert Einstein vinse il Premio Nobel per la Fisica nel 1921 per aver descritto l’effetto fotoelettrico che si verifica quando la luce colpisce i cavi conduttori, facendo fluire gli elettroni nel metallo; il fotovoltaico è nato da questa scoperta. Le microonde riscaldano il cibo attraverso l’interazione delle onde infrarosse radianti con le molecole del cibo. Il calcolo della quantità di insolazione solare nel tempo dà ai climatologi un’idea della potenza radiante disponibile per forzare il riscaldamento e il raffreddamento della Terra.