L’Unesco ha proclamato la Giornata Internazionale della Luce: 16 maggio 2018

La Luce nel Cinema e altro
di Francesco Giuliano

Vi spiego brevemente. Pongo una candela accesa dentro questa scatola di legno, chiusa perfettamente da tutti i lati. In una sola faccia c’è un piccolo foro. Attraverso questo foro, che esprime la piccolezza, vedete uscire un raggio di luce che via via si allarga assumendo la forma di cono, evidenziato dalla polvere che vagola nell’aria. Esso, proiettato sulla parete frontale, forma su di essa un cerchio luminoso. Man mano che allontano la scatola, il cerchio sulla parete si fa più grande. Ecco dunque che il cono “sposa” la grandezza con la piccolezza e quindi suppongo che relazioni la complessità con la semplicità, la ricchezza con la povertà, la superbia con l’umiltà”. Ecco come l’abate Pierre Gatien descrive ad Alonzo un cono di luce, che esce dal foro praticato in una scatola con una candela accesa, impossibile da vedere se nella stanza non ci fosse il buio (Da L’intrepido alchimista, SensoInverso Edizioni, 2014). Un gioco di luci e ombre, effimero, intangibile, che unisce il punto infinitesimo con l’infinito. Un gioco di luci e ombre, in cui si ha la separazione tra il visibile e l’invisibile, tra la certezza e l’incertezza, tra la moralità e l’ingiustizia, e che è anche origine di quella cecità morale descritta da Platone nel Mito della caverna. La luce mostra la verità contrapposta all’ombra che, invece, cela la menzogna. Se non ci fosse il buio, però, non potrebbe esserci la luce. Luce e buio che entrano in contesa, così come avviene nella vita che oscilla, come in un’altalena, tra il vero e il falso, tra la conoscenza e l’ignoranza, tra l’umiltà e la presunzione. La luce è conoscenza come si evince dal mito di Prometeo, il titano ribelle che sfidò l’autorità divina e che rubò il fuoco, portatore di luce e di calore, agli dei per donarlo agli uomini. Anche  la Bibbia, il libro fondamentale delle tre religioni monoteiste, l’Ebraismo, il Cristianesimo e l’Islam, nella Genesi, descrive l’origine della luce: “In principio Dio creò il cielo e la terra. La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l’abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque. Dio disse: Sia la luce!. E la luce fu. Dio vide che la luce era cosa buona e separò la luce dalle tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte. E fu sera e fu mattina. Primo giorno”.Anche per Dante Alighieri la luce fu elemento fondamentale per descrivere sia l’Inferno, loco d’ogne luce muto, dove c’è aere sanza stelle, e aura sanza tempo tinta,  sia il Paradiso, nel ciel che più de la sua luce prende/ fu’ io, e vidi cose che ridire/ né sa né può chi di là sù discende, e dove amor … move il sole e l’altre stelle.

Jacques Loiseleux (uno dei più importanti direttori francesi della fotografia con un’esperienza professionale accanto a registi come Jean-Luc Godard, Maurice Pialat, Joris Ivens, Philippe Garrel), nel suo saggio La luce e il cinema (Lindau, 2007) descrive i principali aspetti teorici e pratici dell’illuminazione cinematografica quali le tecniche, la strumentazione, i differenti tipi di luce, le scelte dettate dall’ora di ripresa, e afferma che  “La luce è forse l’elemento più importante nella realizzazione di un film. E non solo per la ragione evidente che girare un film significa scrivere con la luce, ma soprattutto perché essa, attraverso le sensazioni ed emozioni che suscita nello spettatore, determina in larga misura il significato dell’immagine”. In esso riflette nella forma la duplice funzione della luce nel cinema: da un lato la sua necessità tecnica, dall’altro la sua essenza simbolica che diviene, in alcuni casi, pura poesia. Il lessico adottato dall’autore, membro dell’Association Francaise des Directeurs-photo, si fonda sul rigore di una esatta terminologia scientifica, ma non dimentica che la luce è anche veicolo di emozioni, concedendosi suggestive digressioni letterarie; queste dignitose velleità rivelano il tentativo di restituire con il linguaggio lo spirito metaforico della fotografia nella settima arte, ovvero, le sue capacità referenziali nelle sfere emozionali, psicologiche e culturali del film.

L’illuminazione cinematografica, sia essa uniforme o variabile, calda o fredda, naturale o artificiale, diretta o riflessa, influisce sulla percezione dello spettatore orientandolo emotivamente e attivamente nella visione del film e nella sua esatta comprensione e soggettiva fruizione.

Dopo l’Anno della Luce 2015 e la Settimana della Luce (dal 6 all’11 febbraio 2017; decorrenza che si rifà alla fondazione della città di Singapore, detta città delle luci, avvenuta il 6 febbraio 1819 grazie a Sir Thomas Stamford Raffles), la radiazione elettromagnetica ha anche una sua Giornata internazionale: 16 maggio 2018. Questa  data, scelta dall’Unesco, deriva dalla prima realizzazione artigianale di un laser al cristallo di rubino, avvenuta il 16/5/1960, per merito del fisico e ingegnere elettronico statunitense Theodore Harold Maiman (1927 – 2007) (link), che utilizzò e sviluppò la Teoria sull’emissione stimolata di radiazioni elaborata da Albert Einstein (1917). Da questo laser sono derivate tutte le altre applicazioni laser, di cui si darà un cenno alla fine di questo articolo. La notizia è apparsa nel sito dell’INAF (Istituto Nazionale di AstroFisica) il 20 novembre 2017: link.

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Data l’incommensurabile e trascendentale importanza della Luce (dal latino lux) per la vita sulla Terra in tutte le sue svariate forme, e per tutte le attività umane, vengono di seguito riportati alcuni cenni non esaustivi per evidenziarne alcuni aspetti essenziali.

 Si sente parlare in televisione, o si ascolta alla radio, o si legge sui giornali cartacei o su riviste specialistiche, di radiazioni infrarosse, di radiazioni ultraviolette, di radiazioni X, e altro ancora, oppure si osservano fenomeni luminosi come l’arcobaleno dopo un temporale o i colori che assume il cielo all’alba o al tramonto solare.

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La maggior parte della gente comune, ovviamente non avendo studiato argomenti di tal natura, non sa che queste radiazioni fanno parte dello spettro elettromagnetico (spettro proviene dal latino spectrum che significa fantasma, visione, cioè qualcosa che non si vede e appare come un fantasma), la cui importanza è fondamentale per la vita. Lo spettro elettromagnetico (v. di seguito) è l’insieme di tutte le radiazioni elettromagnetiche (alla velocità della  luce c = 300.000 km/s) che vengono prodotte dalle oscillazioni degli elettroni che costituiscono gli atomi negli elementi o nelle sostanze composte, ad eccezione dei raggi gamma, che vengono prodotti nei processi di decadimento nucleare, e dei raggi cosmici, che sono particelle energetiche provenienti dallo spazio, e la cui origine è varia: Sole, stelle, quasar, ecc. .

Approfittando, dunque, del Giorno Internazionale della Luce, si coglie l’occasione di descrivere da cosa derivino queste radiazioni, che caratterizzano non solo ciò che si chiama luce visibile. L’atomo ha un nucleo centrale attorno al quale, disposti su livelli energetici diversi, si trovano gli elettroni. Per avere un’idea di come sia fatto l’atomo basti pensare alla struttura di una pesca con il nocciolo al centro, che rappresenta il nucleo, e la polpa attorno ad esso, in cui si devono immaginare gli elettroni disposti su livelli diversi. Ad ogni livello corrisponde un determinato valore di energia. Quando si fornisce energia ad un atomo e questa energia corrisponde al corrispondente salto da un livello inferiore ad uno superiore, l’elettrone assorbe questa energia e salta ad un livello superiore. Subito dopo ritorna al livello di provenienza emettendo un fotone o quanto di energia. Il fotone ha proprietà ondulatorie con energia E = h·ν, dove h = 6,6 · 10-34 J·s è la costante di Plack, ν la frequenza, misurata in Hz (Hertz), ed E l’energia del fotone. La frequenza corrisponde al numero di onde che si ripetono nell’unità di tempo e, quindi, la grandezza inversa alla frequenza è la lunghezza d’onda λ, misurata in m (metri). Dalla relazione che lega la frequenza ν alla lunghezza d’onda λ,

λ ·ν = c

(dove c è la velocità della luce), si evince che λ e ν sono grandezze inversamente proporzionali. Questo vuol dire che, man mano che la frequenza aumenta, l’energia della radiazione aumenta mentre diminuisce la lunghezza d’onda.

La luce solare è costituita dalle onde elettromagnetiche, le cui lunghezze d’onda λ coprono un ampio intervallo che va dalle onde radio (λ = 102 m) ai raggi cosmici (λ = 10-13 m), passando in senso decrescente per le microonde, le radiazioni infrarosse (IR), la luce visibile, le radiazioni ultraviolette (UV), le radiazioni X o Roentgen, le radiazioni gamma e, infine, i raggi cosmici.

spettro_elettromagneticoSpettro elettromagnetico

 A ciascuna radiazione corrisponde un’energia, che è direttamente proporzionale alla sua frequenza, o inversamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda, secondo la citata legge di Planck  E = hν= h·c/ λ. Ne consegue che più alta è la frequenza più elevata sarà l’energia. Ciò significa, per esempio, che le radiazioni UV hanno un’energia maggiore delle radiazioni IR. Tutte le radiazioni dello spettro, ad eccezione della luce visibile, non sono percepibili dall’occhio umano, cioè sono invisibili: Lo scrittore Don Delillo nel suo libro “Rumore bianco” scrive che i greci sapevano che gli eventi fondamentali del mondo non possono essere visti dall’occhio umano. Sono onde, raggi, particelle.

La luce visibile, cioè quella che noi rileviamo con i nostri occhi, ha un ristretto campo di lunghezze d’onda che vanno da circa 700 nm a circa 400 nm (1nm= 10-9 m), cioè dal colore rosso al colore violetto. La luce bianca è la mescolanza di tutti i colori che la costituiscono che sono evidenziati nel cerchio cromatico di Ostwald con le relative lunghezze d’onda:

Cerchio cromatico di OstwaldCerchio cromatico di Ostwald

Orbene, dato che l’indice di rifrazione n di un mezzo materiale, aria, acqua, vetro, ecc., è funzione della lunghezza d’onda della radiazione incidente su di esso, ogni colore della luce bianca subisce la rifrazione, cioè una deviazione, e si ottiene il fenomeno chiamato dispersione della luce. Nell’immagine seguente, la luce bianca incidente sul prisma di vetro viene dispersa nei sette colori fondamentali (rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco, violetto) che hanno lunghezze d’onda decrescenti, dal rosso (λ = 700·nm) al violetto (λ = 400 nm), ma con energia, relativa a ciascuno di essi, crescente (la radiazione rossa ha un’energia inferiore alla radiazione violetta):

Dispersione LuceDispersione della luce bianca


Tale fenomeno si verifica anche dopo un temporale. Esso è causato dalle goccioline d’acqua rimaste in sospensione nell’aria (nebbia) che agiscono come un prisma ed è noto come arcobaleno.

Arcobaleno2 Dato che la luce è un fenomeno collegato alla composizione atomica e dato che gli atomi sono i componenti delle molecole che costituiscono le sostanze semplici e composte, se queste vengono sottoposte all’azione di radiazioni elettromagnetiche se ne avrà l’assorbimento in relazione alla loro struttura molecolare. Quindi, poiché ad una data energia corrisponde una certa frequenza, ne deriva che le frequenze assorbite sono caratteristiche delle molecole. La frequenza può cadere nel campo elettromagnetico del visibile, dell’ultravioletto (UV) o in quello infrarosso (IR).

Ebbene, la sezione della Chimica analitica che si occupa di ciò si chiama spettroscopia e gli strumenti costruiti all’uopo sono chiamati spettrometri. Circa tre anni fa, è stato costruito e commerciato uno spettrometro tascabile, che sfrutta la spettroscopia infrarossa IR.

Esso è in grado di rivelare la composizione chimica dei corpi, compresi gli alimenti, collegato all’app di uno smartphone con una semplice scannerizzazione dell’alimento. A proposito di ciò, la dott.ssa Dora Melucci, ricercatrice all’Università di Bologna di Chimica analitica, ritiene che è necessario che i database siano affidabili e completi, e che la tecnica analizza soltanto la superficie dell’oggetto e soltanto nel punto illuminato. Questo vuol dire che se l’elemento  non è omogeneo, non sapremo nulla sul suo contenuto interno. Conseguentemente, in tal caso, bisognerebbe scannerizzare l’alimento in più parti sempre che l’involucro che contiene l’alimento lo consenta.

L’utilizzo della luce solare sulla Terra avviene tramite gli organismi dotati di una sostanza, la clorofilla, che si trova nelle alghe, nei cianobatteri e, soprattutto, nelle foglie delle piante. Esistono diverse strutture di clorofilla, costituite da un gruppo eterociclico, al centro del quale c’è lo ione Mg++,  a cui è legata una lunga catena lineare idrofoba. La clorofilla a, che assorbe la luce blu-violetta e rossa, ha la seguente struttura:

      Struttura della clorofilla a

Clorofilla aLe altre strutture: clorofilla b (assorbe la luce blu e arancione), clorofilla d, clorofilla c1 e clorofilla c2 differiscono o per il peso molecolare o per un legame singolo o doppio tra gli atomi C17-C18 nella catena o per altri gruppi funzionali.

Grazie alla clorofilla avviene il processo chimico, noto come fotosintesi clorofilliana, grazie al quale e alla luce solare, per ogni sei molecole di biossido di carbonio CO2, gas presente nell’aria, e sei molecole di acqua H2O presente nell’organismo, si ha produzione di una molecola di glucosio C6H12O6 e sei molecole di ossigeno O2:

6 CO2 (g) + 6 H2O (l)  → C6H12O6 (s) +O2 (g) 

Questo significa che i vegetali sono ottimi e fondamentali trasformatori di energia solare (elettromagnetica) in energia chimica, tant’è che trasformano il biossido di carbonio presente nell’atmosfera in glucosio e ossigeno, da cui dipende la vita sulla Terra. Quindi si può asserire che la luce è vita e, dato che nel processo fotosintetico si ha una diminuzione di entropia (grandezza che misura il grado di disordine di un sistema fisico), si può affermare che grazie alla luce si passa da uno stato disordinato (caos), in cui si trova un gas (biossido di carbonio) e un liquido (acqua), ad uno stato più ordinato, qual è un solido cristallino (glucosio): dal caos (o disordine) si passa al cosmo (dal greco kósmos che significa ordine). Grazie all’energia solare sulla Terra, quindi, si ha una diminuzione di disordine in contrasto con l’aumento che avviene nell’Universo. Il volume di CO2sottratto all’atmosfera è pari al volume di ossigeno prodotto O2. Questo dimostra che la clorofilla permette di abbassare il tasso di biossido di carbonio presente nell’atmosfera e sostituirlo con un pari volume di ossigeno, gas necessario per la vita eterotrofa e, quindi, anche per la vita dell’uomo. Si tenga conto che, a causa sia della grande quantità di energia prodotta dai combustibili fossili (petrolio e derivati, carboni fossili, ecc.) sia del disboscamento, si sta avendo un progressivo aumento del biossido di carbonio nell’atmosfera con ampliamento dell’effetto serra e dei disastri climatici, di cui questo gas, secondo i climatologi, è uno dei principali responsabili.

L’energia solare catturata dalla fotosintesi è immensa, dell’ordine dei 1·1014 watt, (Nealson KH, Conrad PG, Life: past, presente and future, in Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci., vol. 354, nº 1392, 1999, pp. 1923–39: da fonte Wikipedia) di cui l’uomo ne consuma un sesto. La fotosintesi capta, tramite CO2, circa 1·108  tonnellate di carbonio atmosferico all’anno e lo trasforma in biomassa.

Il laser è un dispositivo in grado di emettere un fascio di luce con coerenza spaziale e temporale in seguito all’amplificazione per emissione stimolata di un’onda elettromagnetica. Sia la coerenza spaziale che quella temporale del raggio laser sono correlate alle sue principali proprietà. Alla coerenza temporale, cioè al fatto che le onde conservano la stessa fase nel tempo, è correlata la proprietà dei laser di emettere fasci di radiazione in un intervallo spettrale molto stretto, quasi monocromatico (monocromaticità). Alla coerenza spaziale, cioè al fatto che la differenza di fase è costante fra punti distinti in una sezione trasversale del fascio, è correlata la possibilità di avere fasci unidirezionali e collimati, cioè paralleli anche su lunghi percorsi. I fasci laser sono focalizzabili su aree molto piccole, anche con dimensioni dell’ordine del micrometro (un millesimo di millimetro pari a 10−6 m), impossibili con radiazioni non coerenti. L’emissione unidirezionale e coerente comporta la possibilità di raggiungere un’irradianza (cheè la densità di corrente termica trasmessa per irraggiamento, in W/m2) molto elevata. Queste proprietà permettono una vasta gamma di applicazioni. L’irradianza, data dalla concentrazione di una grande potenza in un’area molto piccola, infatti, permette ai laser diverse applicazioni tecniche, quali il taglio, l’incisione e la saldatura dei metalli, mentre la monocromaticità e coerenza li rende ottimi strumenti di misura di distanze, spostamenti e velocità anche piccolissimi, dell’ordine del micrometro, e anche adatti a trasportare informazioni tramite le fibre ottiche  o nello spazio libero anche per lunghe distanze come avviene nelle comunicazioni ottiche. Inoltre, impulsi laser ultrabrevi, dell’ordine dei femtosecondi (il femtosecondo è pari ad un milionesimo di miliardesimo di secondo pari a 10−15 s), o con intensità elevatissima, dell’ordine dei 1018 W/cm2, sono impiegati in diversi campi della ricerca scientifica.

Orbene, in occasione della Giornata Internazionale della Luce (IDL18), il 16 maggio2018,  Enzo Bonacci, professore di ‘Matematica e Fisica’ presso il Liceo ScientificoStatale “G.B. Grassi” di Latina, ha organizzato, di concerto con il Club perL’UNESCO di Latina, una serie di Conferenze nella locale Aula Magna.

Francesco Giuliano