E luce fu?

Siamo immersi in un universo buio.

Quando all’alba sorge il sole, o quando accendiamo una lampadina elettrica o una candela di notte, i nostri dintorni si illuminano e ci rendono visibile il mondo circostante. Eppure tutto ciò avviene solo perché i nostri occhi sono sensibili alle radiazioni elettromagnetiche comprese nella gamma tra i 770 e i 430 THz (terahertz) e inviano al cervello un segnale elettrico che viene successivamente elaborato per costruire l’ambiente intorno. Le onde colpiscono le superfici che ci circondano, e ciascuna di esse riflette in modo diverso conferendo a ogni oggetto un colore, una forma e una densità “visibile” all’occhio umano, il quale ricostruisce l’ambiente sulla base della mappa dei segnali ricevuti.

Al di fuori di quel limitato spettro (denominato “spettro visibile”), non vediamo nulla.

Lo spettro elettromagnetico

Per renderci conto di quanto piccolo sia lo spettro visibile all’interno dell’intera gamma delle onde elettromagnetiche, si osservi la figura: al difuori di quella limitatissima banda, tutto è invisibile. I nostri occhi riescono a rilevare soltanto le onde elettromagnetiche di lunghezza compresa tra circa 400 e 700 nm (nanometri) e a ciascuna frequenza è associato un colore visibile. Se, ad esempio, invece di quel particolare spettro di frequenze l’occhio fosse sensibile a quelle comprese tra i 400 e i 1500 Mhz, allora la luce ci giungerebbe da tutte le antenne radio o televisive sparse sul territorio e il telefono cellulare emetterebbe raggi di luce durante una telefonata. Le nostre stanze sarebbero inondate di luce notte e giorno e le tapparelle dovrebbero essere realizzate con pesanti lastre di metallo.  Questa è la tecnica per dotare i radar, i robot o le auto a guida autonoma di una potenzialità visiva: trasmettere onde elettromagnetiche (invisibili all’occhio umano, ma sensibili ai rivelatori dei dispositivi elettronici) e valutare le riflessioni e i rimbalzi per costruire un mondo di oggetti circostanti.

Il nervo ottico

Osservando il cielo, le stelle e le galassie attraverso un telescopio, siamo portati a immaginare che ogni corpo celeste che vediamo sia una fonte di luce che estende il suo fascio tutto intorno a sé. Eppure l’universo – intrinsecamente – è buio: è l’occhio umano (e di altri esseri viventi sulla Terra) che interpreta come “luce” tutte le emissioni in quel particolare spettro di frequenze. Se fosse possibile “sintonizzare” la frequenza di ricezione dell’occhio umano su altre bande, si spegnerebbe la luce del sole (ma rimarrebbe il calore) e si accenderebbero tante altre sorgenti in corrispondenza delle specifiche bande dello spettro elettromagnetico: radio, infrarossi, raggi X, raggi Gamma, ecc.

In altri termini, se l’occhio umano fosse sensibile a frequenze diverse da quelle attuali, tutto ci apparirebbe diverso: nei colori, nella densità, nella luminosità. Ciò che chiamiamo “luce” e che riteniamo essere la sorgente che illumina la Terra e tutti i corpi dell’Universo altro non è che il risultato di una trasformazione fisica tra frequenze elettromagnetiche e sensazione visiva. Non è detto che altre forme viventi dell’Universo percepiscano l’ambiente nello stesso modo.

Alcuni tipi di vetro particolari possono risultare all’occhio umano assolutamente trasparenti e invisibili: ciò è dovuto al fatto che il materiale con cui sono realizzati non interferisce minimamente con il transito delle onde elettromagnetiche nello spettro visibile, lasciandosi attraversare senza alterarne la direzione, l’intensità o altre grandezze fisiche (es: polarizzazione).

L’occhio umano è pertanto un perfetto “ricevitore” di frequenze, sintonizzato sulla gamma che sembra essere la più conveniente per realizzare una buona visibilità degli oggetti materiali che ci circondano. Una frequenza più bassa avrebbe comportato caratteristiche diverse di riflessione e forse maggiori interferenze, con la necessità di emettere potenze superiori per avere lo stesso risultato. Mentre una frequenza più alta avrebbe rischiato che molti oggetti sarebbero risultati trasparenti perché attraversati completamente dal segnale elettromagnetico. Quindi, un perfetto equilibrio tra la scelta della banda e il risultato ottenuto.

Colori nello spettro della luce visibile

In questa trasformazione tra segnali elettromagnetici e impulsi elettrici inviati al cervello, viene realizzata una sorta di “tabella di riferimento incrociato” la quale assegna a ciascuna frequenza dello spettro visibile un determinato colore. Ad esempio, il nostro cervello assegna alla frequenza nell’intorno di 540–610 THz il colore verde: possiamo definire questa assegnazione come una convenzione “a priori” determinata dal funzionamento del sistema visivo umano, ma non come un assoluto. Non esiste in natura – in senso assoluto e deterministico – il colore verde, ma esiste la convenzione del sistema occhio-cervello umano che assegna ai corpi che emettono o riflettono le frequenze nel campo 540–610 THz il caratteristico colore verde. Il colore è la percezione visiva delle varie radiazioni elettromagnetiche comprese nel cosiddetto spettro visibile, la traduzione di un fascio di fotoni di una certa lunghezza d’onda in un una particolare caratteristica cromatica.

Pertanto, il cervello umano è capace di trasformare le onde elettromagnetiche in segnali luminosi colorati per rendere visibile l’ambiente circostante. Nell’ultimo secolo – e in particolare negli ultimi 50 anni – l’uomo ha saputo anche estendere la sua visione oltre il limitato spettro visibile di cui lo ha dotato la natura. Con l’ausilio della tecnologia, infatti, siamo ora in grado di accedere a immagini nel campo dell’infrarosso anche in completa assenza di radiazioni visibili: i visori notturni effettuano una traslazione delle onde infrarosse in segnali visibili in grado di impressionare l’occhio umano e speciali torce possono emettere radiazioni infrarosse (invisibili all’occhio) che “illuminano” la scena buia. Il limite superiore dello spettro visibile viene poi superato con le radiazioni nel campo dei raggi X, attraverso le quali siamo in grado di costruire immagini visibili (radiografie, TAC, RM. ecc.) altrimenti non accessibili all’occhio umano.

L’intero pianeta si è evoluto nel corso delle ere geologiche mantenendo come una delle costanti necessarie alla vita il piccolissimo spettro compreso fra i 770 e 430 THz. Per quasi la totalità delle forme viventi sulla Terra (animali e vegetali) la luce è sorgente fondamentale per l’esistenza: è come se il pianeta, durante la sua evoluzione, si sia “sintonizzato” su queste frequenze, consentendo lo sviluppo solo alle forme di vita sensibili a quelle lunghezze d’onda.

Le onde elettromagnetiche di per sé non generano luce, lo stesso fotone (storicamente denominato “quanto di luce”) non brilla di luce propria. È possibile quindi sostenere che la luce non esiste finché un’onda compresa in quella limitatissima gamma dello spettro elettromagnetico non giunge a un occhio e a un cervello capaci di trasformarla in un segnale visivo.

Il cosmo è buio, finché non giunge l’uomo ad osservarlo.

7 pensieri riguardo “E luce fu?

  • 28 Ottobre 2019 in 11:27
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    Articolo veramente interessante e di piacevole lettura; le informazioni in esso contenute, e così ben illustrate, sono un prezioso aiuto per una migliore conoscenza e comprensione della realtà in cui siamo immersi.

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  • 28 Ottobre 2019 in 11:41
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    molto interessante. Dovrò parlare della ‘luce cosmica nei Veda’ ad un prossimo convegno ma l’aspetto scientifico mi sarà utile per i confronti.

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  • 28 Ottobre 2019 in 23:57
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    Certo, interessante il paradosso che estende alla LUCE la ‘quantizzazione’ epistemologica.
    In tale ‘dottrina’ crolla il 90% della Poesia, e forse anche della Filosofia di tutti i tempi, almeno quella indoeuropea – ma non quella mesoamericana né la cinese. Il Tao non ha bisogno della LUCE.
    Ma la Poesia e il suo Respiro non hanno bisogno di tale dottrina della quantizzazione epistemologica.

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  • 29 Ottobre 2019 in 10:18
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    Molto interessante e condivisibile. Potremo aggiungere che, con la sua intelligenza, l’Homo sapiens rappresenta l’occhio col quale Universo guarda se stesso. Vorrei ricordare che le lunghezze d’onda del visibile non sono determinate a caso ma rappresentano il picco dell’intensita’ luminosa del Sole. In particolare la lunghezza d’onda del colore giallo il che rende particolarmente gradevole la luce calda. Cordiali saluti

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  • 30 Ottobre 2019 in 20:45
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    Caro Fabio non sapevo che sei pure un fine divulgatore scientifico.
    Bellissimo articolo! Grazie

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    • 30 Ottobre 2019 in 20:58
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      Ciao Mario! Assecondo una passione…
      Grazie!

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