Luce colore visione

Perché si vede ciò che si vede

Andrea Frova

• Publisher: BUR
• Year: 2012
• ISBN:
  9788858631584
• Topic: Scienze biologiche
• Subtopic: Scienza generale

Il mistero della luce, dei colori e della visione ha affascinato l'uomo attraverso i secoli. Fonte di vita, simbolo di intendimento, strumento di comunicazione, la luce è un fenomeno dai mille risvolti insieme attraenti e misteriosi. Questo libro si propone di rispondere alle tante domande che nascono di fronte all'inesauribile sorpresa di poter vedere. Vi si spiega che cos'è la luce, come si genera, perché si propaga anche nel vuoto, perché può apparirci bianca o colorata. Si parla dei colori della natura e dei materiali e di come il sistema occhio-cervello li percepisce, andando incontro a curiosi effetti psicologici, a illusioni ottiche e miraggi. Il libro, pur non rinunciando al rigore scientifico, si rivolge a tutti coloro che nutrono curiosità per i meccanismi della percezione e per gli eventi del vivere quotidiano. Vedere è sapere, saper vedere è sapere di più, ma soprattutto gioire di più. Questo libro ci convincerà che capire come l'uomo interagisce con il mondo esterno tramite il veicolo della luce significa salire un gradino più in alto nella scala del piacere estetico.

Dedica

A Mariapiera
che ha reso luminosa
la mia esistenza

PRESENTAZIONE

Finalmente giunge la riedizione di questo libro, già pubblicato nel 1984 da altra casa editrice e divenuto irreperibile in seguito a cessazione dell’attività della stessa. Malgrado l’elevato costo della versione originale, il testo incontrò a suo tempo notevole fortuna, divenendo un punto di riferimento per pittori, grafici, docenti e allievi di corsi d’arte. E fu apprezzato da coloro che provano curiosità per la spiegazione scientifica degli eventi riguardanti l’uomo e la sua interazione con l’ambiente, in particolare gli aspetti fisici e psicologici della percezione visiva: perché vediamo, come vediamo, come distinguiamo i colori e li interpretiamo, come li trattiamo negli impieghi industriali e artistici. E a monte di tutto ciò, qual è l’origine fisica della luce, per che motivo può apparire colorata, che cosa dà luogo alle tinte nella natura, nei materiali, negli oggetti. E poi gli effetti ottici illusori, gli inganni della psiche, i miraggi.

La presente riedizione del volume offre un testo leggermente rielaborato, con aggiornamenti e con l’aggiunta di un indispensabile indice analitico. Il libro è scritto senza fare ricorso a formule fisiche o matematiche, e i concetti scientifici vi sono trattati con un linguaggio molto semplice e accessibile anche a un pubblico privo di preparazione specifica, purché dotato di curiosità e motivazione.

L’autore sarà grato a tutti i lettori che vorranno segnalare carenze o imprecisioni: i loro suggerimenti saranno debitamente presi in considerazione in eventuali ristampe.

L’autore

Dove il mondo cessa di essere ribalta
per speranze e desideri personali,
dove noi, come esseri liberi,
lo osserviamo meravigliati, per indagarlo e contemplarlo,
là entriamo nel dominio dell’arte e della scienza.
Se esponiamo ciò che abbiamo visto e sperimentato
attraverso il linguaggio della logica, stiamo facendo scienza;
se lo rappresentiamo in forme le cui interrelazioni
non sono accessibili al nostro pensiero cosciente,
ma sono riconosciute come significative
intuitivamente, stiamo facendo arte.
Comune ad entrambe è la devozione per qualcosa
che va oltre il personale, lontano dall’arbitrario.

Albert Einstein

CHE COSA È LA LUCE IDEE VECCHIE E NUOVE

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CAPITOLO 1

INTRODUZIONE

Nascita della luce

«Fiat lux»: sia fatta la luce, così disse il padreterno una volta creati cielo e terra, prima di accingersi a formare il resto dell’universo. «Et lux facta est»: e la luce fu fatta. Dopo di che, constatato con qualche soddisfazione che la luce non era niente male, egli la separò dalle tenebre. Poi, come ci hanno raccontato, passò a creare il firmamento, le varie terre, i mari, le piante, gli animali e le altre meraviglie del cosmo. La luce, dunque, secondo la leggenda, precedette ogni altra cosa, o quasi (fig. 1). D’altra parte, è lecito pensare che anche il creatore onnipotente, se avesse dovuto lavorare al buio, si sarebbe trovato in difficoltà, data la complessità immane della macchina che si era prefisso di costruire. Quanto meno, avrebbe pestato la coda a una cometa o finito per rovesciare la Via Lattea.

Fig. 1. Particolare della «Creazione» di Michelangelo: la separazione della luce dalle tenebre. Roma, Cappella Sistina.

Questa, naturalmente, è la leggenda. Essa è stata motivo di fede per l’uomo attraverso i millenni, e fonte di ispirazione per grandi artisti. Nella realtà, sappiamo che esistono varie teorie per spiegare l’origine del mondo, ma che di nessuna possiamo essere certi. Se non altro, perché la presenza dell’uomo nella storia dell’universo risale a tempi recentissimi. Siamo proprio gli ultimi venuti. Oggi, tra gli scienziati trova il maggior credito la famosa teoria del big bang, o grande botto iniziale. Una ventina di miliardi di anni fa, poco più poco meno, tutta la materia dell’universo sarebbe stata concentrata in un solo punto, costituendo un nucleo primordiale di enorme densità: quello che si potrebbe definire una specie di uovo cosmico. L’uovo cosmico sarebbe esploso scagliando frammenti di materia tutto intorno a sé e da tali frammenti si sarebbero poi formate le stelle e le galassie. È questa un’ipotesi confermata dal fatto che l’universo, ancora oggi, appare in continua e rapida espansione, come mostrano, senza lasciare adito a dubbi, certi fenomeni osservati dagli astrofisici, come il red shift da effetto Doppler. Ma per quanto solida e credibile, la teoria del big bang va considerata pur sempre un’ipotesi, non bisogna dimenticarlo. Perché, sebbene un po’ di fantasia e di immaginazione in molti casi servano ad abbellire la vita, quando si viene a parlare di conoscenza, la nostra dignità di esseri raziocinanti ci impone di prendere per buono, in modo più o meno definitivo, solo ciò che possiamo verificare in maniera concreta e riproducibile. Ce lo ha insegnato per primo Galileo Galilei. E la nascita dell’universo è sicuramente uno di quegli esperimenti scientifici che l’uomo non sarà mai in grado di riprodurre e guardare da vicino!

Ma comunque siano andate le cose, mano del creatore, big bang o altre mirabili diavolerie, per quanto riguarda la comparsa della luce è difficile avere dubbi sul fatto che essa si sia manifestata nell’istante stesso in cui è esistita la materia, almeno quella che si presenta nelle forme a noi note. Non sarebbe facile immaginare masse di materia in fase di evoluzione, corpi che si trasformano, insomma processi fisici o chimici in atto, senza ammettere che da essi venga sprigionata energia. Né sarebbe sensato aspettarsi che tale energia si accumuli indefinitamente sul corpo che l’ha generata, invece di essere irradiata in qualche modo attraverso lo spazio circostante. Prendiamo ad esempio un semplice caso, quello di una comune lampadina a incandescenza (fig. 2). A causa del passaggio della corrente elettrica, nel filamento viene dissipata dell’energia. È il cosiddetto effetto Joule, dal nome del fisico inglese che intorno alla metà dell’Ottocento stabilì i princìpi di trasformazione dell’energia da una forma in un’altra. Se l’energia prodotta restasse sul filamento, la temperatura di quest’ultimo aumenterebbe rapidamente fino a farlo bruciare, il che avverrebbe nel giro di pochi istanti. Invece sappiamo che questo non accade. Una volta girato l’interruttore, il filamento in un attimo si scalda fino a raggiungere il cosiddetto calor bianco, ma a questo punto il processo si arresta, perché l’energia generata fluisce di pari passo all’esterno della lampadina. È appunto ciò che noi percepiamo come luce e calore. La luce è dunque una forma di energia raggiante. Ma attenzione: quest’energia, per uscire dalla lampadina, deve poter viaggiare anche attraverso il vuoto, giacché il bulbo di vetro viene sempre evacuato per proteggere il filamento dai fenomeni di ossidazione. Un discorso analogo vale per il Sole e per i corpi celesti, salvo che i processi che portano alla produzione di energia sono naturalmente di natura diversa dall’effetto Joule.

Fig. 2. Trasformazioni energetiche con emissione di luce: dalla lampadina a incandescenza a una galassia, quella di Andromeda.

Come se ne va quest’energia dal corpo che l’ha generata? Sembra logico pensare a qualche tipo di propagazione ondosa, come succede per il suono che viaggia dalla sorgente all’ascoltatore tramite un moto, appunto di tipo ondoso, delle particelle del mezzo ambiente (aria, acqua o materia solida). Ma nel caso della luce – si badi bene – c’è una fondamentale differenza: le onde luminose, a differenza di quelle sonore, devono essere capaci di propagarsi anche nel vuoto, sia esso quello della lampadina o quello dello spazio interstellare. Ebbene, onde di questo tipo in effetti esistono: sono quelle che i fisici chiamano, per la precisione, onde elettromagnetiche.

Spiegheremo meglio nel seguito cos’è un’onda elettromagnetica. Per adesso basterà dire che la luce cosiddetta visibile è appunto un particolare tipo di onda elettromagnetica. Altre specie di onde elettromagnetiche sono le onde radio, le microonde, il calore, i raggi X e i raggi ultravioletti. La luce si diversifica da queste per il fatto di essere percepita dall’occhio umano. Essa infatti è capace di stimolare, arrivando sulla retina, impulsi o segnali nervosi che vengono trasmessi al cervello. Quest’ultimo li elabora e arriva a ricostruire una perfetta e straordinaria immagine tridimensionale a colori della realtà che ci circonda. Se vogliamo, una specie di telecamera realizzata dalla natura stessa, ma quanto più complessa e affascinante di quelle che l’uomo del Duemila riesce a costruire con gli ultimi ritrovati dell’elettronica!

Come ogni altro tipo di onda elettromagnetica, la luce visibile non è altro che la testimonianza esteriore, il segno tangibile, di processi di trasformazione della materia nei quali viene liberata energia. Processi che possono essere chimici (come in una fiamma che brucia o in un fuoco d’artificio), fisici (come nel fulmine, nelle lampade, nei laser), o termonucleari (come nel Sole, dove gli atomi di idrogeno fondono insieme creando continuamente atomi di elio: è il processo di fusione nucleare) (fig. 3). Dunque, luce ed energia, ed energia e materia: aspetti inscindibili di un’unica realtà.

Fig. 3. Altre sorgenti di luce usate dall’uomo. Dalla più antica, la fiamma, alla più moderna, il laser (da «Le Scienze», n. 164).

Fascino e significato della luce

È naturale che questa presenza costante della luce in tutto ciò che vive, si evolve, si trasforma, finisca per legare ad essa l’idea di attività, di benessere, di esistenza stessa. Non è un caso che nel corso della storia il Sole, la più grande sorgente di luce naturale e di energia vitale che all’uomo è dato di osservare da vicino, sia stato spesso adorato come un dio.¹

Oggi, nell’era dei computer e delle esplorazioni spaziali, del Sole sappiamo vita, morte e miracoli. Sappiamo, per esempio, che esso è solo una minuscola capocchia di fiammifero incandescente spersa tra quella miriade di torce fiammeggianti che sono le stelle. Il senso di mistero che accompagna gli oggetti del culto si è perduto, e il concetto del soprannaturale che l’uomo porta con sé si è spostato verso divinità più astratte e meno verificabili. Eppure non sono pochi quelli che al vecchio Sole amano attribuire ancora miracolose doti curative dell’anima e del corpo. Chi di noi non prova la sensazione di sentirsi in forma dopo aver preso una buona tintarella? Luce è quindi anche sinonimo di felicità, sicurezza, fiducia. E naturalmente, per ragioni ancora più ovvie, di chiarezza, di comprensione, di intelligenza. Pensate ai tradizionali modi di dire: «la luce eterna», «far luce su un mistero», «ragionamento lucido», «mente illuminata», «personalità brillante», «volto splendente», «sorriso luminoso». E altri dello stesso genere. Così come il buio, l’oscurità, simbolizzano i concetti opposti: «le tenebre dell’inferno», «l’oscurantismo del medioevo»; e ancora: «avere un’aria cupa o un aspetto tetro», «vedere tutto nero», «avere un carattere ombroso», «ombra sulla fronte», «significato oscuro». Solo Victor Hugo espresse un concetto che sfugge a questa automatica identificazione tra luce, chiarezza e vita. Disse: «Vedo una luce nera», ma queste furono le sue ultime parole prima della morte. Un’eccezione, se vogliamo, che conferma la regola. Anche noi, forse, giunti al momento della resa suprema, preferiremo aggrapparci all’idea bizzarra di una luce nera, di una luce invisibile, piuttosto che ammettere che la vista, e con essa la vita, ci sta sfuggendo.

La luce ci infonde un confortevole senso di sicurezza perché ci permette di muoverci nell’ambiente senza timori o incertezze. Essa ci dà padronanza delle cose, rivelandocele nelle loro forme, dimensioni e colori, consentendoci di valutarne posizione, distanza e movimento. La luce, dunque, ci mette in comunicazione col mondo esterno assai più direttamente di ogni altro veicolo di informazione, quale il suono e le sensazioni tattili o olfattive. Essa è il nostro strumento di indagine e di conoscenza più ricco e completo. Nulla è più sconfortante, per usare ancora dei luoghi comuni, che muoversi alla cieca o brancolare nel buio. Lo stesso padreterno, lo abbiamo visto nella narrazione del Genesi, se ne era reso ben conto fin dal primo istante.

A parte gli usi n...

Table of contents

• Copertina
• Frontespizio
• Luce colore visione