Coloriamo il mondo **
I colori: che meraviglia! Ma cosa sono realmente? Parliamone un po’, unendo fisiologia dell’occhio, ottica fisica e pittura. Scommettiamo che troveremo informazioni poco conosciute? Senza parlare di meccanica quantistica e di origine dell'Universo, la Natura, anche quella più vicina a noi, può sempre stupire.
Da dove partiamo? Beh… direi dalla fisica, essendo questo un blog essenzialmente scientifico. In quest’ottica (mai parola è stata più adatta…), il colore si associa a una ben determinata lunghezza d’onda della luce compresa nella zona visibile dello spettro elettromagnetico. Come sappiamo, le migliori sorgenti di luce sono le stelle e qualche loro amica/o.
L’associazione colore-lunghezza d’onda si deve al prisma di rifrazione, capace di separare la luce bianca in tutte le sue componenti. In natura, un magnifico prisma è, ovviamente, la gocciolina d’acqua che genera l’arcobaleno. Sappiamo bene cosa succede all’interno di quel pezzo di vetro o di acqua. L’onda luminosa o, se preferite, il raggio luminoso incidente viene più o meno rifratto dalla sostanza che compone il prisma e all’uscita le varie lunghezze d’onda non sono più mescolate assieme, ma seguono percorsi diversi e vengono “viste” separatamente dal nostro occhio. Chi ne avesse voglia o necessità può andarsi a rileggere l' articolo sull’ottica.
Che la luce bianca sia il “miscuglio” di tutte le lunghezze d’onda della parte visibile dello spettro elettromagnetico fu scoperto da Newton (sempre lui!) attraverso il suo disco rotante, dove gli spicchi di una ruota erano stati colorati con i colori dell’iride. La rotazione rapidissima della ruota “confonde” in qualche modo l’occhio che non riesce più a percepire ogni singolo colore ed è costretto a farne una “somma”, mischiandoli assieme e ricevendo l’impressione del color bianco.
In qualche modo, l’occhio svolge, in questo caso, il processo inverso del prisma. Che meraviglia l’occhio, il più sofisticato tra gli strumenti ottici (altro che ottica adattiva!), anche con le sue limitazioni sia di diametro (e quindi di potere risolutivo) sia di percezione dei colori della luce che lo colpisce. Il punto chiave della situazione è la retina, dove sono posti i ricettori della luce: i coni e i bastoncelli. I secondi li possiamo anche trascurare dato che si occupano solo di luce monocromatica (ossia, ci servono, soprattutto, di notte quando vediamo le tonalità del grigio). I primi, invece sono proprio quelli che percepiscono i colori. Sì, ma quali colori? Beh… non si può avere tutto dalla vita e in così piccolo spazio. Essi sono sensibili solo alle lunghezze d’onda del blu, del rosso e del verde, come mostrato in Fig.1.
Si potrebbe fare di meglio, ma non possiamo lamentarci dato che questi tre colori possono essere considerati fondamentali, dato che attraverso di loro si possono ottenere tutti gli altri. Vengono normalmente considerati colori primari. Questa selezione, però, è dovuta solo e soltanto a come siamo fatti noi e non a una legge fisica. Tuttavia, dato che questi colori sono quelli ricevuti direttamente da una sorgente che emette luce, li possiamo considerare più “fisici” degli altri.
L’occhio riesce a cogliere tutte le sfumature dei colori “sommando” il contributo ricevuto dai tre tipi di ricettore. Un tipo di cono riceve una certa parte di verde, un altro una parte di rosso e un altro una parte di blu. A seconda del tipo spettrale della stella, la luce viene associata al colore che risulta dalla somma dei tre contributi (ne riparleremo alla fine). Percentuali diverse di colori primari danno origine a ogni sfumatura intermedia.
Per come sono definiti, ovviamente, la somma dei tre colori primari dà il colore bianco. Siamo di fronte a un processo di tipo additivo che è quello relativo al nostro occhio e ad altri ricettori come la TV, i CCD, ecc., ecc. Ricordiamo ancora che stiamo parlando di colori direttamente emessi da una sorgente di luce e ricevuti da un sensore. Questa situazione può essere riassunta facilmente nella Fig. 2 che ci mostra i colori primari e la formazione di quelli secondari. La sovrapposizione del rosso e del verde produce il giallo; il rosso e il blu, il magenta; il blu e il verde, il ciano. La mescolanza dei tre colori primari ci regala, come già detto, il bianco.
Proviamo, adesso, a fare il lavoro opposto. Prendiamo i tre colori primari e sottraiamone uno alla volta. Che colori otteniamo? Beh… facilissimo: se eliminiamo il rosso, rimangono il blu e il verde, che, combinati assieme, danno il ciano. Se eliminiamo il blu, rimangono il rosso e il verde, che danno il giallo; se, infine eliminiamo il verde, rimangono il rosso e il blu, ossia il magenta. Abbiamo ottenuto, ovviamente, la stessa cosa di prima, ma questa volta per sottrazione.
Perché ho fatto questo sciocco lavoro? Perché cosi funzionano i colori che stendiamo su una parete o sulla tela di un dipinto. Il colore di una certa tinta applicata su una superficie neutra, dipende dal tipo di materiale che usiamo, ossia da come questo materiale assorbe o riflette la luce che lo raggiunge. Noi diciamo che stiamo tinteggiando di giallo, ma in realtà facciamo qualcosa di più complicato: stendiamo un materiale che è in grado di assorbire un colore primario e di riflettere gli altri due. Proprio quello che abbiamo descritto nella sottrazione. L’eliminazione (ossia l’assorbimento) del blu, permette la riflessione degli altri due colori primari che, combinandosi, danno luogo al giallo. Ciò che noi vediamo è il risultato di riflessioni e di assorbimenti della luce che colpisce il materiale che è stato depositato su una superficie, parete o tela che sia. L’eliminazione del rosso dà origine al ciano; l’eliminazione del verde dà origine al magenta.
Ricapitolando, se dico: “Dipingo di giallo qualcosa” vuol dire che uso un materiale che assorbe il blu, e via dicendo. Ottengo così tre colori in qualche modo “apparenti” dovuti a questo gioco di assorbimento e riflessione. Quelli che derivano dall’assorbimento singolo di un colore primario (che sono poi i secondari additivi definiti prima) diventano i colori primari relativi alla pittura, detti sottrattivi.
Posso disegnare la Fig. 3, in cui ho inserito al posto dei tre primari additivi i tre secondari additivi che sono anche i primari sottrattivi. Essi diventano fondamentali per la pittura. Sovrapponendoli due a due ottengo nuovamente i tre primari additivi. Vi stupite? Nemmeno per sogno. Basta ragionarci un attimo sopra. La figura dice che se aggiungo una tinta gialla a una magenta ottengo il rosso. E’ vero? Dunque… il giallo assorbe il blu e riflette il rosso e il verde. Nello stesso momento, però, il magenta assorbe il verde e riflette il rosso e il blu. Ne consegue che l’unico colore che è riflesso da questa sovrapposizione non può che essere il rosso, dato che gli altri due sono stati entrambi assorbiti. La stessa cosa succede per le altre due coppie.
Tentiamo la cosa più difficile: sovrapponiamo, ossia mischiamo, i tre colori primari sottrattivi, ossia il magenta, il giallo e il ciano. Il primo elimina il verde, il secondo il blu, il terzo il rosso. Accidenti, ha assorbito tutti e tre i colori primari additivi, gli unici osservabili dall’occhio. Cosa vedo allora? Niente, nessun colore, ossia il nero! Come posso fare, invece, per ottenere una tinta bianca. Devo inserire materiale che rifletta ogni colore primario, mescolandoli tra loro come la ruota di Newton, addizionando e non sottraendo. Pensiamolo pure come una sostanza che riflette tutta la luce bianca che la investe.
Attenzione! La tinta svolge la sua azione solo e soltanto se viene raggiunta da luce bianca, tale da contenere i tre colori primari. Se chiudete le finestre e/o spegnete la luce, i colori della tinta spariscono!
Quanto vi ho detto va inteso come una spiegazione di prima approssimazione. I colori dipendono anche da molti altri fattori come l’angolo di incidenza della luce, la capacità del materiale di emettere parzialmente, e molte altre sottigliezze. Tuttavia, è più che sufficiente per avere un’idea generale della situazione.
Ovviamente, lo ribadisco ancora, tutta la trattazione ha senso solo per il nostro occhio. Ciò che vediamo è deciso dalla sua fisiologia e non dalla luce che lo colpisce. Attenzione quindi a non confondere più il colore della luce con il colore degli oggetti che ci circondano e che colorano il nostro mondo.
Non per niente il Sole è una stella quasi verde, fisicamente parlando, ma noi la vediamo bianco-gialla. La Fig. 4 ci mostra come, al variare dello spettro di una stella, il nostro occhio ricevendo solo attorno a tre lunghezze d'onda, fa quello che può e il colore apparente segue una nostra classificazione che poco ha a che fare con il "colore" vero della stella. Molto meglio sarebbe usare altri ricevitori... Tuttavia, la figura è molto istruttiva. Il "semaforo" in alto a destra di ogni immagine mostra (nei primi tre cerchietti) ciò che riceve il nostro occhio nei suoi coni (rosso, verde e blu). Il quarto cerchietto, più in basso, ci dice qual'è il colore che il cervello associa a quella combinazione di colori fondamentali. Il Sole, con circa 5800 K, si trova proprio a cavallo tra il giallo e il bianco (quasi bianco), mentre il picco del suo spettro si trova intorno al verde-ciano.
Insomma, vedremo o non vedremo gli omini verdi di Marte? Magari ci sono dappertutto, ma noi (anzi i nostri robottini) li scambiano per pietre giallognole...
Ma di che colore è il nostro Sole? Bianco?? No! Giallo?? Nemmeno! Se proprio volete scoprirlo, dovrete leggere QUI
I papalcuriosoni troveranno QUI una semplice e divertente spiegazione papalliana, adatta a bambini di tutte le età, in cui quei birbanti di fotoni ed elettroni ci fanno capire molte cose sui colori
24 commenti
In pratica Enzo mi viene in mente una specie di "MQ" dei colori. Il tutto è solo soggetivo dell'essere umano e del suo meravifglioso strumento, l'occhio. Il tutto è proprio un po' come diceva il mio simpatico e umanissimo professore di Matematica e Fisica delle scuole superiori, il mitico Prof. Tozzi : " arriva la luce e l'occhio dice - guarda come è verde questa erba - " , insomma anche i nostri organi parlano, ma come sarà veramente il Mondo che ci circonda? Al momento godiamocelo così come meravigliosamente ci viene concesso di godercelo. A presto.
OH!
Finalmente qualcuno che spiega in maniera CHIARA la differenza tra i colori primari additivi e quelli sottrattivi!
Fin dalle scuole elementari, mi è sempre stato detto che i colori primari sono il rosso, il blu e il giallo, senza specificare in alcun modo il riferimento all'addizione o alla sottrazione dei colori
Questo, in adolescenza, mi ha spiazzato non poco quando mi imbattevo nella tricomia RGB (red, green, blue) e quadricromia CMYK (cyan, magenta, yellow, black).... c'è voluto non poco per capire perché per la TV ed il monitor si ragiona RGB mentre per la stampante CMYK.
Grazie Enzo.
Grazie a te Alex.
Tuttavia, è vero che alcuni usano altri colori come primari creando non poca confusione rispetto ai coni dell'occhio. La scelta che ho usato io è la più seguita e la più fisica e fisiologica...
grazie Enzo, tutto molto chiaro per quanto riguarda luce e colori, però non mi è così automatico il principio dello specchio e quale sia la differenza precisa tra riflettere la luce e riflettere l'immagine. se puoi aiutarmi...
caro Dario,
hai ragione... quella frase era poco chiara. Era più giusto dire che uno specchio non è una tinta e che quindi si limita a rimandare indietro la luce naturale che lo investe senza agire su di lei. Uno specchio non fa altro che mandare verso il nostro occhio i colori di un oggetto che non potrebbero altrimenti raggiungerci. E' meglio che tolga quella frase un po' sibillina e non utile allo scopo. Grazie...
grazie di nuovo, mi hai... illuminato...!
adesso però sono curioso di sapere come tutto ciò avviene a livello molecolare, quale diversa interazione hanno con i fotoni le tinte e le superfici riflettenti, anche se qualche sospetto già ce l'ho. Andrò presto ad approfondire...
Se ho capito bene, significa che se usassi un disco rotante con Magenta giallo e ciano e lo facessi ruotare velocemente vedrei nero?Grazie per la spiegazione molto bella e chiara
Bell articolo!
Non so se risulta una domanda troppo tecnica.. Ma come avviene assorbita la luce a livello atomico?
Ciao Enzo,
perchè alcuni oggetti circolari quando ruotano accelerando a volte sembrano girare lentamente al contrario e poi sembrano invertirsi sensa senso a ripetizione?
Forse non sono stato molto chiaro nella domanda.
Trovo anche carino il disco di Benham, da bianco e nero sembra colorarsi.
Un salutone a tutti!
Andrea
cari amici,
questi sono fenomeni un po' più complessi da spiegare e la parte fisiologica mi trova alquanto impreparato... Poi ci sono gli effetto ottici e quelli invece sarebbero da investigare in maggior dettaglio.
Dunque... se ho un disco con i tre colori secondari vuol dire che ho un disco in cui i tre spicchi riflettono ciascuno due colori primari. Io direi che la loro rotazione dovrebbe dare il color bianco, in quanto sono additivi. Il nero si ottiene quando i colori si mischiano nella tinta e ognuno elimina un primario diverso. Almeno, a me sembra più logico così... proviamo?
Ciao Enzo,
Quindi, se ho ben capito, una sorgente luminosa monocromatica (es. un laser) con lunghezza d'onda nel rosso, verde o blu, io la vedrò effettivamente rossa, verde e blu, perché i miei occhi sono progettati per ricevere queste lunghezze d'onda (P.S. vietato guardare nei laser, ovviamente! :-P).
Se invece lo spettro di emissione è allargato, come per le stelle, i nostri occhi percepiranno un colore apparente che dipenderà da una serie di fattori fisici e soprattutto fisiologici (come mostrato nelle figure).
I vari colori degli oggetti che ci circondano, che generalmente non emettono radiazione "propria" nel visibile ma solo nell'IR per via della temperatura, saranno invece il risultato di assorbimenti e riflessioni da parte degli stessi oggetti della luce che li investe.
A questo punto, mi chiedo: una luce idealmente monocromatica nel visibile ma con una lunghezza d'onda non corrispondente a quella che può essere percepita dai coni, come la vedremmo?
perfetto Pier...
direi proprio che non la vedremmo... come in realtà già capita per lunghezze d'onda fuori dal visibile...
Grandissimo articolo Enzo,
sono sempre stata convinta che il colore primario fosse il giallo invece è il verde... Ma perchè c'è questa errata convinzione in giro???
Comunque come spieghi le cose non lo fa nessuno...
Sei un mito...
Giorgia
cara Giorgia,
in realtà alcuni sistemi usano il giallo come primario, ma le cose non cambiano. Tuttavia, dato che l'occhio predilige il verde, il rosso e il blu, mi sembra più fisico usare questi tre.. La fisica li preferisce comunque...
Quindi, se ci trovassimo su un pianeta illuminato da una stella, per esempio, azzurra , l'erba non sarebbe così verde e neppure la mela così rossa.
Tempo fa lessi della diversa visione dei colori sotto la luce di stelle aliene.
caro givi,
la tua è una magnifica idea... anche il colore del cielo cambierebbe. La parte più interessante sarebbero le piante che potrebbero apparire di diverso colore, dato che i loro pigmenti (che adesso assorbono poco il verde scarso di "energia") potrebbero utilizzarlo di più e riflettere il rosso o il blu. Sarebbe anche bello pensare alle ombre colorate di una stella doppia... mamma mia... quante cose si potrebbero scrivere!!!
Al ritorno mi aspetta un gran lavoro!!!!
Grazie
Ma all'atto pratico allora...perchè tutte le stampanti usanno i tre secondari additivi anzichè i primari? Alla fine anche con i primari additivi le tonalità ottenibili sarebbero infinite...
Ciao Lampo,
Credo che dipenda dal fatto che la carta della stampante è bianca, quindi già formata da tutti i colori; in sostanza ciascun colore secondario deve essere considerato come "mischiato" col foglio bianco
Ciao,
Alex.
Ciao Alex, grazie della risposta ma continuo a non esserne sicuro...anche perché i colori che stendi su un foglio bianco in realtà coprono il foglio, non si mischiano...se stendo del blu su un foglio bianco rimane blu, non diventa azzurro come se lo minchiassi con un bianco.
Sì, è vero, però la regola è sempre quella: se colori uno sfondo nero (monitor, telefoni, etc.) usi RGB, se colori uno sfondo bianco usi CMYK.
Fai anche questa prova: compra in cartoleria un foglio NERO A4, poi, con la stampante, stampa una stessa immagine sia su un foglio bianco che su un foglio nero, a me il risultato viene diverso, se vuoi ti mando una foto con i due fogli.
Ciao,
Alex.
Mmm...premetto che non voglio insistere x fare il precisino ma solo perché è un argomento che ritengo molto interessante e che comunque ha molto a che vedere con l'astronomia nonostante le apparenze. E soprattutto perché mi piacerebbe comprendere una vola per tutte A FONDO.
Secondo me la differenza tra una stampa su un foglio bianco e uno nero dipende solo dal fatto che il sottile. strato di inchiostro o toner che sia, non essendo perfettamente trasparente, viene alterato dallo sfondo sottostante...quindi mentre uno sfondo chiaro non altera il colore, anzi lo rende più luminoso, uno nero scurisce il tutto magari anche alterando il colore. Secondo me il cuore della questione sta nel fatto che gli schermi (fosfori, plasmi o led) emettono, quindi si usano quelli additivi, mentre i pigmenti (toner, inchiostri o tempere che siano) riflettono (un pigmento rosso aasorbe tutte lelunghezze d'onda tranne il rosso) quindi si usano i sottrattivi...però mi manca ancora da capire perché non si possano usare i pigmenti dei primari additivi! Del resto se mischio tempera rossa e tempera verde non ottengo quella gialla..?
Ho come l'impressione che alla fine diciamo la stessa cosa in due modi diversi... ;)
Comunque sia, per la questione dei primari additivi, lasciamo che sia Enzo a dare la risposta giusta al suo ritorno
Ciao,
Alex.
Spulciando un pò qua e là ho trovato questo:
http://www.cruxcreative.com/rgb-vs-cmyk-when-to-use-which-and-why/
quindi, da quel che ho capito, ormai le stampanti sono tutte impostate per i CMYK e quindi si usano i sottrattivi...ma potrebbero benissimo esistere anche le stampanti RGBK...