Sapere Scienza

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Un tripudio di colori

28 Gennaio 2022 di 

In precedenti articoli ho parlato della separazione ad opera di un prisma dei colori presenti nella luce bianca (rifrazione, di cui la manifestazione più celebre si ha nell’arcobaleno) e del meccanismo con cui il sistema occhio-cervello li percepisce. I colori sono infiniti, ma il nostro sistema visivo ne distingue solo un paio di centinaia.

 

La nostra visione a colori


Non tutti gli animali hanno, come noi, una visione tricromatica, ossia basata su tre colori primari Rosso, Verde e Blu, per i quali nella retina operano tre tipi di sensori differenti, i coni, che inviano al cervello il tristimolo RVB: se miscelati in dosi opportune, i primari producono tutta la gamma del visibile.
I bovini e i cani, ad esempio, hanno una visione dicromatica perché possiedono solo due tipi di coni, un po’ come avviene negli umani che difettano dei coni sensibili al verde, una delle forme di daltonismo. I bovini, ad esempio, non vedono il rosso, con buona pace dei toreri! Gli uccelli, invece, hanno una visione più simile alla nostra, e così i pesci.

 

Come “nascono” i colori?


Mi occuperò ora di vedere i molteplici meccanismi che generano i colori nella ricca tavolozza della natura. Che si tratti di riflessione o assorbimento, tutto dipende da quale regione dello spettro a noi visibile ci viene restituita da un oggetto osservato allorché viene illuminato dalla luce bianca.
Il meccanismo più banale è quello della colorazione del mezzo – sia esso il vetro, la vernice o altro ancora – tramite opportuni pigmenti, che possono essere sintetici oppure di origine animale o vegetale. Il vetro, e così le pietre preziose, si colorano con la presenza in natura o la successiva introduzione di atomi estranei – impurezze o droganti – o all’opposto con l’assenza di alcuni atomi propri del materiale, detti vacanze – che della luce bianca assorbono determinate componenti cromatiche. Esempio: il quarzo puro, biossido di silicio SiO2, è limpido e trasparente, ma assume varie colorazioni se incorpora atomi di alluminio (quarzo fumé), o di ferro (ametista). Lo stesso vale per l’ossido di alluminio Al2O3, o corindone, che è incolore se puro, ma diventa azzurro quando contiene tracce di ferro o di titanio (zaffiro). La colorazione rossa si ha con impurezze di cromo al posto di alcuni atomi di alluminio (rubino). Lingotti di corindone puro e drogato prodotti in laboratorio, e relative gemme lavorate, sono mostrati nella foto.


 


Il vetro, essendo per lo più quarzo in forma amorfa, si presta alle più svariate colorazioni, come sa chi ama guardare le vetrate delle chiese.



L’interferenza e la diffusione


Le colorazioni iridescenti delle chiazze di benzina su una distesa d’acqua, o delle ali di certi coleotteri, o anche del piumaggio sottile di taluni uccelli, ad esempio sul collo dei piccioni, sono invece legate al processo di interferenza della luce quando attraversa film sottili. Si può osservare un’intensificazione del colore se il raggio riflesso dalla superficie frontale si trova in concordanza di fase con quello che, penetrato nello strato, viene riflesso dalla faccia posteriore e riemerge sul davanti (interferenza costruttiva); una scomparsa del colore se invece i due si sovrappongono in controfase (interferenza distruttiva).
Lo stesso meccanismo ha luogo nei film sottili di ossido che si formano su taluni metalli, quali l’alluminio e il titanio. Varie sono le applicazioni industriali e c’è chi, con tecniche controllate di ossidazione elettrolitica, ne ha fatto opere d’arte: il compianto Pietro Pedeferri mi permise di usare il suo lavoro Titaniocromia come copertina di una delle edizioni BUR Rizzoli del libro Luce colore visione, col quale mi sono proposto di rispondere alle domande che nascono di fronte all’inesauribile sorpresa di poter vedere.
Un altro importante meccanismo che dà luogo a colorazione è la diffusione della luce (nota anche come scattering). Questa è tanto più efficace quanto più piccola è la lunghezza d’onda della radiazione. Il cielo è azzurro perché le molecole dell’atmosfera diffondono questa componente assai più di quella del versante rosso, altrimenti sarebbe nero. Al tramonto, il percorso dei raggi solari che ci pervengono per via diretta è molto lungo e questo spiega perché l’azzurro scompare e prevale il rosso.
Vi sono altri meccanismi che producono colorazione. Comunque, essa ha sempre origine dalla sottrazione di talune componenti cromatiche della luce bianca, che invece le comprende tutte. Lo studio scientifico di questa tematica risale a Isaac Newton, che fu in parte preceduto da Cartesio (si veda A. Frova e M. Marenzana, Newton & Co. geni bastardi, Ed. Carocci).

Andrea Frova

Andrea Frova, nato a Venezia, già Ordinario di Fisica Generale alla Sapienza, ha fatto ricerca nel campo della luce e delle proprietà ottiche dei semiconduttori. È autore di molte pubblicazioni scientifiche nelle maggiori riviste internazionali. Ha anche scritto testi di divulgazione, saggi musicologici e libri di narrativa. Ha vinto il "Premio Galileo per la divulgazione scientifica" nel 2008 con Se l'uomo avesse le ali (Rizzoli-BUR), e il "Premio Città di Como" con il saggio storico-scientifico Newton & Co. - Geni bastardi (Carocci 2015). Il suo ultimo libro è 
Il signore della luce. Gli incredibili esperimenti del professor Michelson (Carocci, 2020).

copertina   luglio-agosto 2022

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