Per un designer, il colore non è mai una scelta estetica fine a sé stessa: è uno strumento di comunicazione che interagisce con la luce, la percezione umana e il contesto in cui verrà visto, influenzando emozioni, comportamenti e il modo in cui le persone interpretano un elemento visivo.
Comprendere la fisica della luce è importante per un designer, perché permette di capire come i colori nascono davvero, come cambiano al variare della luce e come vengono percepiti dal cervello. Significa progettare scelte cromatiche che funzionano nel mondo reale. Conoscere questi principi permette di progettare artefatti utilizzando il colore come uno strumento di comunicazione controllato e non come un elemento casuale.
In questo primo articolo della rubrica Chromologia, approfondiremo la fisica che spiega cos’è il colore e come funziona.
Indice rapido
Cos’è il colore
Partiamo dicendo che i colori non esistono. Mi spiego meglio, il colore non è una proprietà intrinseca di delle cose ma è il risultato di una interpretazione della realtà elaborata dal nostro cervello. Quindi possiamo dire che il colore è una percezione soggettiva, è una sensazione (cioè data dai sensi) che che viene restituita dal cervello e non dagli occhi.
Se vi sembra strano è normale, del resto il blu è blu per tutti, il rosso pure…Ne siete sicuri? Vi ricordate quel contenuto social sul vestito bianco e oro? O era nero e blu?
Facciamo un passo indietro e cominciamo dalla base:
Il colore è luce.
Quindi per capire cos’è il colore dobbiamo capire cos’è la luce e perché la vediamo di diversi colori?
La luce
Alla domanda cos’è la luce ci possono essere due possibili risposte:
- Risposta semplice: La luce è un “raggio” di fotoni che si propaga sotto forma di onde con una certa frequenza. In base alla frequenza possiamo vedere un colore o un altro.
- La risposta più corretta: La luce è una radiazione elettromagnetica che si propaga nello spazio come un onda con una lunghezza d’onda non inferiore a circa 400 nm e non superiore a circa 750 nm (quindi frequenze di circa 428 e 750 THz). Questo range di frequenze è comunemente detto spettro visibile.
Quindi la luce è una un’onda elettromagnetica, come quelle che sfruttiamo per il Wi-fi, per la radio della macchina, per il digitale terrestre, per il telecomando della TV, per le radiografie o per il forno a microonde. La differenza tra la luce e le altre onde elettromagnetiche è quella di avere un frequenza adatta per essere vista dai nostri occhi.
Capisco quindi che la domanda sorge spontanea, del resto è così che funziona la fisica, ad ogni risposta nascono altre domande: Cos’è una radiazione elettromagnetica e cos’è un onda elettromagnetica
La radiazione elettromagnetica
In fisica, la radiazione elettromagnetica è la propagazione nello spazio dell’energia del campo elettromagnetico. Tale propagazione avviene sotto forma di onda, in cui l’energia è distribuita in quanti chiamati fotoni.
Adesso, senza entrare nei meandri della fisica quantistica, possiamo dire che una radiazione elettromagnetica è una propagazione di “pacchetti di energia” quantizzati (fotoni).
Solo per darvi un modello intuitivo, immaginate uno specchio d’acqua: se lo sollecitiamo (ad esempio gettando un sassolino) generiamo un’onda che “sposta” l’acqua dal centro verso l’esterno. La radiazione elettromagnetica funziona in modo analogo: Possiamo immaginare il campo elettromagnetico come uno “specchio d’acqua” ideale. Una perturbazione genera un’onda che si propaga. Allo stesso modo, una sollecitazione nel campo elettromagnetico genera un’onda elettromagnetica.
Oggi sappiamo che quanto appena detto non è proprio esatto, è solo una analogia ma se volete approfondire vi consiglio questo video sul dualismo onda/particella di Kamil Laurent. Quindi, l’analogia dell’acqua non è perfetta, anche perché l’onda elettromagnetica non necessita di un mezzo “materiale”. Mentre le onde sull’acqua spostano materia, le onde elettromagnetiche no: trasportano energia e informazione.
La quantizzazione entra in gioco perché l’energia trasportata da quest’onda non è continua, ma suddivisa in pacchetti discreti chiamati fotoni. Quantizzati vuol dire che possono avere solo valori discreti, come ad esempio il codice binario dei computer che può essere o 1 o 2 e non 1,5.
Tuttavia, sappiamo tutti che lo spettro visibile ha un gradiente cromatico, lo vediamo bene nell’arcobaleno ad esempio. Questo vuol dire che non sono i fotoni ad essere colorati in base al loro valore ma è la frequenza dell’onda che determina il colore che vediamo.
A questo punto però, sorge un dubbio: Noi vediamo le onde dello stagno che si spostano ma non vediamo i raggi di luce che si muovono quando, ad esempio, accendiamo una lampadina in una stanza buia. Questo avviene grazie alla velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche.
La velocità di propagazione
La cosa veramente interessante, che è quella che ci permette di vedere le cose in tempo reale, è che siccome i fotoni non hanno massa essi si muovono nello spazio alla velocità massima possibile, quasi 300.000 km/s.
Tale velocità è talmente alta da risultare istantanea nella nostra esperienza quotidiana, tuttavia bisogna ricordare che non è infinita. Pur essendo molto veloce, un onda elettromagnetica impiega, infatti, del tempo per raggiungere i nostri occhi. Solo che questo tempo, sulla terra, è talmente piccolo da essere trascurabile ma attenzione diventa importante se consideriamo ad esempio distanze planetarie.
Solo per fare un esempio, la luce emessa dal sole impiega circa otto minuti per raggiungere la terra. Otto minuti, e parliamo della cosa più veloce dell’universo. Non esiste e non potrà esiste mai nulla di più veloce di un onda elettromagnetica che si propaga nel vuoto.
Essendo che la luce è l’onda elettromagnetica che possiamo vedere ad occhi nudi, è la prima ad esser stata misurata ed è per questo che la velocità massima raggiungibile viene chiamata velocità della luce. Come ci insegna la teoria della relatività di Einstein: la velocità della luce non può essere superata e non aumenta neanche se la sorgente che la emette è in movimento.
Mi spiego meglio: se lanciamo una pallina nel vuoto con una certa forza mentre siamo fermi, essa viaggerà a una certa velocità. Se lanciamo la stessa pallina con la stessa forza, ma mentre noi stessi siamo già in movimento nella stessa direzione, per noi la velocità apparirà la stessa, ma per un osservatore esterno la pallina risulterà più veloce (si somma la nostra velocità a quella del lancio).
Per la luce questo non accade. Se una sorgente luminosa si muove, la luce che emette non si muove più velocemente: la sua velocità resta sempre la stessa (c), indipendentemente dal moto della sorgente o dell’osservatore. Proprio perché la velocità della luce non può essere mai superata.
Adesso che abbiamo capito cos’è un onda elettromagnetica e come si comporta, cerchiamo di capire come vediamo la luce e soprattutto perché vediamo i colori?
Perché vediamo i colori
Come detto, la luce è una radiazione elettromagnetica che si propaga nello spazio sotto forma di onda. Le onde si descrivono tramite due parametri fondamentali: ampiezza e frequenza. La frequenza di un’onda è il numero di oscillazioni nell’unità di tempo; la distanza tra una “cresta” e l’altra si chiama lunghezza d’onda.
Nel caso della luce, a ogni radiazione elettromagnetica con una determinata lunghezza d’onda corrisponde una diversa sensazione cromatica. Ad esempio, le lunghezze d’onda più corte appaiono blu/viola, mentre quelle più lunghe appaiono rosse, e così via lungo tutto lo spettro visibile.
Immagine di Jira, licenza CC BY-SA 3.0.
La luce emessa dal Sole appare bianca perché contiene tutte le lunghezze d’onda dello spettro visibile (e anche altre non percepibili dall’occhio umano, come gli ultravioletti e gli infrarossi). Quando questa luce colpisce una superficie, il materiale assorbe alcune frequenze e ne riflette altre. Noi percepiamo il colore delle frequenze che vengono riflesse e raggiungono i nostri occhi.
Un sensore biologico
Nel corso di milioni di anni di evoluzione, la vita ha sviluppato un particolare tipo di sensori biologici: cellule capaci di essere stimolate da onde elettromagnetiche di specifiche frequenze. Questi sensori sono, in sostanza, gli occhi.
Ogni specie animale dotata di occhi ha sviluppato una sensibilità diversa allo spettro elettromagnetico; di conseguenza, ogni specie vede colori differenti. Alcuni animali percepiscono gli ultravioletti, altri sono sensibili a porzioni degli infrarossi, e possiamo solo immaginare come appaia il mondo attraverso i loro sistemi visivi.
Come funziona l’occhio umano
I mammiferi e in particolare l’essere umano, si sono evoluti per individuare l’acqua, distinguere la vegetazione, scrutare i predatori e, soprattutto, trovare il cibo. Al centro di questo sistema c’è la retina, il nostro sensore biologico, che contiene due tipi di cellule fotosensibili:
- Coni: responsabili della visione dei colori e dei dettagli fini; sono sensibili a tre grandi bande spettrali (lunghezze d’onda lunghe ≈ “rosso”, medie ≈ “verde”, corte ≈ “blu”).
- Bastoncelli: responsabili della sensibilità alla luce (luminanza) ma non del colore; diventano predominanti in condizioni di scarsa illuminazione.
Quando i fotoni raggiungono i coni, attivano specifici pigmenti visivi che rispondono a certe lunghezze d’onda (non a una singola “frequenza pura”, ma a intervalli di frequenze/luce). Questa attivazione innesca una cascata biochimica che si traduce in un segnale elettrico. Il segnale viene pre‑elaborato nella retina e poi inviato al cervello attraverso il nervo ottico, dove ulteriori aree visive lo trasformano nella percezione cromatica.
Conclusione
Abbiamo fatto il viaggio del colore dalla fonte al nostro cervello, abbiamo visto come il colore non è una proprietà intrinseca degli oggetti, ma il risultato dell’interazione tra luce, oggetto e osservatore. Il cervello interpreta i segnali provenienti dagli occhi e li trasforma in sensazioni cromatiche. Questo spiega fenomeni come:
- Adattamento cromatico: il cervello mantiene la percezione dei colori costante anche se la luce cambia (es. un foglio bianco appare bianco sia alla luce del sole che sotto una lampada).
- Illusioni ottiche: dimostrano che il colore è una costruzione percettiva, non una realtà assoluta.
Nel prossimo articolo di questa rubrica approfondiremo l’aspetto biologico e psicologico del colore e vedremo perché vediamo i colori e cosa succede al nostro cervello.
Altre Fonti
- Cos’è il colore – percezione e costruzione neurale
MIT – The Science of Colour and Colour Vision [dspace.mit.edu] - Cos’è la luce – spettro visibile e natura ondulatoria
Advances in Color Science: From Retina to Behavior – The journal of neuroscience [jneurosci.org] - Radiazione elettromagnetica – onde, fotoni e quantizzazione
Columbia University – How Does the Brain Turn Waves of Light Into Experiences of Color? [zuckermani…lumbia.edu] - Comportamento della luce – propagazione, fenomeni fisici generali
The mechanism of human color vision and potential implanted devices for artificial color vision – Frontiers [frontiersin.org] - Come funziona l’occhio umano – retina, coni, bastoncelli
Cornell University – The relativity of color perception [arxiv.org] - Onde elettromagnetiche – Wikipedia [wikipedia.org]
