Prismi colorati e neri invisibili (o La fisica dei colori)

Amo i colori, tempi di un anelito inquieto, irresolvibile, vitale, spiegazione umilissima e sovrana dei cosmici "perché" del mio respiro.

Questo lo diceva Alda Merini, ma lo pensiamo un poco tutti. I colori sono una caratteristica affascinante ed avvincente della realtà, che riescono a trasmettere molto di più che semplici informazioni cromatiche. E l'importanza che hanno sull'uomo è indiscutibile, basti pensare a tutte le terapie che si stanno sviluppando (come cromoterapie e simili) o all'importanza che i loro utilizzi hanno avuto nelle correnti artistiche del passato.

Un fenomeno del genere ha quindi ovviamente interessato da sempre l'uomo, che nel corso del tempo si è provato a dare delle risposte. I Greci spiegavano la vista del colore come il riflettersi di raggi che partivano direttamente dal nostro occhio, toccavano gli oggetti e tornano indietro portandoci a conoscenza della caratteristica cromatica.

Nel frattempo, intorno al 1666 (e qui salto volutamente molti passaggi), Sir Isaac Newton sconcerta il mondo dimostrando che la luce, che noi percepiamo come bianca, è in realtà composta da diversi colori. Facendo passare un fascio di luce attraverso un prisma, proprio com fanno i Pink Floid, otteniamo infatti quello che è definito come lo spettro solare, ovvero la successione di sette colori:  Violetto, Blu, Ciano, Verde, Giallo, Arancione e Rosso.

Egli era inoltre convinto che la luce fosse composta di corpuscoli piccolissimi, ognuno per uno specifico colore. A smentirlo repentinamente fu Huygens che dimostrò che la luce si propaga uniformemente in ogni direzione, come le onde che si creano quando si getta un sasso nell'acqua.

In realtà avevano entrambi ragione, ma fu necessario aspettare sino all'introduzione della fisica quantistica per chiarire la contraddizione: la luce ha una doppia entità, corpuscolare e ondulatoria. Se vogliamo essere molto semplicistici potremmo dire che quando viaggia dal Sole alla Terra la luce si comporta come un onda, mente quando colpisce un oggetto e interagisce con esso si comporta come un insieme di corpuscoli, i fotoni.

Ma siccome sto uscendo fuori tema Billy, mi autoschiaffeggio e torno in carreggiata.

Perché vediamo i colori?

Sostanzialmente, quando una radiazione luminosa colpisce un oggetto, esso tante ad assorbire diverse frequenze della luce e a respingerne altre. Se vediamo una foglia verde lo dobbiamo al fatto che le molecole della foglia hanno assorbito "i colori" della luce respingendo solo il verde, che noi percepiamo attraverso la vista.

Se vogliamo scendere un poco più nello specifico possiamo dire che in generale le molecole possiedono alcuni elettroni che si muovono liberamente, ovvero che non sono più legati al singolo nucleo dell'atomo (delocalizzazione), ma vengono "condivisi" da tutta la molecola. Quando un fotone colpisce la molecola esso va ad influenzare gli elettroni liberi e cedendogli energia riesce a "spingerli" ad un livello energetico successivo. La molecola acquista quindi energia dal fotone, ma non tutta. Quella che "avanza" viene rilasciata e genera il colore visibile.

Se un corpo assorbisse tutta la radiazione luminosa, ovvero inglobasse tutta l'energia dei fotoni, per noi non esisterebbe (almeno ai nostri occhi), in quanto perderebbe ogni consistenza nello spazio tridimensionale, presentandosi come una macchia nera in due dimensioni.

E se questo ti sembra un limite da fantascienza Billy, rimarrai molto deluso.

Il vantablack

Un'azienza anglosassone ha infatti battuto tutti i primati del nero, creando un nuovo materiale che assorbe il 99.965% della radiazione luminosa che lo colpisce.

Cosa c'è di particolare? Sappiamo tutti che il nero assorbe la radiazione meglio di qualsiasi altro colore (che è il motivo per il quale schiatti di caldo d'estate con la maglietta nera).

Bhe, villico Billy, forse non sai che la radiazione che riflette questo nero è talmente tanto bassa da non essere percepita dall'occhio umano. Ma procediamo per passi.

Il nome VANTA sta per "vertically aligned carbon nanotube arrays", ovvero "matrici di nanotubi di carbonio allineate verticalmente". In pratica è formato da sottilissimi tubi di carbonio, 10.000 volte più sottili di un capello umano, che respingono solo circa lo 0,035% delle radiazioni luminose, che come abbiamo detto non vengono neanche percepite dall'uomo.

Questo fa si che l'occhio umano non è più in grado di distinguerne forma e contorni, come se la macchia nera fosse un uniforme circonferenza piena di un nero scurissimo uguale da qualsiasi prospettiva. Per rendere l'idea gli stessi sviluppatori hanno deciso di "versare" questa sostanza su un foglio ci carta stagnola, pieno di increspature come siamo abituato ad immaginarlo. Dopo aver ricoperto lo strato con il Vantablack le increspature scompaiono totalmente alla vista, e tutto sembra di un nero piatto e assoluto.

Non per questo ci si appresta già a chiamarlo il buco nero dei colori, perché in pratica assorbe ogni fotone che lo colpisce, non permettendo che l'occhio riceva le informazioni che normalmente viaggiano con la luce.

In realtà mi rendo conto che il concetto è difficile da capire, perché quello che si vede sembra un normale nero. Ma mettiamola così: in realtà quella è una macchia di cecità, non c'è alcun colore. Noi abbiamo definito un colore che assomiglia a quello come il nero, ma in realtà un materiale ricoperto di Vantablack non è visibile dall'occhio umano, ma a differenza di quello che magari qualcuno si aspetterebbe non diventa trasparente come Harry Potter sotto il suo magico mantello.

Ma forse è anche meglio.

A cosa può servire un materiale del genere?

Sicuramente verrà utilizzato nella costruzioni di laser e strumentazioni astronomiche per catturare informazioni di stelle lontane (ma davvero lontane) che emettono radiazioni luminose molto basse e che per questo non riescono ad essere "percepite" dagli strumenti attuali. E poi perché in Nuova Zelanda stanno per comprare le magliette nuove.