Dedica
A Mariapiera
che ha reso luminosa
la mia esistenza
PRESENTAZIONE
Finalmente giunge la riedizione di questo libro, giĂ pubblicato nel 1984 da altra casa editrice e divenuto irreperibile in seguito a cessazione dellâattivitĂ della stessa. Malgrado lâelevato costo della versione originale, il testo incontrĂČ a suo tempo notevole fortuna, divenendo un punto di riferimento per pittori, grafici, docenti e allievi di corsi dâarte. E fu apprezzato da coloro che provano curiositĂ per la spiegazione scientifica degli eventi riguardanti lâuomo e la sua interazione con lâambiente, in particolare gli aspetti fisici e psicologici della percezione visiva: perchĂ© vediamo, come vediamo, come distinguiamo i colori e li interpretiamo, come li trattiamo negli impieghi industriali e artistici. E a monte di tutto ciĂČ, qual Ăš lâorigine fisica della luce, per che motivo puĂČ apparire colorata, che cosa dĂ 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 lâaggiunta di un indispensabile indice analitico. Il libro Ăš 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, purchĂ© dotato di curiositĂ e motivazione.
Lâautore sarĂ grato a tutti i lettori che vorranno segnalare carenze o imprecisioni: i loro suggerimenti saranno debitamente presi in considerazione in eventuali ristampe.
Lâautore
Dove il mondo cessa di essere ribalta
per speranze e desideri personali,
dove noi, come esseri liberi,
lo osserviamo meravigliati, per indagarlo e contemplarlo,
lĂ entriamo nel dominio dellâarte e della scienza.
Se esponiamo ciĂČ 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 Ăš la devozione per qualcosa
che va oltre il personale, lontano dallâarbitrario.
Albert Einstein
CHE COSA Ă LA LUCE IDEE VECCHIE E NUOVE
dp n="12" folio="12" ? dp n="13" folio="13" ? CAPITOLO 1
INTRODUZIONE
Nascita della luce
«Fiat lux»: sia fatta la luce, cosĂŹ disse il padreterno una volta creati cielo e terra, prima di accingersi a formare il resto dellâuniverso. «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 separĂČ dalle tenebre. Poi, come ci hanno raccontato, passĂČ 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). Dâaltra parte, Ăš lecito pensare che anche il creatore onnipotente, se avesse dovuto lavorare al buio, si sarebbe trovato in difficoltĂ , data la complessitĂ 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, Ăš la leggenda. Essa Ăš stata motivo di fede per lâuomo attraverso i millenni, e fonte di ispirazione per grandi artisti. Nella realtĂ , sappiamo che esistono varie teorie per spiegare lâorigine del mondo, ma che di nessuna possiamo essere certi. Se non altro, perchĂ© la presenza dellâuomo nella storia dellâuniverso 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 piĂč poco meno, tutta la materia dellâuniverso sarebbe stata concentrata in un solo punto, costituendo un nucleo primordiale di enorme densitĂ : quello che si potrebbe definire una specie di uovo cosmico. Lâuovo cosmico sarebbe esploso scagliando frammenti di materia tutto intorno a sĂ© e da tali frammenti si sarebbero poi formate le stelle e le galassie. Ă questa unâipotesi confermata dal fatto che lâuniverso, 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 unâipotesi, non bisogna dimenticarlo. PerchĂ©, sebbene un poâ di fantasia e di immaginazione in molti casi servano ad abbellire la vita, quando si viene a parlare di conoscenza, la nostra dignitĂ di esseri raziocinanti ci impone di prendere per buono, in modo piĂč o meno definitivo, solo ciĂČ che possiamo verificare in maniera concreta e riproducibile. Ce lo ha insegnato per primo Galileo Galilei. E la nascita dellâuniverso Ăš sicuramente uno di quegli esperimenti scientifici che lâuomo non sarĂ 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 Ăš difficile avere dubbi sul fatto che essa si sia manifestata nellâistante stesso in cui Ăš 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. NĂ© sarebbe sensato aspettarsi che tale energia si accumuli indefinitamente sul corpo che lâha 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 dellâenergia. Ă il cosiddetto effetto Joule, dal nome del fisico inglese che intorno alla metĂ dellâOttocento stabilĂŹ i princĂŹpi di trasformazione dellâenergia da una forma in unâaltra. Se lâenergia prodotta restasse sul filamento, la temperatura di questâultimo aumenterebbe rapidamente fino a farlo bruciare, il che avverrebbe nel giro di pochi istanti. Invece sappiamo che questo non accade. Una volta girato lâinterruttore, il filamento in un attimo si scalda fino a raggiungere il cosiddetto calor bianco, ma a questo punto il processo si arresta, perchĂ© lâenergia generata fluisce di pari passo allâesterno della lampadina. Ă appunto ciĂČ che noi percepiamo come luce e calore. La luce Ăš dunque una forma di energia raggiante. Ma attenzione: questâenergia, per uscire dalla lampadina, deve poter viaggiare anche attraverso il vuoto, giacchĂ© 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 dallâeffetto Joule.
Fig. 2. Trasformazioni energetiche con emissione di luce: dalla lampadina a incandescenza a una galassia, quella di Andromeda.
Come se ne va questâenergia dal corpo che lâha generata? Sembra logico pensare a qualche tipo di propagazione ondosa, come succede per il suono che viaggia dalla sorgente allâascoltatore tramite un moto, appunto di tipo ondoso, delle particelle del mezzo ambiente (aria, acqua o materia solida). Ma nel caso della luce â si badi bene â câĂš 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 cosâĂš unâonda elettromagnetica. Per adesso basterĂ dire che la luce cosiddetta visibile Ăš 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 dallâocchio umano. Essa infatti Ăš capace di stimolare, arrivando sulla retina, impulsi o segnali nervosi che vengono trasmessi al cervello. Questâultimo li elabora e arriva a ricostruire una perfetta e straordinaria immagine tridimensionale a colori della realtĂ che ci circonda. Se vogliamo, una specie di telecamera realizzata dalla natura stessa, ma quanto piĂč complessa e affascinante di quelle che lâuomo del Duemila riesce a costruire con gli ultimi ritrovati dellâelettronica!
Come ogni altro tipo di onda elettromagnetica, la luce visibile non Ăš 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 dâartificio), 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: Ăš il processo di fusione nucleare) (fig. 3). Dunque, luce ed energia, ed energia e materia: aspetti inscindibili di unâunica realtĂ .
Fig. 3. Altre sorgenti di luce usate dallâuomo. Dalla piĂč antica, la fiamma, alla piĂč moderna, il laser (da «Le Scienze», n. 164).
Fascino e significato della luce
Ă naturale che questa presenza costante della luce in tutto ciĂČ che vive, si evolve, si trasforma, finisca per legare ad essa lâidea di attivitĂ , di benessere, di esistenza stessa. Non Ăš un caso che nel corso della storia il Sole, la piĂč grande sorgente di luce naturale e di energia vitale che allâuomo Ăš dato di osservare da vicino, sia stato spesso adorato come un dio.1
Oggi, nellâera dei computer e delle esplorazioni spaziali, del Sole sappiamo vita, morte e miracoli. Sappiamo, per esempio, che esso Ăš 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 Ăš perduto, e il concetto del soprannaturale che lâuomo porta con sĂ© si Ăš spostato verso divinitĂ piĂč astratte e meno verificabili. Eppure non sono pochi quelli che al vecchio Sole amano attribuire ancora miracolose doti curative dellâanima e del corpo. Chi di noi non prova la sensazione di sentirsi in forma dopo aver preso una buona tintarella? Luce Ăš quindi anche sinonimo di felicitĂ , sicurezza, fiducia. E naturalmente, per ragioni ancora piĂč 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», «personalitĂ brillante», «volto splendente», «sorriso luminoso». E altri dello stesso genere. CosĂŹ come il buio, lâoscuritĂ , simbolizzano i concetti opposti: «le tenebre dellâinferno», «lâoscurantismo del medioevo»; e ancora: «avere unâaria 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. Unâeccezione, se vogliamo, che conferma la regola. Anche noi, forse, giunti al momento della resa suprema, preferiremo aggrapparci allâidea 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 perchĂ© ci permette di muoverci nellâambiente senza timori o incertezze. Essa ci dĂ 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 piĂč direttamente di ogni altro veicolo di informazione, quale il suono e le sensazioni tattili o olfattive. Essa Ăš il nostro strumento di indagine e di conoscenza piĂč ricco e completo. Nulla Ăš piĂč 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...