Viaggio intorno ai segreti del Cammino Ottico

Un strumento molto potente da maneggiare per carpire i segreti dell’ottica è il concetto di Cammino Ottico.

Anziché limitarci all’ottica geometrica, rappresentando la luce con raggi che vengono rifratti e riflessi a contatto con mezzi ottici, consideriamo la sua natura ondulatoria. tenendo presente la dualità della natura onda-particella della luce. Cosa porta delle onde a focalizzarsi in un punto anziché diffondersi uniformemente in tutte le direzioni come al solito? La luce, che viaggia più lenta nel vetro rispetto che nell’aria, viene trascinata verso dove il fronte d’onda viene rallentato maggiormente, quindi costruendo un sistema con una base di vetro più spessa che ai bordi si spinge la luce che incide sui bordi a concentrarsi verso il centro, focalizzandosi. Il numero che indica quanto la luce rallenti nell’attraversare un mezzo viene chiamato “indice di rifrazione” e varia da 1 (del vuoto e praticamente dell’aria), a 2.5 del diamante e significa che in un diamante la luce si muove 2.5 volte più lenta rispetto che nel vuoto e nell’aria.

Quindi c’è una corrispondenza fra la deviazione indicata dall’ottica geometrica, in cui l’indice di rifrazione entra in gioco nell’interfaccia fra una superficie e l’altra (come aria-vetro, per quelli imparati: la legge di Snell), e quella prevista dalla natura ondulatoria della luce. Per rappresentare questo concetto in modo efficiente si utilizza la convenzione di Cammino Ottico che misura la distanza che la luce percorrerebbe nel vuoto nello stesso tempo, ed è definita semplicemente come la moltiplicazione fra indice di rifrazione dei mezzi che la luce attraversa e lo spazio percorso nei diversi mezzi. Quindi, dato che la velocità della luce nel vuoto è costante, per definizione due percorsi con lo stesso cammino ottico vengono attraversati dalla luce nel medesimo tempo.

Per questo il Cammino Ottico uno strumento concettuale potentissimo che vi permetterà di capire i più svariati misteri dell’ottica e della fotografia in un baleno. Ad esempio un’immagine è a fuoco semplicemente quando tutti i fotoni che partono simultaneamente da un oggetto passano attraverso la lente ed arrivano sul piano focale (pellicola/sensore) nello stesso momento, in questo modo non si generano interferenze incoerenti fra le onde. In altri termini quando tutti i raggi che vanno dall’oggetto all’immagine spaziano lo stesso Cammino Ottico. Dulcis in fundo un aspetto scientifico/filosofico: il cammino ottico è un mirabile esempio di come alcuni argomenti all’apparenza complicatissimi e dipendenti dal caso specifico possano essere trattati in modo più generale e semplice, permettendo un’immediata comprensione, una volta riusciti a cambiare punto di vista mettendo da parte formalismi ingombranti.