BENVENUTI SU ITALIA-LIBERA

domenica 8 febbraio 2015

Isaac Newton e la nuova teoria sulla luce e i colori

Nel 1666, anno in cui lavoravo a molare lenti di forma diversa da quella sferica, mi procurai un prisma di vetro triangolare per sperimentare i noti fenomeni dei colori.
A tale scopo, dopo aver oscurato la mia stanza e praticato un forellino in una imposta per selezionare in modo opportuno la luce solare, disposi il prisma al suo ingresso in modo che la luce si rifrangesse sulla parete opposta.


Da principio era un piacere osservare i colori così prodotti, ma dopo un po', prestando più attenzione al fenomeno, mi sorpresi di vederli disposti in forma oblunga poiché, secondo la legge della rifrazione, mi aspettavo che si disponessero in forma circolare.

Essi terminavano ai lati secondo linee rette ma verso le estremità la diminuzione della luce era cosi graduale che era difficile determinarne con esattezza i contorni; sembravano tuttavia semicircolari.
Confrontando la lunghezza dello spettro colorato con la sua larghezza trovai che essa era circa 5 volte più grande, un divario così strano che mi spinse, con curiosità sempre crescente, ad esaminarne la causa.
Sebbene dubitassi fortemente che a produrre un tale effetto influenzando la luce, fosse lospessore irregolare del vetro o la combinazione di buio e ombra, pensai ugualmente di non trascurare tali circostanze e provai così a vedere che cosa sarebbe accaduto se la luce fosse passata attraverso spessori differenti del vetro o attraverso fori della imposta di diversa grandezza o disponendo il prisma esternamente, in modo che la luce lo attraversasse e si rifrangesse primadi passare per il foro: ma nessuna di queste circostanze risultò soddisfacente. Il contorno dei colori risultava lo stesso in tutti i casi.

Allora mi venne il sospetto che i colori si dilatassero a causa di una qualche irregolarità accidentale presente nel vetro e per sperimentare ciò presi un altro prisma simile al primo e lo disposi in modo che la luce, passando attraverso ambedue, fosse rifratta in senso inverso e ricondotta dal secondo nella direzione da cui il primo l'aveva deviata.
Pensavo infatti che gli effetti del primo prisma sarebbero stati distrutti dal secondo ma che per la molteplicità delle rifrazioni sarebbero aumentati gli effetti irregolari.
Avveniva che la luce, diffusa in forma oblunga dal primo prisma, acquistava con il secondo una forma regolare, come se non avesse affatto attraversato i due prismi. Dunque, qualunque fosse la causa della lunghezza dello spettro, non era dovuta a una irregolarità casuale.


Mi misi allora ad esaminare con maggiore attenzionel'effetto della diversa incidenza dei raggi che provenivano dalle diverse parti del Sole, e a questo scopo misurai i lati e gli angoli dell'immagine. Fatte queste osservazioni e basandomi su di esse, calcolai dapprima il potere rifrattivo del vetro e, misurandolo secondo il rapporto dei seni, lo trovai di 20 a 31.
Basandomi su questo rapporto calcolai la rifrazione dei due raggi che provenivano da parti opposte del disco solare, con una differenza di 31' nell'angolo di incidenza, e trovai che i raggi uscenti avrebbero dovuto formare un angolo di 31' come prima dell'incidenza. Ma poiché questo calcolo si basava sull'ipotesi della proporzionalità dei seni [degli angoli] di incidenza e di rifrazione, ipotesi che, data la mia esperienza personale, non potevo considerare talmente erronea da trasformare un angolo di 2° 49' (come era in realtà) a soli 31', fui spinto dalla curiosità a riesaminare il mio prisma.

Postolo davanti alla imposta come avevo fatto prima, e facendolo ruotare leggermente attorno al suo asse, muovendolo alternativamente avanti e indietro in modo da variare la sua inclinazione rispetto alla luce incidente di un angolo maggiore di 4 o 5 gradi, notai che, malgrado ciò, la posizione dei colori sulla parete non subiva nessun mutamento sensibile, e che questo cambiamento d'incidenza non portava neppure un mutamento sensibile alla rifrazione.

Da questo esperimento, come dal calcolo precedente, risultava evidente che la diversa incidenza di raggi provenienti da parti diverse del sole, non permetteva che, dopo essersi incrociati, essi divergessero con un angolo sensibilmente maggiore di quello con il quale prima convergevano; ed essendo quello per lo più di circa 31' o 32' bisognava trovare quale fosse la causa che lo faceva diventare di 2° 49'.

Allora cominciai a sospettare se i raggi, dopo esser passati attraverso il prisma, non si muovessero in linee curve e in base alla maggiore o minore curvatura tendessero in zone diverse sulla parete.
E ciò accrebbe il mio sospetto quando ricordai di aver spesso veduto una palla da tennis lanciata da una racchetta obliqua, descrivere una tale linea curva, dato che il colpo imprimeva alla palla un moto circolare ed uno rettilineo ad un tempo e la parte laterale in cui il movimento era impresso premeva l'aria con più violenza in corrispondenza del colpo che altrove, suscitando una resistenza e una reazione dell'aria proporzionalmente maggiore.

Per lo stesso motivo, se è possibile che i raggi della luce siano corpi sferici e che nel passaggio da un mezzo all'altro acquistino un moto circolare, essi subirebbero una resistenza maggiore nell'etere circostante là dove i moti cospirano, per proseguire poi il loro percorso nell'altro mezzo secondo una curva.
Ma quando esaminai ciò non osservai una simile curvatura. E inoltre, e ciò bastava allo scopo,osservai che la differenza tra la lunghezza dell'immagine e il diametro del foro attraverso cui passava la luce era proporzionale alla loro distanza.

L'eliminazione graduale di questi sospetti, infine, mi condusse all'experimentum crucis, che consisteva in questo:
presi due assicelle e disposi la prima davanti al prisma, vicino alla finestra, in modo tale che la luce potesse filtrare attraverso un forellino praticato in essa e cadere sull'altra assicella che posi a circa 12 piedi di distanza e su cui pure avevo praticato un foro per far passare parte della luce incidente.
Poi posi un altro prisma dopo questa seconda assicella in modo che la luce, una volta passata per entrambe, passasse pure attraverso il secondo prisma per essere nuovamente rifratta prima di giungere alla parete.
Fatto ciò, presi in mano il primo prisma e cominciai a farlo ruotare lentamente intorno al proprio asse da una parte e dall'altra, in modo che le diverse parti dell'immagine proiettata sulla seconda assicella passassero l'una dopo l'altra per il foro presente in essa, in modo da poter vedere sulla parete in quali zone il secondo prisma la rifrangesse.
E dalla variazione di quelle zone vidi che la luce che tendeva ad una estremità dell'immagine, nella cui direzione avveniva la rifrazione del primo prisma, nel secondo prisma subiva una rifrazione molto maggiore della luce che arrivava all'estremità opposta.
Perciò, la causa vera della dilatazione dell'immagine risiedeva nel fatto che la luce è composta di raggi diversamente rifrangibili i quali, senza alcun rapporto con l'angolo di incidenza, a parità di mezzo, sono più rifratti di altri e perciò si trasmettono attraverso il prisma nelle diverse zone della opposta parete a seconda del loro particolare grado di rifrangibilità.


Dopo aver compreso questo, abbandonai gli esperimenti sulle lenti: mi resi conto, infatti, che la perfezione dei cannocchiali era limitata non tanto per la mancanza di lenti ben lavorate secondo la prescrizione degli ottici, come fino allora si pensava, quanto per il fatto che la luce stessa è un miscuglio eterogeneo di raggi diversamente rifrangibili.
Di modo che, se pure esistesse una lente lavorata con tale precisione da concentrare ogni specie di raggio in un sol punto, essa non potrebbe mai concentrare in quello stesso punto quei raggi, che pur avendo un ugual angolo di incidenza, sono disposti a subire una diversa rifrazione.
E anzi, vedendo la grandissima differenza di rifrangibilità da me riscontrata, mi stupii che i cannocchiali avessero potuto raggiungere la loro perfezione attuale.

Adesso parlerò di un'altra notevole anomalia che spiega l'origine dei colori: dapprima esporrò la teoria e poi esaminerò uno o due esempi di esperimenti fatti per poterla provare. 
  1. Si comprenderà meglio tale teoria attraverso le seguenti proposizioni: come i raggi luminosi si differenziano nel grado di rifrangibilità così si differenziano nella tendenza a mostrare questo o quel colore. I colori non sono qualità della luce dovute a rifrazioni o riflessioni sui corpi (come si crede comunemente) ma proprietà originarie e innate della luce stessa, diverse in raggi diversi. Solo alcuni raggi hanno la tendenza a mostrare il rosso, altri il giallo, altri il verde e così via. Non esistono solamente raggi associati ai colori principali ma anche tutti quelli associati alle gradazioni intermedie di colore.
  2. Allo stesso grado di rifrangibilità è associato sempre lo stesso colore e viceversa. I raggi meno rifrangibili hanno la tendenza a mostrare il colore rosso e viceversa: allo stesso modo i raggi più rifrangibili hanno la tendenza a mostrare il colore viola scuro e viceversa. Così tutti i colori intermedi hanno gradi di rifrangibilità intermedia. E questa analogia tra colori e rifrangibilità è cosi stretta che i raggi o concordano esattamente o ne differiscono proporzionalmente. 
  3. Il colore e il grado di rifrangibilità associati ad un dato raggio non si modificano né per rifrazione, né per riflessione sui corpi, né per qualunque altra causa da me osservata. Preso un dato raggio esso ha mantenuto rigorosamente il colore ad esso associato nonostante i miei tentativi per modificarlo: l'ho rifratto con il prisma, l'ho fatto riflettere su altri corpi che mostravano nella luce del giorno altri colori, l'ho intercettato in uno strato colorato d'aria racchiuso tra due lamine di vetro, l'ho fatto passare attraverso mezzi colorati e attraverso mezzi che, illuminati da raggi di diversa natura, lo intercettavano in modi diversi. Neppure una volta sono riuscito a produrre un colore diverso da quello originario. Il raggio, contraendosi o dilatandosi, diventava più o meno intenso e in certi casi, per la perdita di alcuni raggi, decisamente scuro; ma non ho mai osservato un cambiamento nel tipo di colore. 
  4. E' possibile apparentemente modificare i colori ma solo nei casi in cui ci sia una mescolanza di raggi di tipo diverso. In questo caso, infatti, non si osservano i singoli colori componenti ma questi, mescolandosi, formano un colore intermedio. Se per rifrazione o per qualche altra operazione già detta si separano i diversi raggi presenti nella mescolanza, si producono altri colori diversi da quello associato alla mescolanza stessa. Ma questi colori non sono prodotti dal nuovo: sono solo divenuti visibili per effetto della separazione e se si mescolano di nuovo tornano a comporre il colore di origine. Per questo motivo le modificazioni ottenute mescolando colori diversi non sono reali perché, separando di nuovo i raggi, essi tornano ad avere i colori di partenza. Così, ad esempio, le polveri blu e gialle mescolate insieme appaiono ad occhio nudo verdi ma la modificazione non è reale: se infatti si osserva la miscela al microscopio si continuano a vedere le particelle componenti gialle e blu del loro colore d'origine. 
  5. Esistono perciò due tipi di colore: gli uni, primari e semplici, gli altri composti. I colori primari sono il rosso, il giallo, il verde, l'azzurro e il viola insieme all'arancione, l'indaco e una varietà indefinita di gradazioni intermedie. 
  6. I colori primari si possono produrre anche per composizione. Infatti, componendo giallo e azzurro si ottiene il verde, rosso e giallo danno arancione, arancione e giallo-verde il giallo. E in generale, dalla composizione di due colori non troppo distanti nello spettro si ottiene un colore, la cui posizione è intermedia ai due colori, mentre ciò non avviene per quei colori situati a distanze maggiori. 
  7. Ad esempio, arancione e indaco non producono il verde ad essi intermedio né il rosso scarlatto e il verde possono produrre il giallo. 
  8. Ma la composizione più interessante e sorprendente è quella che produce il bianco. Non esiste alcun tipo di raggio che da solo lo possa mostrare. Esso è sempre composto e per la sua composizione sono richiesti tutti i colori prima menzionati in proporzioni dovute. Ho spesso osservato con sorpresa come, facendo riconvergere i raggi separati dal prisma, essi tornassero a mostrare una luce assolutamente bianca che si distingueva da quella solare solo se i vetri usati non erano sufficientemente puri e incolori. 
  9. Si capisce quindi perché il bianco è il colore normale della luce e che esso è un insieme confuso di raggi di ogni colore che così mescolati vengono emessi dalle diverse parti dei corpi luminosi. Se i colori componenti intervengono in giuste proporzioni, l'insieme risultante è bianco; ma se un colore predomina sugli altri la luce deve tendere a quel colore, come ad esempio succede nella fiamma azzurra dello zolfo, in quella gialla della candela e nei diversi colori delle stelle fisse. 
  10. Compresi questi fatti è chiaro il modo in cui i colori vengono prodotti dal prisma. Infatti, poiché la luce incidente è formata da raggi che differiscono per grado di rifrangibilità e, quindi, per colore, per rifrazione il fascio si divide e si disperde in una forma oblunga secondo una successione ordinata che va dal rosso scarlatto, che è il meno rifrangibile, al viola. Per lo stesso motivo gli oggetti osservati attraverso un prisma appariranno colorati. Raggi diversi per rifrazione si distribuiscono in diverse parti della retina e ciò suscita le immagini degli oggetti colorati così come formavano l'immagine del sole sulla parete e, a causa della diversa rifrangibilità, non solo essi appaiono colorati ma pure confusi e indistinti. 
  11. Di qui si comprende anche perché i colori dell'arcobaleno appaiono nelle gocce sospese di pioggia. 
  12. Gli strani fenomeni dell'infuso di Lígnum Nephriticum, delle foglioline d'oro, dei frammenti di vetro colorato e di alcuni altri corpi trasparenti che in una posizione appaiono di un colore e in un'altra di uno diverso, non sono più un enigma; infatti queste sostanze sono tali da riflettere un certo tipo di luce e da trasmetterne un'altra, come si può osservare in una stanza buia illuminandole con luce normale. Allora esse appaiono del colore con cui vengono illuminate ma in una posizione sembrano più brillanti che in un'altra a seconda che riflettano o trasmettano il colore incidente. 
  13. In questo modo si spiega anche la causa di un esperimento inatteso riferito da Hooke nellaMicrographia, realizzato con due vaschette cuneiformi trasparenti riempite una con un liquido rosso, l'altra con uno blu: non appena si ponevano l'una davanti all'altra i liquidi apparivano opachi perché una vaschetta trasmetteva solo il rosso, I'altra solo il blu cosicché attraverso entrambe non poteva passare alcun raggio. 
  14. Potrei aggiungere ancora parecchi esempi di questo tipo ma concluderò con questo generale.I colori dei corpi derivano dal fatto che i corpi sono in grado di riflettere in misura maggiore solo un certo tipo di raggi. Stando così le cose non si può più discutere se al buio i colori esistano o se essi siano qualità degli oggetti che vediamo e neppure, forse, se la luce sia un corpo. Infatti, se i colori sono qualità della luce il cui soggetto completo e immediato sono i raggi, non possiamo pensare a quei raggi come qualità a meno che una qualità possa essere soggetto di un'altra e sostenerla, ciò che in realtà è definirla proprio sostanza. 

Non riconosceremmo i corpi come sostanze se non avessero qualità sensibili e poiché abbiamo trovato che il supporto dei colori sta nella luce e non nei corpi, abbiamo una buona ragione per definirla come sostanza.
Inoltre, chi potrebbe mai pensare che la qualità sia un aggregato eterogeneo come si è scoperto per la luce? Ma non è così facile determinare più esattamente ciò che sia la luce, come si rifranga e in qual modo o azione produca nella nostra mente le immagini dei colori; ma non voglio mescolare cose incerte a cose certe.

Testo tratto da: Pavia Project Physics - http://ppp.unipv.it

0 commenti:

Posta un commento