Il 2015 è stato proclamato dall'UNESCO l’anno internazionale della luce, il fenomeno più importante per la vita, almeno di quella che noi conosciamo. I fotoni sono i portatori della luce; senza queste particelle prive di massa e sempre in movimento non ci sarebbe la luce. Vengono emessi dagli atomi eccitati e raggiungono ogni punto dell’universo. Vengono attratti dai buchi neri che vengono identificati proprio dalla presenza di luce al loro bordo, quello che si chiama l’orizzonte degli eventi.
La luce è stata studiata ed analizzata sin dai primordi dei tempi e i primi scritti su che cosa sia la luce si fanno risalire ai presocratici. Platone ed Aristotele per primi hanno cercato di interpretare la luce, dapprima come fascio luminoso emesso dagli occhi, come succede ad una lanterna accesa, come teorizzarono Platone e i Platonici e poi capendo che la luce era un fenomeno connesso con la presenza del Sole e tutto ciò che vedevamo era legato ad un fenomeno di diffusione da parte degli oggetti ed era interpretato dal cuore attraverso gli occhi, come teorizzarono Aristotele e gli Aristotelici. Un fantastico cammino della scienza che utilizzava i sensi per non perturbare i fenomeni che stava studiando; Euclide introdusse gli elementi matematici che servivano a geometrizzare la visione.
La filosofia greca trovò un valido aiuto nell’Islam, in un periodo di grande sviluppo scientifico, dovuto ai Persiani. Lo studio della luce era accompagnato dallo studio religioso; i Mutaziliti nel IX secolo furono coloro che presero l’eredità dei greci e la trasferirono nell’Islam: un Islam razionalista. I grandi progressi che si ebbero furono grazie al contributo dei grandi pensatori Islamici: Avicenna e Allacena, per citarne alcuni. Certi concetti come quello della radiazione li dobbiamo a loro.
Allo stesso tempo anche nell’Occidente cristiano si faceva strada la necessità di interpretare la luce in funzione religiosa, per cui i francescani e i benedettini inserirono nei corsi teologici elementi di fisica della luce. Roberto Grosseteste fu l’iniziatore ed altri come Ruggero Bacone diedero un impulso straordinario alle discipline che studiavano la luce.
Il passaggio dalla teorizzazione alla sperimentazione fu compiuto da Galileo Galilei. Egli ruppe il tabù Aristotelico, usando uno strumento, il telescopio, per guardare lontano ad occhio nudo. Il telescopio era la prolunga del braccio e dell’occhio che poteva scandagliare l’incognito macroscopico. Le sue scoperte gettavano lo scompiglio e dimostrarono che l’immutabile gioco delle sfere celesti di Aristotele era tutto fuorché immutabile poiché anche queste erano soggette a mutamenti e si reggevano su leggi complesse. Era la rottura del paradigma Aristotelico e per questo andava condannato.
Il colpo di grazia alle teorie filosofiche e religiose del medioevo fu dato da Newton con il famoso esperimento in cui dimostrò che la luce conteneva i colori.
L’avevano pensato anche i grandi pittori e per primo Leonardo da Vinci, ma nessuno aveva dimostrato che la luce bianca era l’insieme di tutti i colori. Newton introdusse anche il concetto di corpuscolo, già ipotizzato dai Greci, ma la sua teoria corpuscolare fu subito soppiantata da quella ondulatoria in quanto più semplice da trattare da un punto di vista matematico.
Il grande passo verso la scienza moderna era stato fatto e un grande contributo alla scienza era stato dato non solo da Galileo e Newton, ma dagli artisti del Rinascimento che avevano inventato macchine e strumenti prospettici per ricostruire il mondo che li circondava. Il quadro era la finestra che si apriva sul mondo e la pittura, la scultura e l’architettura lo modellizzavano scoprendo le regole matematiche che la scienza avrebbe poi messo a punto.
In un periodo di transizione tra la fine del Settecento e il Novecento si scopre che la luce ha una velocità finita. In un mirabile esperimento Ole Roemer trova che la luce viaggia a 300.000 km al secondo. La sua scoperta assieme alla impossibilità di capire il corpo nero formeranno la base per la nascita della attuale scienza.
Allo stesso tempo si apre anche un altro capitolo della Scienza, ancora tutto da scoprire: quello della percezione e della coscienza. L’iniziatore fu Wolfgang Goethe, che dopo un viaggio in Italia, di fronte alla vasta gamma di colori usata dei pittori italiani, rispetto alla propensione tenebrosa dei pittori del Nord, decide di studiare la luce e il colore. Fa ancora una volta l’esperimento di Newton e scopre che questi aveva tralasciato alcune informazioni: quelle connesse con la nostra percezione. Nel 1920 Edwin Land, l’inventore della Polaroid, fece un esperimento che avrebbe dimostrato che Goethe aveva ragione.
Il Novecento si apre con una straordinaria intuizione dovuta ad Albert Einstein. La relatività Galileiana basata sul riferimento fisso del tempo dello spazio viene ribaltata: solo la velocità della luce è fissa, il tempo e lo spazio si possono incurvare.
Nasce la meccanica quantistica ad opera di Niels Bohr, Paul Dirac e altri scienziati. Il meccanicismo ottocentesco che interpretava la realtà attraverso le teorie meccaniche, viene sostituito dalle teorie microfisiche che finalmente sono in grado di interpretare il comportamento del corpo nero.
Secondo le teorie meccaniche, che interpretavano tutto in funzione di oscillazioni e frequenze, se un corpo fosse stato portato ad una certa temperatura avrebbe dovuto produrre tutte le frequenze che conosciamo. Invece produce solo alcune frequenze: se una lampadina, quelle del visibile, se un carbone ardente quelle del visibile e dell’infrarosso e così via. Questi fenomeni furono spiegati con l’emissione di frequenze discrete, quelle che emettono gli atomi eccitati. Da qui la scoperta dell’emissione quantica e dei concetti sul quanto di luce, quell’entità che trasporta quantità discrete dell'energia totale dell'onda elettromagnetica.
Se guardiamo ai concetti che sono stati sviluppati nell’evoluzione del pensiero sulla luce, possiamo dire che la razionalità greca si è trasferita nella religiosità islamica e in quella medievale occidentale che sono stati i presupposti per lo sviluppo della scienza galileiana e newtoniana.
Il contributo che l’arte e gli artigiani dal Rinascimento al Novecento hanno dato alla scienza moderna ha permesso la realizzazione dei primi strumenti per la rivoluzione einsteiniana. La fisica che è stata alla base della rivoluzione scientifica ha permeato altre discipline, dalla biofisica alla medicina, dalla geofisica all’astrofisica. Sempre il filo conduttore è stata la luce, intesa come frequenze che sono presenti nel nostro universo, anche laddove luce non c’è come ad esempio i buchi neri. La materia oscura sarà la frontiera del futuro.
Tuttavia ci sono ancora altre cose che dobbiamo scoprire e prima di tutto la coscienza che rappresenta quell’universo nel quale ognuno di noi si riconosce ma non conosce: la vera luce dovrà venire da lì.
Per approfondire: Rodolfo Guzzi, La strana Storia della Luce e del colore, Springer.
