“Vi spiego brevemente. Pongo una candela
accesa dentro questa scatola di legno, chiusa perfettamente da tutti i lati. In
una sola faccia c’è un piccolo foro. Attraverso questo foro, che esprime la
piccolezza, vedete uscire un raggio di luce che via via si allarga assumendo la
forma di cono, evidenziato dalla polvere che vagola nell’aria. Esso, proiettato
sulla parete frontale, forma su di essa un cerchio luminoso. Man mano che
allontano la scatola, il cerchio sulla parete si fa più grande. Ecco dunque che
il cono “sposa” la grandezza con la piccolezza e quindi suppongo che relazioni
la complessità con la semplicità, la ricchezza con la povertà, la superbia con
l’umiltà”. Ecco come l’abate Pierre Gatien descrive ad Alonzo un cono di
luce, che esce dal foro praticato in una scatola con una candela accesa, impossibile
da vedere se nella stanza non ci fosse il buio (Da L’intrepido alchimista, SensoInverso Edizioni, 2014). Un gioco di luci e ombre,
effimero, intangibile, che unisce il punto infinitesimo con l’infinito. Un
gioco di luci e ombre, in cui si ha la separazione tra il visibile e
l’invisibile, tra la certezza e l’incertezza, tra la moralità e l’ingiustizia, e
che è anche origine di quella cecità morale descritta da Platone nel Mito della caverna. La luce mostra la
verità contrapposta all’ombra che, invece, cela la menzogna. Se non ci fosse il
buio, però, non potrebbe esserci la luce. Luce e buio che entrano in contesa,
così come avviene nella vita che oscilla, come in un’altalena, tra il vero e il
falso, tra la conoscenza e l’ignoranza, tra l’umiltà e la presunzione. La luce è conoscenza come si evince dal mito di Prometeo, il titano ribelle che sfidò
l’autorità divina e che rubò il fuoco,
portatore di luce e di calore, agli dei per donarlo agli uomini. Anche la Bibbia, il libro fondamentale delle tre
religioni monoteiste, l’Ebraismo, il Cristianesimo e l’Islam, nella Genesi, descrive l’origine della luce: “In principio Dio creò il cielo e la terra.
La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l’abisso e lo spirito
di Dio aleggiava sulle acque. Dio disse: Sia la luce!. E la luce fu. Dio vide che la luce era cosa buona e separò la luce
dalle tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte. E fu sera e fu
mattina. Primo giorno”. Anche
per Dante Alighieri la luce fu elemento fondamentale per descrivere sia l’Inferno,
loco d’ogne luce muto, dove c’è aere sanza stelle, e aura sanza tempo
tinta, sia il Paradiso, nel
ciel che più de la sua luce prende/ fu’ io, e vidi cose che ridire/ né
sa né può chi di là sù discende, e dove amor
… move il sole e l’altre stelle.
Jacques Loiseleux (uno dei più importanti direttori francesi della fotografia
con un’esperienza professionale accanto a registi come Jean-Luc Godard, Maurice
Pialat, Joris Ivens, Philippe Garrel), nel
suo saggio La luce e il cinema
(Lindau, 2007) descrive i principali aspetti teorici e pratici
dell'illuminazione cinematografica quali le tecniche, la strumentazione, i
differenti tipi di luce, le scelte dettate dall’ora di ripresa, e afferma che
“La luce è forse l'elemento
più importante nella realizzazione di un film. E non solo per la ragione
evidente che girare un film significa scrivere con la luce, ma soprattutto
perché essa, attraverso le sensazioni ed emozioni che suscita nello spettatore,
determina in larga misura il significato dell'immagine”. In esso riflette
nella forma la duplice funzione della luce nel cinema: da un lato la sua
necessità tecnica, dall’altro la sua essenza simbolica che diviene, in alcuni
casi, pura poesia. Il lessico adottato dall’autore, membro dell’Association
Francaise des Directeurs-photo, si fonda sul rigore di una esatta terminologia
scientifica, ma non dimentica che la
luce è anche veicolo di emozioni, concedendosi suggestive digressioni
letterarie; queste dignitose velleità rivelano il tentativo di restituire con il linguaggio lo spirito metaforico
della fotografia nella settima arte, ovvero, le sue capacità referenziali
nelle sfere emozionali, psicologiche e culturali del film.
L’illuminazione cinematografica, sia essa uniforme o
variabile, calda o fredda, naturale o artificiale, diretta o riflessa,
influisce sulla percezione dello spettatore orientandolo emotivamente e
attivamente nella visione del film e nella sua esatta comprensione e soggettiva
fruizione.
Dopo l’Anno della Luce 2015 e la
Settimana della Luce (dal 6 all’11 febbraio 2017; decorrenza che si rifà alla
fondazione della città di Singapore, detta città delle luci, avvenuta il 6
febbraio 1819 grazie a Sir Thomas Stamford Raffles), la
radiazione elettromagnetica ha anche una sua Giornata internazionale: 16
maggio 2018. Questa data, scelta
dall’Unesco, deriva dalla prima realizzazione artigianale di un laser al
cristallo di rubino, avvenuta il 16/5/1960, per merito del fisico e
ingegnere elettronico statunitense Theodore Harold Maiman (1927 – 2007) (https://www.wired.com/2008/05/dayintech-0516-2/),
che utilizzò e sviluppò la Teoria sull’emissione
stimolata di radiazioni elaborata da Albert Einstein (1917). Da questo
laser sono derivate tutte le altre applicazioni laser, di cui si darà un cenno
alla fine di questo articolo. La notizia è apparsa nel sito dell’INAF (Istituto
Nazionale di AstroFisica) il 20 novembre 2017: http://www.media.inaf.it/2017/11/20/giornata-internazionale-della-luce/.
Data
l’incommensurabile e trascendentale importanza della Luce (dal latino lux) per la vita sulla Terra in tutte le
sue svariate forme, e per tutte le attività umane, vengono di seguito riportati
alcuni cenni non esaustivi per evidenziarne alcuni aspetti essenziali.
Si sente parlare in televisione, o si ascolta alla radio, o
si legge sui giornali cartacei o su riviste specialistiche, di radiazioni
infrarosse, di radiazioni ultraviolette, di radiazioni X, e altro ancora, oppure
si osservano fenomeni luminosi come l’arcobaleno dopo un temporale o i colori
che assume il cielo all’alba o al tramonto solare.
La maggior parte della gente comune, ovviamente non avendo studiato
argomenti di tal natura, non sa che queste radiazioni fanno parte dello spettro
elettromagnetico (spettro proviene
dal latino spectrum che significa fantasma, visione, cioè qualcosa che non si vede e appare come un fantasma),
la cui importanza è fondamentale per la vita. Lo spettro elettromagnetico (v.
di seguito) è l’insieme di tutte le radiazioni elettromagnetiche (alla velocità
della luce c = 300.000 km/s) che vengono prodotte dalle oscillazioni
degli elettroni che costituiscono gli atomi negli elementi o nelle sostanze
composte, ad eccezione dei raggi gamma, che vengono prodotti nei processi di
decadimento nucleare, e dei raggi cosmici, che sono particelle energetiche
provenienti dallo spazio, e la cui origine è varia: Sole, stelle, quasar, ecc. .
Approfittando, dunque, del Giorno Internazionale della Luce, si
coglie l’occasione di descrivere da cosa derivino queste radiazioni, che
caratterizzano non solo ciò che si chiama luce
visibile. L’atomo ha un nucleo centrale attorno al quale, disposti su
livelli energetici diversi, si trovano gli elettroni. Per avere un’idea di come
sia fatto l’atomo basti pensare alla struttura di una pesca con il nocciolo al
centro, che rappresenta il nucleo, e la polpa attorno ad esso, in cui si devono
immaginare gli elettroni disposti su livelli diversi. Ad ogni livello
corrisponde un determinato valore di energia. Quando si fornisce energia ad un
atomo e questa energia corrisponde al corrispondente salto da un livello
inferiore ad uno superiore, l’elettrone assorbe questa energia e salta ad un
livello superiore. Subito dopo ritorna al livello di provenienza emettendo un fotone o quanto di energia. Il fotone ha proprietà ondulatorie con energia E = h·ν, dove h = 6,6 · 10-34 J·s è la
costante di Plack, ν la frequenza, misurata in Hz (Hertz), ed E l’energia del
fotone. La frequenza corrisponde al numero di onde che si ripetono nell’unità
di tempo e, quindi, la grandezza inversa alla frequenza è la lunghezza d’onda
λ, misurata in m (metri). Dalla relazione che lega la frequenza ν alla
lunghezza d’onda λ,
λ ·ν = c
(dove c è la velocità della luce), si evince che λ e ν sono
grandezze inversamente proporzionali. Questo vuol dire che, man mano che la frequenza
aumenta, l’energia della radiazione aumenta mentre diminuisce la lunghezza
d’onda.
La
luce solare è costituita dalle onde elettromagnetiche, le cui lunghezze d’onda λ
coprono un ampio intervallo che va dalle onde radio (λ = 102 m) ai
raggi cosmici (λ = 10-13 m), passando in senso decrescente per le
microonde, le radiazioni infrarosse (IR), la luce visibile, le radiazioni
ultraviolette (UV), le radiazioni X o Roentgen, le radiazioni gamma e, infine,
i raggi cosmici.
Spettro elettromagnetico
A
ciascuna radiazione corrisponde un’energia, che è direttamente proporzionale
alla sua frequenza, o inversamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda,
secondo la citata legge di Planck E =
hν= h·c/ λ. Ne consegue che più alta è la frequenza più elevata sarà l’energia.
Ciò significa, per esempio, che le radiazioni UV hanno un’energia maggiore
delle radiazioni IR. Tutte le radiazioni dello spettro, ad eccezione della luce
visibile, non sono percepibili dall’occhio umano, cioè sono invisibili: Lo scrittore Don Delillo nel suo libro “Rumore bianco”
scrive che i greci sapevano che
gli eventi fondamentali del mondo non possono essere visti dall’occhio umano.
Sono onde, raggi, particelle.
La
luce visibile, cioè quella che noi rileviamo con i nostri occhi, ha un ristretto
campo di lunghezze d’onda che vanno da circa 700 nm a circa 400 nm (1nm= 10-9
m), cioè dal colore rosso al colore violetto. La luce bianca è la mescolanza di
tutti i colori che la costituiscono che sono evidenziati nel cerchio cromatico
di Ostwald con le relative lunghezze d’onda:
Cerchio cromatico di Ostwald
Orbene,
dato che l’indice di rifrazione n di
un mezzo materiale, aria, acqua, vetro, ecc., è funzione della lunghezza d’onda
della radiazione incidente su di esso, ogni colore della luce bianca subisce la
rifrazione, cioè una deviazione, e si ottiene il fenomeno chiamato dispersione
della luce. Nell’immagine seguente, la luce bianca incidente sul prisma di
vetro viene dispersa nei sette colori fondamentali (rosso, arancione, giallo,
verde, blu, indaco, violetto) che hanno lunghezze d’onda decrescenti, dal rosso
(λ = 700·nm) al violetto (λ = 400 nm), ma con energia, relativa a ciascuno di
essi, crescente (la radiazione rossa ha un’energia inferiore alla radiazione
violetta):
Dispersione della luce bianca
Tale
fenomeno si verifica anche dopo un temporale. Esso è causato dalle goccioline
d’acqua rimaste in sospensione nell’aria (nebbia) che agiscono come un prisma
ed è noto come arcobaleno.
Dato che la luce è un fenomeno collegato alla composizione
atomica e dato che gli atomi sono i componenti delle molecole che costituiscono
le sostanze semplici e composte, se queste vengono sottoposte all’azione di
radiazioni elettromagnetiche se ne avrà l’assorbimento in relazione alla loro
struttura molecolare. Quindi, poiché ad una data energia corrisponde una certa
frequenza, ne deriva che le frequenze assorbite sono caratteristiche delle
molecole. La frequenza può cadere nel campo elettromagnetico del visibile,
dell’ultravioletto (UV) o in quello infrarosso (IR).
Ebbene, la sezione della Chimica
analitica che si occupa di ciò si chiama spettroscopia e gli strumenti costruiti all’uopo sono chiamati spettrometri. Circa tre anni fa, è
stato costruito e commerciato uno spettrometro tascabile, che sfrutta la
spettroscopia infrarossa IR.
Esso è in grado di rivelare la composizione chimica dei
corpi, compresi gli alimenti, collegato all’app di uno smartphone con una semplice scannerizzazione dell’alimento. A
proposito di ciò, la dott.ssa Dora Melucci, ricercatrice all’Università di
Bologna di Chimica analitica, ritiene
che è necessario che i database siano
affidabili e completi, e che la
tecnica analizza soltanto la superficie dell’oggetto e soltanto nel punto
illuminato. Questo vuol dire che se l’elemento non è omogeneo, non
sapremo nulla sul suo contenuto interno. Conseguentemente, in tal caso,
bisognerebbe scannerizzare l’alimento in più parti sempre che l’involucro che
contiene l’alimento lo consenta.
L’utilizzo
della luce solare sulla Terra avviene tramite gli organismi dotati di una
sostanza, la clorofilla, che si
trova nelle alghe, nei cianobatteri e, soprattutto, nelle foglie delle piante.
Esistono diverse strutture di clorofilla, costituite da un gruppo eterociclico,
al centro del quale c’è lo ione Mg++, a cui è legata una lunga catena lineare
idrofoba. La clorofilla a, che
assorbe la luce blu-violetta e rossa,
ha la seguente struttura:
Le
altre strutture: clorofilla b
(assorbe la luce blu e arancione), clorofilla d, clorofilla c1 e clorofilla c2
differiscono o per il peso molecolare o per un legame singolo o doppio tra gli
atomi C17-C18 nella catena o per altri gruppi funzionali.
Grazie
alla clorofilla avviene il processo
chimico, noto come fotosintesi
clorofilliana, grazie al quale e alla luce solare, per ogni sei molecole di biossido di carbonio CO2,
gas presente nell’aria, e sei
molecole di acqua H2O presente nell’organismo, si ha produzione di
una molecola di glucosio C6H12O6 e sei
molecole di ossigeno O2:
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
|
Questo
significa che i vegetali sono ottimi e fondamentali trasformatori di energia
solare (elettromagnetica) in energia chimica, tant’è che trasformano il
biossido di carbonio presente nell’atmosfera in glucosio e ossigeno, da cui
dipende la vita sulla Terra. Quindi si può asserire che la luce è vita e, dato che nel processo fotosintetico si ha una
diminuzione di entropia (grandezza che misura il grado di disordine di un
sistema fisico), si può affermare che grazie alla luce si passa da uno stato
disordinato (caos), in cui si trova un gas (biossido di carbonio) e un liquido
(acqua), ad uno stato più ordinato, qual è un solido cristallino (glucosio):
dal caos (o disordine) si passa al cosmo (dal greco kósmos che significa ordine). Grazie all’energia solare
sulla Terra, quindi, si ha una diminuzione di disordine in contrasto con
l’aumento che avviene nell’Universo. Il volume di CO2 sottratto all’atmosfera è pari al volume
di ossigeno prodotto O2. Questo
dimostra che la clorofilla permette di abbassare il tasso di biossido di
carbonio presente nell’atmosfera e sostituirlo con un pari volume di ossigeno,
gas necessario per la vita eterotrofa e, quindi, anche per la vita dell’uomo. Si
tenga conto che, a causa sia della grande quantità di energia prodotta dai
combustibili fossili (petrolio e derivati, carboni fossili, ecc.) sia del
disboscamento, si sta avendo un progressivo aumento del biossido di carbonio
nell’atmosfera con ampliamento dell’effetto
serra e dei disastri climatici, di cui questo gas, secondo i climatologi, è
uno dei principali responsabili.
L’energia solare catturata dalla fotosintesi è immensa,
dell'ordine dei 1·1014 watt, (Nealson KH, Conrad PG, Life: past, presente and future, in Philos. Trans. R. Soc.
Lond., B, Biol. Sci., vol. 354, nº 1392, 1999,
pp. 1923–39: da fonte Wikipedia) di cui l’uomo ne consuma un sesto. La
fotosintesi capta, tramite CO2, circa 1·108 tonnellate
di carbonio atmosferico all’anno e lo trasforma in biomassa.
Il laser è un dispositivo in
grado di emettere un fascio di luce con coerenza spaziale e temporale in
seguito all’amplificazione per emissione stimolata di un’onda elettromagnetica.
Sia la coerenza spaziale che quella temporale del raggio laser sono correlate
alle sue principali proprietà. Alla coerenza temporale, cioè al fatto che le
onde conservano la stessa fase nel tempo, è correlata la proprietà dei laser di
emettere fasci di radiazione in un intervallo spettrale molto stretto, quasi
monocromatico (monocromaticità). Alla coerenza spaziale, cioè al fatto che la
differenza di fase è costante fra punti distinti in una sezione trasversale del
fascio, è correlata la possibilità di avere fasci unidirezionali e collimati,
cioè paralleli anche su lunghi percorsi. I fasci laser sono focalizzabili su
aree molto piccole, anche con dimensioni dell'ordine del micrometro (un
millesimo di millimetro pari a 10−6 m), impossibili con
radiazioni non coerenti. L'emissione unidirezionale e coerente comporta la
possibilità di raggiungere un’irradianza
(che è la densità di corrente termica trasmessa per irraggiamento,
in W/m2) molto elevata. Queste proprietà permettono una vasta gamma di applicazioni.
L’irradianza, data dalla concentrazione
di una grande potenza in un'area molto piccola, infatti, permette ai laser
diverse applicazioni tecniche, quali il taglio, l’incisione e la saldatura dei
metalli, mentre la monocromaticità e coerenza li rende ottimi strumenti di
misura di distanze, spostamenti e velocità anche piccolissimi, dell'ordine del
micrometro, e anche adatti a trasportare informazioni tramite le fibre ottiche o
nello spazio libero anche per lunghe distanze come avviene nelle comunicazioni
ottiche. Inoltre, impulsi laser ultrabrevi, dell'ordine dei femtosecondi (il
femtosecondo è pari ad un milionesimo di miliardesimo di secondo pari a 10−15 s), o con intensità
elevatissima, dell'ordine dei 1018 W/cm2, sono
impiegati in diversi campi della ricerca scientifica.
Orbene, in occasione della Giornata Internazionale della Luce (IDL18), il 16 maggio 2018, Enzo Bonacci, professore di 'Matematica e Fisica' presso il Liceo Scientifico Statale "G.B. Grassi" di Latina, ha organizzato, di concerto con il Club per L'UNESCO di Latina, una serie di Conferenze nella locale Aula Magna.
Francesco Giuliano
