Riportiamo qui di seguito, con il consenso dell’autore, un breve
testo sull’importanza che la comprensione della luce e della visione
hanno avuto a partire dalla più remota antichità e fino agli sviluppi
scientifici dei nostri giorni. Una prima stesura, risalente al giugno
2014, venne spedita a un noto settimanale, che all’epoca non ritenne di
dar corso alla pubblicazione; una seconda versione, aggiornata e
integrata in riferimento al 2015 — proclamato dall’UNESCO
"Anno internazionale della Luce" — venne inviata allo stesso settimanale
nel gennaio 2015, ma anche questa non venne pubblicata. Ci atteniamo
dunque a questa seconda versione, premettendo un "riquadro", relativo alla
sua contestualizzazione, come era stato ideato e proposto all’epoca
dallo stesso autore.
IYL 2015: Anno internazionale della Luce
Nuove
prospettive nella conoscenza dei fenomeni luminosi sono state aperte in
anni recenti dai progressi tecnologici che hanno consentito di
utilizzare laser ultraveloci (capaci di generare impulsi della durata di
qualche decina di femtosecondi, cioè milionesimi di miliardesimi di
secondo) come quello realizzato nel 2014 (l’articolo è stato pubblicato
il 30 maggio sulla rivista Science) presso il Dipartimento di Fisica del
Politecnico di Milano. L’esperimento ha consentito a un gruppo di
ricercatori del CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) di studiare la
conversione della luce solare in corrente elettrica all’interno di una
cella solare organica, un dispositivo più economico ed efficiente degli
attuali pannelli solari al silicio.
Già nel settembre del 2010, utilizzando un laser dello stesso tipo e sofisticate simulazioni al computer, ricercatori dell’Università di Bologna, in collaborazione anche con colleghi di Berkeley (USA), di Oxford (UK) e di Mülheim (Germania), erano riusciti a indagare i dettagli del primo momento della percezione visiva, ricostruendo le modificazioni della rodopsina, una molecola presente nei recettori della retina, in grado di assorbire l’energia di un singolo fotone e di avviare il processo chimico che la trasforma in impulso nervoso.
I grandi progressi registrati in questi ultimi anni dalla fotonica — lo studio della propagazione dei singoli fotoni che compongono un raggio di luce — hanno indotto l’Assemblea Generale delle Nazioni Unite a proclamare il 2015 Anno internazionale della Luce e delle tecnologie basate sulla Luce (IYL 2015).
Breve storia della luce
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La curiosità dell’uomo verso la natura della luce e i tentativi di comprendere la dinamica della visione risalgono all’antichità. Sviluppandosi nel corso della Storia hanno portato a scoperte talvolta imprevedibili e sconcertanti.
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di Edoardo B. Drummond
Da
sempre, la luce e la visione sono state per gli esseri umani non solo
strumenti essenziali per la conoscenza del mondo, ma anche fenomeni
affascinanti da studiare e da comprendere in sé. La centralità della
luce nella vita umana è del resto evidenziata, nel linguaggio comune, da
espressioni quali: venire alla luce, fare luce su un argomento, essere
un luminare in questa o in quella disciplina, perdere o riacquistare il
lume della ragione; per non parlare dell’Illuminismo, il cosiddetto
"secolo dei lumi".
Stando all’incipit della Genesi, la
luce sarebbe stata creata subito dopo il cielo e la terra; la
separazione tra luce e tenebra avrebbe poi dato luogo al giorno e alla
notte, e così all’inizio del tempo. Ma luce e conoscenza hanno un
carattere ambivalente, testimoniato dal fatto che l’antagonista del dio
unico, presunto tentatore di Eva, viene nominato Lucifero, ovvero
portatore di luce. Nel mondo pagano, Lucifero era l’epiteto di diverse
divinità legate al pianeta Venere, detta stella del mattino. In una Sura
del Corano (24:35), Allah viene indicato come luce dei cieli e della
terra. Egli guida verso la propria luce chi vuole, e parla agli uomini
usando parabole, poiché conosce ogni cosa.
La luce è
quindi comunemente associata al giorno, alla veglia e al pensiero
verbale, alla conoscenza — non ultima quella scientifica — mentre il
buio sarebbe associato alla notte, al sonno, al pensiero senza
coscienza, non verbale; questa concezione semplicistica, che si può far
risalire al logos greco, non considera però che il neonato, venuto alla
luce, trascorre un anno e più nel rapporto con la madre prima di potersi
esprimere verbalmente, periodo durante il quale il suo pensiero non
potrà consistere che in affetti e immagini (come avviene nei sogni),
immagini il cui rapporto con la visione e con la luce è evidente.
Ma
cos’è esattamente la luce da un punto di vista fisico? Quel che
comunemente si intende è la luce visibile all’occhio umano, anche se
oggi noi sappiamo che esistono molte altre varietà (ovvero frequenze
diverse) di questa stessa radiazione che non sono direttamente
percepibili all’occhio, ma che possono essere rilevate mediante
opportuni strumenti; diverse specie animali (come gli insetti) sono in
grado di vedere frequenze differenti dalle nostre ma abbastanza simili
(raggi infrarossi o ultravioletti) e persino tra gli esseri umani
esistono minime variazioni. Inoltre, allo stesso tipo di radiazioni
appartengono sia le onde radio (caratterizzate da bassa frequenza e da
grande lunghezza d’onda), sia — all’altra estremità dello spettro — i
raggi x e i raggi gamma (massima frequenza e minima lunghezza d’onda).
I primi studi sui fenomeni ottici e sulla percezione visiva che ci sono pervenuti risalgono a Pitagora (VI secolo a.e.v., Ante Era Vulgaris), poi a Democrito e infine a Euclide (300 a.e.v.), che sistematizzò le conoscenze dell’epoca (oggi note come ottica geometrica) in un trattato. L’ottica geometrica venne ulteriormente perfezionata da Claudio Tolomeo (II sec.) e nel mondo islamico da Ibn Sahl e da Alhazen (X-XI sec.), le cui teorie vennero poi portate nell’occidente cristiano dal monaco polacco Vitellione (XIII sec.), e utilizzate dall’abate Francesco Maurolico (XVI sec.) per spiegare come potessero formarsi le immagini sulla retina tramite la messa a fuoco del cristallino. Nel 1604 Keplero (Johannes von Kepler) riprende il lavoro dell’abate, e lo completa nel 1610 con lo studio delle lenti. Siamo ormai in piena rivoluzione scientifica, con l’uso del cannocchiale, le ben note disavventure di Galileo con l’Inquisizione, i contributi di altri studiosi come Snell (leggi della rifrazione) e il gesuita Grimaldi (che osservò il fenomeno della diffrazione), la disputa tra teoria ondulatoria (Huygens, 1690) e quella corpuscolare (Newton, 1704) della propagazione della luce.
Diffrazione di un raggio monocromatico
Il fenomeno della diffrazione — evidenziato nel De Lumine (1665) del gesuita Francesco Maria Grimaldi — dimostra la propagazione ondulatoria della luce.
|
Nel
frattempo, del tutto indipendentemente, si studiavano altri fenomeni di
grande interesse quali l’elettricità e il magnetismo (Biot, Savart e
Ampère in Francia, Faraday in Inghilterra), finché nel 1873 lo scozzese
James Clerk Maxwell dimostrò per via teorica non solo lo stretto legame
tra le forze elettriche e quelle magnetiche, ma anche la natura
elettromagnetica della luce, confermata poi dall’osservazione
sperimentale di onde elettromagnetiche diverse dalla luce visibile
(Hertz, 1887), onde che vennero appunto denominate hertziane.
Nel
1900 Planck dimostra che la radiazione elettromagnetica deve essere
emessa ed assorbita dalla materia in quantità finite dette quanti, e
cinque anni più tardi Einstein, studiando l’effetto fotoelettrico
(l’emissione di elettroni da parte di un metallo colpito dalla luce,
ovvero trasformazione di luce in corrente elettrica), evidenzia che i
quanti di luce hanno un’esistenza fisica ben concreta (nel 1926 verranno
poi denominati fotoni); contemporaneamente, con la teoria della
relatività (1905), lo stesso Einstein smentiva l’ipotesi dell’esistenza
dell’etere, ritenuto fino allora necessario alla propagazione delle onde
elettromagnetiche. Negli anni immediatamente successivi, i quanti, le
proprietà corpuscolari e ondulatorie della radiazione verranno fusi
insieme ed estesi alle altre particelle dallo sviluppo della teoria
quantistica, permettendo di comprendere la struttura interna degli atomi
che costituiscono la materia e le loro interazioni, la trasmutazione
tra elementi (radioattività), fino a suggerire audaci teorie
sull’evoluzione delle stelle e dell’universo intero.
Le attuali conoscenze sul mondo fisico ci
consentono di affermare che la luce dovette avere un ruolo importante
fin dai primi istanti di esistenza dell’universo. Secondo l’ormai famosa
teoria cosmologica nota come Big Bang, nelle primissime frazioni di
secondo (dell’ordine di 10e-11 secondi, centesimi di miliardesimo di
secondo) l’universo era caldissimo e concentratissimo, costituito da un
plasma di particelle e antiparticelle che collidevano a velocità
prossime a quelle della luce; coppie di particelle e antiparticelle si
formavano continuamente e continuamente si annichilavano producendo
fotoni di altissima energia che di nuovo generavano altre coppie.
L’universo però si espandeva rapidamente ed espandendosi si raffreddava,
così dopo circa un milionesimo di secondo cominciarono a formarsi i
primi protoni e neutroni stabili (le particelle che oggi compongono i
nuclei atomici, ovvero la maggior parte della materia conosciuta), e
circa un secondo dopo lo stesso avvenne per gli elettroni (le particelle
più leggere che degli atomi costituiscono la parte esterna). Ci vollero
poi 379.000 anni perché cominciassero a formarsi i primi atomi (quelli
più leggeri, principalmente idrogeno), ed è a quest’epoca che risale la
radiazione cosmica di fondo che ancora ci giunge dalle profondità dello
spazio siderale, dopo aver viaggiato per più di 13 miliardi di anni. Nel
frattempo la materia così formata si addensò e aggregò per l’attrazione
gravitazionale, formò ammassi, galassie, stelle e pianeti che ebbero
ciascuno la propria evoluzione. All’interno delle stelle, enormi fornaci
nucleari, ancora si fondono atomi più semplici (idrogeno ed elio) in
atomi più complessi e pesanti, liberando nello spazio quantità immense
di energia, una parte della quale giunge a noi, sulla superficie
terrestre, soprattutto sotto forma di radiazione luminosa.
Ed è così che la luce non è fondamentale
solo per comprendere la struttura e il comportamento della materia, fino
a ricostruire l’evoluzione dell’universo, essa è essenziale anche
perché possa svilupparsi la vita. La luce emessa dal sole è la prima
fonte energetica dalla quale trae origine la catena alimentare: a
partire dalla sintesi clorofilliana che nelle piante converte la luce in
energia chimica, vengono infatti sintetizzate sostanze sempre più
complesse (amidi, aminoacidi, grassi, proteine, enzimi ecc.), i mattoni
che costituiscono tutti gli esseri viventi. Persino i carburanti
fossili, l’energia idroelettrica e quella eolica provengono in
definitiva dalla luce solare che raggiunge, o ha raggiunto in passato,
la superficie del nostro pianeta.
Arrivati
a questo punto si può fare un passo ulteriore e stabilire un nesso tra
la luce e il pensiero? Moderni studi antropologici sostengono che Homo
Sapiens si è affermato per la sua capacità di immaginare cose
materialmente inesistenti. Questa capacità sarebbe alla base del
linguaggio articolato, della scrittura, della creatività artistica e
della ricerca scientifica. Si può pensare — in accordo con la Teoria
della nascita di Massimo Fagioli (Istinto di morte e conoscenza,
1972, 2010) — che essa sia dovuta a una reazione specifica dell’essere
umano allo stimolo luminoso alla nascita? Ricordiamo che la pelle umana è
diversa da quella di ogni altro essere vivente (per esempio reagisce in
modo particolare alla luce solare producendo melanina) ed è noto che
pelle e sostanza cerebrale derivano dal medesimo foglietto embrionale,
potrebbero quindi essere entrambe portatrici di una reattività specifica
del Sapiens. Pelle e materia cerebrale, retina e stimolo luminoso,
interagendo alla nascita producono una reazione che distingue l’essere
umano da qualsiasi altra specie. Pulsione, movimento invisibile del
pensiero, fantasia? È una ricerca che apre prospettive affascinanti per
la comprensione della natura umana, permettendo di superare qualsiasi
scissione originaria — di matrice razionale o religiosa — tra realtà
fisica e realtà mentale, ma saranno antropologi e biologi a poterlo
confermare, rivelandoci in quale momento della preistoria è emersa
questa capacità e indagando le funzioni fisiologiche che ne sono alla
base.
—————
NOTA: preferiamo la notazione a.e.v. (Ante Era Vulgaris), e la sua corrispettiva e.v. (Era Vulgaris,
locuzione introdotta nel 1615 da Keplero), a quelle (a.C./d.C.) basate
sulla cronologia cristiana, perché pur essendo numericamente equivalenti
evitano di fare esplicito riferimento a una data di nascita non
significativa in altre culture, e oltretutto notoriamente infondata dal
punto di vista storico.
—————Di E.B. Drummond, il magazine Babylon Post ha pubblicato dal 2014 al 2016 diversi articoli, purtroppo non più consultabili sul sito originale; ne proponiamo qui di seguito, accanto ai link originari, una copia salvata nei nostri archivi:
• Il vuoto, il nulla teorico e poi quel silenzio della nascita umana (6/11/2014, qui)
• Uguale e diverso: dai calcoli degli antichi alla scienza della realtà umana (5/1/2015, qui)
• IYL2015: Anno della fotonica, della luce divina o di un'identità nuova a Sinistra? (11/2/2015, qui)
• Libertà, indeterminismo, pulsione (19/5/2015, qui)
• Il ritorno del Nulla (12/10/2015, qui)
• Potenza delle parole, dal peccato originale alla fantasia di sparizione (4/6/2016, qui)
• E = mc². Massa, energia e… velocità della luce al quadrato (27/11/2016, qui)
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