Unprisma separa perrifrazione laluce nei colori che compongono lo spettro visibile (esperimento diNewton)
Infisica, lospettro visibile è la parte dellospettro elettromagnetico percepibile dall'occhio umano, chiamataluce visibile o semplicemente luce. Lalunghezza d'onda della radiazione visibile nell'aria è indicativamente e mediamente valutabile da circa 750 a 380nm, corrispondenti rispettivamente alla luce rossa e alla luce violetta. Tuttavia, in condizioni ottimali eccezionali, la percezione visiva umana può estendersi da 1100 nm (infrarosso) a 310 nm (ultravioletto).
Questi limiti non sono definiti in modo netto, ma possono variare da individuo a individuo. Inoltre, le lunghezze d'onda corrispondenti in altri mezzi di trasmissione della luce (come l'acqua o ilvetro), diminuiscono proporzionalmente rispetto all'indice di rifrazione. La percezione di tutti i colori della luce visibile, tra ilrosso e ilvioletto, risulta evidente quando laradiazione solare vienedispersa da unprisma o dal fenomeno dell'arcobaleno.
L'occhio umano presenta una sensibilità massima, per la visione diurna (fotopica ), attorno alla lunghezza d'onda di 555 nm (frequenza di 540 THz),[1][2] corrispondente a un colore descritto come verde brillante o gialloverde; per la visione notturna (scotopica ), la sensibilità massima si sposta intorno ai 507 nm (590 THz), coincidente a un colore verde-ciano (che però di notte non viene percepito, dato che lavisione scotopica è monocromatica).
I primi studi sullo spettro visibile furono condotti daIsaac Newton, nel suo trattato intitolatoOpticks, e daGoethe, nel saggioLa teoria dei colori, benché osservazioni precedenti furono eseguite in questo senso daRuggero Bacone, quattro secoli prima di Newton.
Newton per primo usò il terminespettro (dallatinospectrum, con il significato di "apparenza" o "apparizione"), in una stampa del 1671, dove descriveva i suoiesperimenti diottica. Egli osservò che quando un raggio di luce colpiva una superficie di unprisma divetro con un certo angolo, una parte del raggio venivariflessa, mentre la parte restante attraversava il prisma e ne usciva scomposta in bande colorate. Newton ipotizzò che la luce fosse composta daparticelle di differenti colori, e che ogni colore viaggiasse con una propria velocità, compresa tra quella del rosso (il più veloce) e quella del violetto (il più lento). Ne conseguiva che ciascun colore subiva larifrazione in maniera diversa, cambiando traiettoria e separandosi dagli altri.
Newton divise così lo spettro in sette diversi colori:rosso,arancione,giallo,verde,blu,indaco evioletto. La scelta di sette colori non poggiava su basi scientifiche, ma filosofiche, in particolare sulla teoriaesoterica della connessione tra colori, note musicali (sette), pianeti (allora erano ritenuti essere sette) e giorni della settimana (sempre sette)[3][4]. L'occhio umano d'altra parte riesce solo con difficoltà a distinguere l'indaco dal blu e dal violetto, fatto che ha spinto molti a ritenere di dover eliminarlo dal novero dei colori dello spettro.
Spettro luminoso: distanziando progressivamente il prisma, i due poli del colore tendono a congiungersi nelverdeSpettro oscuro: distanziando il prisma, i due poli del colore tendono a congiungersi nelmagenta (oporpora)
Johann Wolfgang von Goethe contestò invece le conclusioni di Newton, attribuendo alprisma la scomposizione della luce nei differenti colori dell'iride, e proponendo una descrizione qualitativa del fenomeno:[5] i colori non sono contenuti nelbianco, ma nascono dall'interazione dellaluce colbuio, cioè da oppostepolarità. Goethe sperimentò infatti che non basta far passare un raggio di luce bianca attraverso un prisma per ottenere i colori, ma che questi diventano visibili solo lungo i bordi di una striscia o una macchia di colore nero, che sia stata precedentemente tracciata sulla parete oggetto dell'osservazione, o sulla quale viene proiettato il raggio.[6] In tal modo si ottengono due tipi di spettro:
quello luminoso, quando ilbianco della luce, proiettato a distanza attraverso il prisma, produce un raggio i cui bordi si uniscono progressivamente a formare ilverde;
e quello oscuro, non tenuto in considerazione da Newton, che si osserva guardando attraverso il prisma una striscianera, i cui bordi si uniranno progressivamente a formare ilporpora man mano che ci si allontana dalla parete.[5]
Anche il filosofo idealistaGeorg Wilhelm Friedrich Hegel, schierandosi dalla parte di Goethe, sottolineò come il prisma non sia uno strumento neutro, ma sia la causa dell'insorgere dei diversi offuscamenti della luce chiamati "colori", enumerati arbitrariamente da Newton come sette:
«Nella teoria dei colori il prisma era finora uno strumento essenziale ma è merito di Goethe averlo demolito. La conclusione che viene da questo fenomeno è soltanto quella che, siccome nel prisma si mostrano sette colori, questi dunque sono l'elemento originario, e la luce è costituita da essi. Questa conclusione è barbara. Il prisma è trasparente e offuscante [...] e offusca la luce secondo il modo della sua figura. [...] Ma ora si dice che il prisma non ne è la causa; ma i colori che sono contenuti nella luce, vengono poi prodotti. Sarebbe lo stesso se qualcuno volesse mostrare che l'acqua pura non è originariamente trasparente, dopo aver rimestato un secchio pieno con uno straccio immerso nell'inchiostro, e dicesse poi "vedete signori miei l'acqua non è chiara".»
(Friedrich Hegel,Filosofia della natura, lezioni del 1823-24[7])
L'onda elettromagnetica nelvuoto viaggia sempre alla medesima velocità; in presenza di altri mezzi, viaggia ad una velocità inferiore, e il rapporto tra le due velocità è dettoindice di rifrazione del mezzo. Tale indice dipende dallafrequenza dell'onda luminosa e, dal momento che la luce è composta da differenti frequenze elettromagnetiche, essa verràdispersa nel passaggio dal vuoto (o dall'aria) ad un altro mezzo. L'acqua e il vetro sono ottimi materiali per sperimentare tale fenomeno: un prisma di vetro, come si è visto prima, rende visibile lo spettro ottico mentre l'arcobaleno è l'esempio ideale della rifrazione naturale della luce nell'acqua.
Le radiazioni con lunghezza d'onda minore (e quindifrequenza maggiore) sono gliultravioletti, iraggi X e iraggi gamma; quelle con lunghezza maggiore (e frequenza minore) sono gliinfrarossi, lemicroonde e leonde radio. Tutte queste radiazioni hanno la stessa natura, sono infatti tutte composte dafotoni. Lo spettro visibile rappresenta la parte centrale dellospettro ottico che comprende anche infrarosso e ultravioletto.
Lo spettro visibile non contiene, come si può pensare,tutti i colori che l'occhio e il cervello possono distinguere: ilmarrone, ilrosa, ilmagenta, per esempio, sono assenti, in quanto si ottengono dalla sovrapposizione di diverse lunghezze d'onda.
Le lunghezze d'onda visibili occupano la cosiddetta "finestra ottica", una regione dello spettro elettromagnetico che può attraversare indisturbata l'atmosfera della Terra (benché, come è noto, il blu vengadiffuso più del rosso, dando al cielo il suo colore caratteristico). Esistono anche "finestre" per l'infrarosso vicino (NIR), medio (MIR) e lontano (FIR), ma sono al di là delle capacità umane di percezione.
Alcunespecie animali, come per esempio leapi, possono "vedere" in differenti regioni dello spettro elettromagnetico, in questo caso l'ultravioletto, per facilitare la ricerca delnettare dei fiori, i quali cercheranno quindi di attirare gliinsetti mostrandosi "invitanti" proprio a quelle lunghezze d'onda.All'altro capo dello spettro alcuni serpenti nonvedono gli infrarossi perché, pur essendo animali a sangue freddo, la lororetina sarebbe comunque più calda del corpo da vedere.Dato che un rilevatore IR deve essere più freddo della radiazione da rilevare (vedi quelli deltelescopio spaziale Hubble, raffreddati con elio liquido pur essendo nello spazio esterno), eventuali recettori IR in un occhio interno sarebberoaccecati dal sangue e dal corpo stesso del serpente, per questo l'animale ha appunto dei ricettori termici sulla pelle ai lati del cranio, nella posizione più adatta, che gli permettono di cacciare anche al buio.
I colori dell'arcobaleno nello spettro includono tutti quei colori che sono prodotti da un raggio di luce visibile, di una precisa lunghezza d'onda (raggiomonocromatico opuro).Benché lo spettro siacontinuo e non vi siano "salti" netti da un colore all'altro, si possono comunque stabilire degli intervalli approssimati per ciascun colore.[8]
Spettro dei colori con lunghezze d'onda, frequenze e tonalità associate
L'esatta posizione spettrale ha più influenza suluminanza rispetto alla cromaticità in questa banda; le cromaticità sono pressoché le stesse per queste due varianti
I moderni display a colori (presenti neimonitor dei computer o neitelevisori, per esempio) utilizzano solo ilrosso, ilverde e ilblu, che servono ad "approssimare" anche gli altri colori dello spettro. Nell'illustrazione a fianco, si possono vedere gli intervalli in cui questi tre colori vengono utilizzati.
Lo studio di oggetti basato sullo spettro della luce visibile che essi emettono è chiamatospettroscopia; un importante campo di ricerca della spettroscopia si ritrova nell'astronomia, dove essa è fondamentale per l'analisi delle proprietà fisiche dei corpi celesti. In generale, laspettroscopia astronomica utilizzareticoli di diffrazione con alto potere di dispersione, in modo da ottenere un'altissima risoluzione. Si possono rilevare in questo modo glielementi chimici che compongono il corpo celeste attraverso lelinee di emissione e diassorbimento; l'elio fu scoperto proprio attraverso l'analisi spettroscopica della luce solare. Misurando inoltre lo spostamento delle linee spettrali, si può ricavare il valore dellospostamento verso il rosso o dellospostamento verso il blu dell'oggetto.
Il primopianeta extrasolare fu scoperto analizzando tale spostamento, che era causato da variazioni di velocità della stella (influenzatagravitazionalmente dal pianeta) dell'ordine di pochi metri al secondo.
Sebbene la luce infrarossa non visibile sia più comunemente pensata come "radiazione termica",[13] qualsiasi frequenza di luce, inclusa la luce visibile, riscalderà le superfici che le assorbono. Una potente fonte di luce puramente visibile, come un laser a luce visibile, può carbonizzare la carta.
La luce visibile ad alta energia (luce HEV,High Energy Visible) (luce viola/blu, con una lunghezza d'onda di 400-450 nm)[14] ha una serie di effetti biologici, specialmente sull'occhio. Gli studi dell'Harvard Health Publishing e dell'ANSES francese hanno scoperto che l'esposizione alla luce blu ha un effetto negativo sul sonno.[15][16]
^«La conclusione di Goethe fu che, affinché il colore sorgesse, era necessario un CONFINE, un margine dove luce e oscurità potevano incontrarsi e dar luogo al colore» (Renato Troncon,Goethe e la filosofia del colore, appendice del libroGoethe - La teoria dei colori, a cura di Nereo Villa, Milano, Il Saggiatore, 1981).
^Trad. it. in Hegel,Filosofia della natura. Lezioni del 1823-1824, a cura di Marcello Del Vecchio, pp. 101-102, FrancoAngeli, 2009ISBN 9788856819304.
