I colori esistono? Come fa l’occhio umano a distinguerli? Lo spettro visibile

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Quello che l’occhio umano riesce a percepire sono solo una piccola parte delle radiazioni elettromagnetiche che lo circondano: tale piccola parte viene denominata “spettro visibile“.

Spettro visibile

Lo spettro visibile è quella parte dello spettro elettromagnetico che cade tra il rosso e il violetto includendo tutti i colori percepibili dall’occhio umano che danno vita dunque al fenomeno della luce. La lunghezza d’onda della luce visibile nell’aria va indicativamente dai 390 ai 700 nm mentre le frequenze dello spettro visibile variano tra i 770 ed i 430 THz. Lunghezza d’onda e frequenza sono inversamente proporzionali. Come potete vedere dall’immagine in alto:

  • le radiazioni con lunghezza d’onda minore (e quindi frequenza maggiore) sono gli ultravioletti, i raggi X, i raggi gamma e i raggi cosmici;
  • le radiazioni con lunghezza maggiore (e frequenza minore) sono gli infrarossi, le microonde e le onde radio;
  • lo spettro visibile è compreso tra l’ultravioletto e gli infrarossi.

Tutte queste radiazioni hanno la stessa natura, sono infatti tutte composte da fotoni. Lo studio di oggetti basato sullo spettro della luce visibile che essi emettono è chiamato spettroscopia ed una delle più importanti applicazioni della spettroscopia è in campo astronomico: essa è fondamentale per l’analisi delle proprietà fisiche di corpi celesti anche lontanissimi dalla Terra.

I sette colori del prisma di Newton

Newton osservò che un raggio di luce bianca, se fatto passare attraverso un prisma di cristallo, veniva scisso in un arcobaleno di colori. Ciò è dovuto al fatto che energie con lunghezze d’onda diverse vengono rifratte in modo diverso quando attraversano “mezzi” di densità diverse e quindi con diverse propagazioni d’onda. Newton descrisse l’arcobaleno con 7 colori, di cui ora sappiamo la lunghezza d’onda e la frequenza:

Colore Frequenza Lunghezza d’onda
Violetto 668-789 THz (Terahertz) 380–450 nm (nanometri)
Indaco 631-668 THz 450–475 nm
Blu 606-631 THz 476-495 nm
Verde 526-606 THz 495–570 nm
Giallo 508-526 THz 570–590 nm
Arancione 484-508 THz 590–620 nm
Rosso 400-484 THz 620–750 nm

La luce bianca è la somma di tutti questi colori: ci appare bianca finché non viene scomposta nei 7 colori.

Come facciamo a distinguere i colori?

La luce penetra nel nostro occhio ed arriva alla retina. In essa vi sono i “fotorecettori”, cioè un tipo particolare di neuroni altamente specializzati che hanno la funzione di “tradurre” la luce che dall’esterno arriva sul fondo dell’occhio e convertirla in segnali bioelettrici, inviati alla corteccia visiva del cervello attraverso il nervo ottico. I fotorecettori sono di due tipi, bastoncelli e coni: sono quest’ultimi a farci vedere i colori. Mentre i bastoncelli si concentrano nella zona periferica della retina e sono più sensibili alla visione degli oggetti in movimento, oltre ad essere impiegati soprattutto per la visione al buio (visione “scotopica”), al contrario i coni si concentrano nella zona centrale della retina (chiamata “fovea”). Esistono almeno tre tipi diversi di coni, rispettivamente per il rosso, il verde e il blu: ognuno elabora i segnali appartenente ad una data lunghezza d’onda. Il cervello, raccogliendo gli impulsi da ogni cono, elabora una immagine intera, con ogni singolo colore.

 

I colori esistono?

No, i colori che vedete attorno a voi non esistono, almeno non nel modo in cui avete sempre creduto. In realtà i colori non sono altro che radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d’onda diverse che vengono percepiti dai fotorecettori centrali del nostro occhio (i coni della retina), trasformati in segnali elettrici, trasportati dal nervo ottico ed inviati alla corteccia corteccia visiva (che ha sede nel lobo occipitale del cervello) che si occupa di tradurli e interpretarli per fornirli alla nostra coscienza così come noi li vediamo.

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Per approfondire il percorso del segnale luminoso, leggi:

Gli oggetti non sono colorati

A questo punto, dopo aver asserito che i colori non esistono in condizione oggettiva ma sono onde elettromagnetiche a diversa lunghezza d’onda tradotti soggettivamente, ne deriva che gli oggetti, e tutto ciò che ci circonda, non sono colorati, o almeno non lo sono nel modo in cui crediamo noi. Per capire questo concetto, dobbiamo capire perché vediamo oggetti diversi con un dato colore e non con un altro.

Come abbiamo visto prima, la luce bianca ci appare bianca perché è la somma di tutte le lunghezze d’onda visibili. Ma cosa succede quando una luce bianca (il sole) colpisce un oggetto? In questo caso:

  • una luce proiettata su un oggetto potrà essere riflessa in toto, e il nostro occhio percepirà la tonalità bianca;
  • potrà non essere riflessa per nulla, e allora percepiremo il nero;
  • potrà essere in parte riflessa ed in parte assorbita: la luce riflessa sarà quella che ci farà percepire un dato colore piuttosto che un altro.

Facciamo un esempio pratico: la luce colpisce un oggetto e:

  • la lunghezza d’onda appartenente al violetto viene assorbita dalla superficie dell’oggetto;
  • la lunghezza d’onda appartenente all’indaco viene assorbita dalla superficie dell’oggetto;
  • la lunghezza d’onda appartenente al blu viene assorbita dalla superficie dell’oggetto;
  • la lunghezza d’onda appartenente al verde viene assorbita dalla superficie dell’oggetto;
  • la lunghezza d’onda appartenente al giallo viene assorbita dalla superficie dell’oggetto;
  • la lunghezza d’onda appartenente al arancione viene assorbita dalla superficie dell’oggetto;
  • la lunghezza d’onda appartenente al ROSSO viene RIFLESSA dalla superficie dell’oggetto, arrivando al nostro occhio.

In questo caso l’oggetto ci apparirà rosso perché “è il colore che l’oggetto avrà rifiutato e respinto” facendolo arrivare a noi. Guardate gli oggetti che avete attorno: nulla è realmente “colorato”: avete attorno solo oggetti capaci di assorbire alcune onde elettromagnetiche e rifletterne altri. Se il cervello di un ipotetico alieno ad esempio fosse organizzato in modo tale da interpretare la lunghezza d’onda che noi vediamo rossa, come “blu”, una fragola gli apparirebbe blu, non rossa. E’ importante infine sottolineare che gli oggetti che riflettono tutte le lunghezze d’onda appaiono bianchi, mentre quelli che assorbono tutte le lunghezze d’onda appaiono neri: è il motivo per cui una camera con le pareti bianche, a parità di luce solare, appare più luminosa di una con le pareti grigie o nere, visto che la superficie che vediamo come bianca la vediamo così perché riflette tutte le lunghezze d’onda, mentre quella che vediamo nera non ne riflette nessuna.

Perché i vestiti caldi tendono più caldi di quelli bianchi?

La stessa spiegazione appena data, vi è utile per capire il motivo per cui i vestiti scuri o neri tendono ad essere più caldi rispetto a quelli chiari e bianchi: le onde che compongono la luce sono energia e il bianco è il colore che respinge più radiazioni, mentre il nero è quello che le assorbe di più.

Il colore è soggettivo: non è uguale per tutti

Il colore, quindi, è una grandezza psicofisica e soggettiva, che dipende in gran parte dall’interpretazione finale della corteccia cerebrale di ognuno di noi: la nostra traduzione/visione di una determinata frequenza non è esattamente la stessa percepita da un’altra persona. Se non vi sono problemi legati al daltonismo, è facile tra due persone essere d’accordo sui colori “forti“: un blu, un rosso o un giallo, ad esempio, saranno ben distinti e catalogati come “blu, rosso o giallo” anche da due persone diverse, ma cosa succede se ci troviamo di fronte a colori intermedi? Ad esempio alcuni considereranno azzurro l’acquamarina mentre altri diranno che è verde. Stessa cosa può succedere col giallo limone (alcuni diranno giallo, altri verde), o con l’indaco (alcuni diranno blu, altri violetto) o con colori scuri come il granata (rosso scuro per alcuni, marrone per altri). Bisogna comunque sottolineare che spesso la mancanza di riconoscibilità è data dalla nostra ignoranza sui nomi dei colori: chiedete all’uomo medio di distinguere tra rosa, fucsia, ametista, viola, glicine, zucchero filato, iris, lillà, porpora, violetto di Borgogna, malva, malva opera, prugna, lavanda, rosa shocking, corallo, rosso carminio, cremisi, incarnato, terra cotta, bordeaux, orchidea… li chiamerà probabilmente tutti “rosa” o “viola”! Però, in molti casi, più il colore è intermedio tra due colori primari o secondari (i più facili da distinguere), più le differenze tra una corteccia visiva e l’altra si faranno sentire ed ognuno interpreterà un dato colore in modo diverso non perché non conosce il nome specifico del colore, ma proprio perché il suo cervello lo interpreta in modo diverso o perché non è particolarmente allenato a distinguere quella data gradazione di colore.

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