L'origine dei colori

 *  Il reticolo di diffrazione *

La diffrazione è dovuta alla deviazione di un'onda ai margini di un ostacolo opaco. Quando l'ostacolo e un oggetto macroscopico, l'effetto è in genere trascurabile, ma diventa importante quando le dimensioni dell'ostacolo sono poco diverse dalla lunghezza d'onda della radiazione. È quindi naturale che l'effetto dipenda fortemente dalla lunghezza d'onda. La diffrazione è un fenomeno importante nella produzione di colori nella diffusione della luce da parte di piccole particelle. Lord Rayleigh ha mostrato che l'intensità della luce diffusa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda. Ne segue che la luce blu viene diffusa quattro volte di più di quella rossa. Questa differenza nella diffusione dei vari colori e in evidente nel colore del cielo durante il giorno. Molecole di gas, polvere e fluttuazioni di densità dell'atmosfera diffondono particolarmente la luce blu e per questo cielo appare di tale colore. La luce diretta del Sole, d'altro canto, viene privata di blu e appare rossastra, particolarmente all'alba e al tramonto, quando deve attraversare un maggiore spessore di atmosfera. Lo stesso processo si può dimostrare, facendo attraversare da un fascio di luce bianca del latte non omogeneizzato diluito con acqua, nei quali centri di diffusione sono le particelle di grasso e il liquido appare bluastro, mentre il fascio trasmesso direttamente diviene rossastro. La lucentezza azzurrina della pietra di luna è dovuta quasi certamente al fenomeno della diffusione. Interferenza e diffusione diffrattiva si combinano nell'ultimo sistema di generazione del colore: il reticolo di diffrazione. Questo reticolo costituito da una successione di molte linee o punti equidistanti, con spaziatura non troppo grande in rapporto alla lunghezza d'onda della luce. La luce che attraversa il reticolo viene diffusa in tutte le direzioni in corrispondenza di ogni fenditura e così le onde che passano attraverso fenditure adiacenti possono interferire. Per ogni lunghezza d'onda esiste un angolo rispetto al fascio incidente per cui l'interferenza è costruttiva. Per ogni altro angolo le onde si sottraggono. L'ampiezza di tali angoli dipende solo dalla lunghezza d'onda e dalla distanza fra le righe o punti del reticolo. Quando un fascio di luce bianca attraversa un reticolo o viene riflessa da questo, ogni lunghezza d'onda subisce interferenza costruttiva per un diverso insieme di direzioni. Quindi la luce in ogni direzione è monocromatica ma, ruotando il reticolo si osserva una serie di spettri, in parte intersecantesi. Un reticolo di diffrazione può venire costruito incidendo una serie di righe parallele su una lastra di vetro, ma un certo numero di sistemi naturali possiedono pure le dimensioni e l'elevato grado di ordine necessari per ottenere un reticolo efficiente del visibile. Per esempio, nelle sostanze che danno origine ai cosiddetti cristalli liquidi le molecole si trovano impilate con sufficiente regolarità per comportarsi come un reticolo di diffrazione dato che la distanza media fra le molecole dipende dalla temperatura, anche il colore del materiale e funzione di questa e può infatti venire impiegato come termometro ottico. Il più caratteristico reticolo di diffrazione naturale è costituito dall'opale. Questa pietra costituita da sfere di biossido di silicio e acqua strettamente e ordinatamente impaccate in un reticolo tridimensionale con una spaziatura di 250 nm.

Lo spettro visibile

Può sembrare una coincidenza straordinaria che tanti fenomeni così diversi avvengano in una banda di lunghezze d'onda con un ampiezza di meno un ottava. E può sembrare ancora più incredibile che tale banda ristretta coincida con quella  cui è sensibile l'occhio umano. In realtà questa può benissimo non essere una coincidenza. L'interesse di questa piccola regione dello spettro è dovuto semplicemente al fatto che queste sono le lunghezze d'onda in corrispondenza delle quali cominciano a diventare importanti le interazioni fra gli elettroni e la luce. Radiazioni di minore energia possono influenzare il movimento di atomi e di molecole e vengono quindi percepite come calore. Radiazioni di energia maggiore possono ionizzare gli atomi e danneggiare permanentemente le molecole, cosicché i loro effetti sono perlopiù distruttivi. Solo in questa piccola zona di transizione fra i due estremi si osserva una buona sintonia fra le energie della radiazione visibile e quelle della struttura elettronica della materia.

 quelli della via lattea