Che cos'è davvero il colore?

Il colore nasce dalla luce. La luce bianca, quella che entra dalla finestra, è un insieme di tutti i colori insieme. Nel 1666 Isaac Newton fece passare la luce del sole attraverso un prisma di vetro e la vide aprirsi nello spettro visibile: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Dimostrò che il colore non viene aggiunto alla luce. C'è già dentro, e aspetta solo di essere separato.

Ogni colore corrisponde a una diversa lunghezza d'onda della luce. Le onde rosse sono le più lunghe, quelle viola le più corte, e tutto ciò che hai mai visto sta da qualche parte nel mezzo. Quando la luce colpisce un oggetto, alcune lunghezze d'onda vengono assorbite e altre rimbalzano verso i tuoi occhi. Quelle che sfuggono sono il colore che vedi. Un limone è giallo perché inghiotte la luce blu e lascia andare il resto.

Come vedono il colore i tuoi occhi?

Ecco il segreto nascosto sotto tutto il resto di questa pagina: il colore, in realtà, non è affatto nella luce. Si costruisce nella tua testa. La luce è solo un insieme di onde elettromagnetiche di lunghezze diverse. Il rosso del rosso e il blu del blu sono invenzioni del tuo cervello, il suo modo di dare un nome alle lunghezze d'onda arrivate.

Il fondo dell'occhio è rivestito da due tipi di rilevatori di luce. I bastoncelli gestiscono la luce fioca e vedono solo in grigio. Il lavoro sul colore lo fanno i coni, e quasi tutti ne hanno esattamente tre tipi: i coni S, che rispondono meglio alle lunghezze d'onda corte, blu, i coni M, sintonizzati sulle lunghezze d'onda medie, verdi, e i coni L, sintonizzati sulle lunghezze d'onda lunghe che chiamiamo rosse (il loro vero picco in realtà cade nel giallo-verde, uno dei piccoli scherzi della visione dei colori). Tutto qui. Ogni colore che hai mai visto, ogni sfumatura di ogni tramonto, è il tuo cervello che legge soltanto tre numeri: con quanta forza si attiva ciascun tipo di cono.

Ecco perché i tre colori primari ricorrono sempre. A uno schermo bastano luce rossa, verde e blu per ingannare i tuoi tre coni e farti vedere qualsiasi colore. A una stampante, o a un CMY Cube, bastano ciano, magenta e giallo per sottrarre le quantità giuste. Tre sensori in entrata, tre primari in uscita. Tutta la tecnologia del colore è costruita per corrispondere all'occhio che la guarda.

Spiega anche il daltonismo. Quando un tipo di cono manca o è spostato, di solito i coni L o M, alcuni colori diventano difficili da distinguere. Circa 1 uomo su 12 e 1 donna su 200 vedono i colori in modo diverso per questo motivo, ed è una delle ragioni per cui un CMY Cube è uno strumento didattico così bello: il cambio di colore è abbastanza netto da essere condiviso, comunque siano sintonizzati i tuoi coni. E pochissime persone, dette tetracromatiche, possono avere un quarto tipo di cono e vedere sfumature che per tutti gli altri semplicemente non esistono.

Piegare la luce: rifrazione e riflessione

La luce viaggia in linea retta finché non cambia mezzo. Quando un raggio passa dall'aria al vetro o all'acqua, rallenta e si piega. Questa deviazione si chiama rifrazione. Quando invece la luce rimbalza su una superficie senza attraversarla, si parla di riflessione. Quasi tutto ciò che la luce fa nel mondo è una combinazione dei due fenomeni.

La rifrazione nasconde un segreto: lunghezze d'onda diverse si piegano in misura diversa. La luce viola, con la sua lunghezza d'onda corta, si piega di più. Il rosso, con la più lunga, si piega di meno. Così, quando la luce bianca entra in un prisma o in un cristallo, i suoi colori prendono percorsi leggermente diversi e si aprono a ventaglio. Quando il raggio esce, i colori si sono separati in uno spettro. Questa separazione si chiama dispersione, ed è esattamente ciò che Newton vide sulla sua parete nel 1666.

Ma da dove vengono gli arcobaleni?

Un arcobaleno è lo stesso esperimento, fatto dal cielo. Ogni goccia di pioggia è una minuscola sfera d'acqua e, quando la luce del sole la colpisce, succedono tre cose in rapida successione: la luce si rifrange entrando nella goccia e i colori iniziano a separarsi, si riflette sul fondo della goccia e si rifrange di nuovo in uscita, allargando ancora di più i colori.

Ogni goccia manda ai tuoi occhi un solo colore; l'arco completo è opera di milioni di gocce, ognuna delle quali porta la sua fetta di spettro. La geometria è rigorosa. La luce che lascia una goccia forma un angolo di circa 42 gradi con la direzione in cui viaggiava la luce del sole, quindi le uniche gocce che possono mandare luce ai tuoi occhi sono quelle a 42 gradi dal punto esattamente opposto al sole (per trovarlo in fretta: è dove cade l'ombra della tua testa). Tutte le direzioni a 42 gradi da quel punto disegnano un cerchio nel cielo, e quel cerchio è l'arcobaleno. La metà inferiore si vede di rado perché il suolo la nasconde. E un arcobaleno doppio? È la luce che si riflette due volte dentro ogni goccia prima di uscire, e manda il secondo arco, più debole, a circa 51 gradi con l'ordine dei colori invertito.

Come funzionano le bolle?

Una bolla di sapone è un velo d'acqua saponata che avvolge una sacca d'aria, spesso poche centinaia di nanometri, molto più sottile di un capello umano. I suoi colori vorticosi nascono da un terzo trucco della luce, che non richiede pigmenti né prismi: l'interferenza.

Quando la luce colpisce il velo, una parte si riflette sulla superficie esterna e una parte lo attraversa e si riflette sulla superficie interna. Due riflessioni della stessa luce escono dalla bolla a una frazione di lunghezza d'onda di distanza. Dove le onde si allineano cresta con cresta, si rinforzano a vicenda e quel colore si accende. Dove una cresta incontra una valle, si annullano e quel colore scompare. Quali colori sopravvivono dipende dallo spessore del velo, quindi mentre la bolla ruota e si assottiglia, i colori ruotano con lei.

Guarda con attenzione e una bolla ti dirà persino quando sta per scoppiare: man mano che il velo si svuota e diventa più sottile di qualsiasi lunghezza d'onda visibile, le riflessioni annullano quasi tutto e la cima della bolla diventa spettrale e quasi nera pochi istanti prima di scoppiare. La stessa fisica dipinge le macchie d'olio sulle strade bagnate, le piume del pavone e i riflessi di un CD. Gli scienziati la chiamano colore strutturale: colore creato dalla forma, non dalla sostanza.

Perché il cielo è blu?

Se sei arrivato fin qui, puoi già immaginare che la risposta non sia "perché il cielo è dipinto di blu". È un quarto modo in cui la luce crea il colore: la diffusione.

La luce del sole ci arriva bianca, con tutti i colori insieme. Mentre attraversa l'aria, urta innumerevoli molecole di azoto e ossigeno, molto più piccole della lunghezza d'onda della luce. Queste minuscole molecole non diffondono tutti i colori allo stesso modo. Lanciano in giro per il cielo le lunghezze d'onda corte, blu, con molta più forza di quelle lunghe, rosse, da cinque a dieci volte di più a seconda della tonalità (un effetto chiamato diffusione di Rayleigh, dal nome del fisico che ne ricavò la matematica). Così, quando guardi un punto qualsiasi del cielo lontano dal sole, la luce che arriva ai tuoi occhi è il blu diffuso fuori dal raggio, rimbalzato da molecola a molecola finché non ti ha trovato. E se ora ti chiedi perché il cielo non sia viola, visto che il viola si diffonde ancora più del blu: la luce del sole contiene meno viola fin dall'inizio e i tuoi coni rispondono appena al poco che arriva. Il cielo vota viola; i tuoi occhi eleggono il blu.

La stessa fisica spiega l'altra metà della giornata. Al tramonto la luce attraversa molta più atmosfera per raggiungerti e, quando arriva, il blu è stato completamente diffuso via, lasciando passare i rossi e gli arancioni più lunghi. Un mezzogiorno blu e un tramonto rosso sono la stessa luce del sole e la stessa aria, con un percorso di lunghezza diversa. Ancora una volta, il colore nasce non dal pigmento ma dal viaggio che la luce compie fino ai tuoi occhi.

Come funziona un CMY Cube? La miscela sottrattiva dei colori.

Ciano, magenta e giallo sono i tre colori primari sottrattivi. Ciascuno è definito da ciò che toglie: il ciano assorbe la luce rossa, il magenta quella verde e il giallo quella blu. Ciò che sopravvive al viaggio attraverso il filtro è il colore che arriva ai tuoi occhi.

Un CMY Cube mette tutti e tre i filtri su un unico oggetto. Guarda attraverso una sola faccia e vedi il colore di quella faccia. Guarda attraverso due facce insieme e i filtri si sommano, ognuno sottraendo la propria parte di spettro:

Questa è la miscela sottrattiva dei colori, la stessa fisica che c'è dietro vernici, inchiostri, vetrate colorate e stampa a colori. Gira il cubo e le combinazioni cambiano in continuazione, ed è per questo che non è mai uguale due volte. Da tre colori ne nascono decine.

Sottrattiva e additiva: perché gli schermi sono diversi

Ci sono due modi di creare il colore, e sono uno l'immagine speculare dell'altro. Lo schermo del tuo telefono usa la miscela additiva: parte dal buio e aggiunge luce rossa, verde e blu. Aggiungile tutte e tre e ottieni il bianco. I pigmenti, gli inchiostri e i CMY Cubes usano la miscela sottrattiva: partono dalla luce bianca e tolgono lunghezze d'onda. Sottrai tutto e ti avvicini al nero.

È la risposta a una domanda che ogni bambino fa e che la maggior parte degli adulti non sa spiegare: perché mescolare le vernici dà colori diversi dal mescolare la luce? Ora puoi dimostrarlo dalla tua scrivania.

Cosa significa la K?

In teoria, ciano più magenta più giallo fa nero. In pratica, gli inchiostri mescolati producono un marrone scuro e fangoso, quindi le stampanti aggiungono un quarto inchiostro: la K, da "key". Ecco il CMYK, il modello alla base di quasi tutto ciò che è mai stato stampato. The K Cube esplora quell'estremità in ombra dello spettro, un nero traslucido e profondo che studia l'assenza di colore con la stessa precisione dei suoi fratelli CMY.

I cinque solidi platonici, in colori traslucidi

Oltre 2.000 anni fa, Platone descrisse cinque forme 3D perfette: gli unici solidi le cui facce sono poligoni regolari identici che si incontrano allo stesso modo in ogni vertice. Ne era così affascinato da abbinare ciascuno a un elemento classico. Sono esattamente cinque, non ce ne sarà mai un sesto, e la nostra gamma geometrica dà vita a ognuno di loro.

Dal piatto al solido: 2D e 3D

Ogni solido platonico ha un cugino piatto. Un poligono regolare è la versione 2D della stessa idea: ogni lato della stessa lunghezza, ogni angolo della stessa ampiezza. Un triangolo equilatero, un quadrato perfetto, un pentagono regolare. E il bello del 2D è questo: l'elenco non finisce mai. Puoi disegnare un esagono regolare, un ottagono regolare, un 17-gono regolare, un 1.000-gono regolare. Lo spazio piatto è infinitamente generoso.

Sali di una dimensione e quella generosità svanisce. Costruisci con gli stessi poligoni perfetti in 3D, pretendendo la stessa regolarità in ogni vertice, e l'elenco infinito crolla a esattamente cinque solidi. Questo precipizio fra le dimensioni è uno dei risultati più sorprendenti della geometria, e la dimostrazione è abbastanza semplice da stare nella prossima sezione.

In 2D: i poligoni regolari non finiscono mai

Triangolo, quadrato, pentagono, esagono, 17-gono, 1.000-gono...

In 3D: uno sviluppo piano si piega in un solido

Sei quadrati diventano un cubo. Sono possibili solo cinque solidi.

Il ponte fra i due mondi è lo sviluppo piano: apri un cubo lungo i suoi spigoli e si appiattisce in una croce di sei quadrati, il solido 3D disteso in 2D. Stampane uno, piegalo e avrai costruito un solido platonico con le tue mani, un classico delle lezioni in classe per una buona ragione. E se ti chiedi se lo schema continui salendo di dimensione: in quattro dimensioni ci sono esattamente sei forme regolari, e dalle cinque dimensioni in su solo tre. Le tre dimensioni, con i loro cinque solidi perfetti, sono il posto davvero interessante in cui vivere. Che fortuna.

Cosa rende platonico un solido? E perché solo cinque?

Le regole per farne parte sono rigide. Un solido platonico deve essere convesso (senza rientranze), ogni faccia deve essere lo stesso poligono regolare (tutti i lati uguali, tutti gli angoli uguali, come un triangolo equilatero o un quadrato perfetto) e in ogni vertice deve incontrarsi lo stesso numero di facce. Se manca anche solo una di queste condizioni, sei fuori dal club.

Perché solo cinque? Dipende da ciò che può succedere in un vertice. Per piegare forme piatte in un vertice 3D, gli angoli che si incontrano lì devono sommarsi a meno di 360 gradi. Se arrivi esattamente a 360, le forme restano piatte come una piastrella. Se superi, non riescono a chiudersi. Passa in rassegna le possibilità e l'elenco si esaurisce da solo:

• Triangoli equilateri (60° ciascuno): tre in un vertice fanno 180° (il tetraedro), quattro fanno 240° (l'ottaedro), cinque fanno 300° (l'icosaedro). Sei fanno 360°, e restano piatti. Vicolo cieco.
• Quadrati (90° ciascuno): tre in un vertice fanno 270° (il cubo). Quattro fanno 360°. Piatto. Vicolo cieco.
• Pentagoni regolari (108° ciascuno): tre in un vertice fanno 324° (il dodecaedro). Quattro superano i 360°. Impossibile.
• Esagoni regolari (120° ciascuno): tre fanno già 360°. Rivestono magnificamente il pavimento del tuo bagno, ma non si piegheranno mai in un solido.

3 esagoni = 360°

Restano piatti per sempre

3 pentagoni = 324°

Lo spazio si chiude in 3D: nasce un dodecaedro

Conta: tre solidi dai triangoli, uno dai quadrati, uno dai pentagoni. Cinque. Esattamente cinque, per sempre. Nessuna nuova scoperta, nessuna ingegneria geniale, nessuna matematica futura ne aggiungerà mai un sesto. Euclide lo dimostrò come gran finale dei suoi Elementi intorno al 300 a.C., ed è ancora uno dei risultati più ordinati di tutta la geometria.

Esistono molti altri solidi bellissimi, solo che piegano le regole. Ammetti più di un tipo di faccia regolare e ottieni i solidi archimedei, come l'icosaedro troncato, che mescola esagoni e pentagoni ed è meglio noto come pallone da calcio. Ammetti vertici non identici e ottieni prismi e antiprismi. I cinque platonici sono le uniche forme che rispettano tutte le regole insieme, ed è per questo che affascinano i pensatori da oltre due millenni, e per questo li abbiamo fatti tutti e cinque traslucidi: la geometria perfetta merita di essere attraversata con lo sguardo, non solo guardata. Scopri tutti e cinque.

Come è fatto un CMY Cube

Ogni cubo nasce otticamente trasparente, lucidato a diamante alla perfezione perché la luce entri ed esca senza distorsioni. Poi ogni faccia viene sigillata con il colore, ed è quel sigillo a compiere la miscela. Il processo di produzione esatto è riservato, che è un modo gentile per dire che resta un nostro segreto.

Il sigillo di colore è anche il motivo per cui siamo esigenti sulla cura: niente acqua, niente spray, niente detergenti chimici. Un panno asciutto in microfibra (o il nostro CMY Klean) mantiene brillante la fisica.

Perché non ci chiamiamo "CMY Kubes"?

Ce lo chiedono spesso, e la risposta si nasconde nella Parte uno. La K di CMYK è la confessione della stampa: gli inchiostri mescolati non arrivano a un vero nero, quindi l'industria della stampa ne aggiunge un quarto per finire il lavoro. Il cubo non ha mai bisogno di quell'aiuto. Tienine uno alla luce, guarda attraverso tutte e tre le facce insieme e ciano, magenta e giallo filtrano lo spettro fino al nero da soli. Nel cubo non c'è nessuna K, quindi non c'è nessuna K nel nome.

CMY non è un errore di battitura né una stranezza di marca. È tutto il senso: tre colori, miscela puramente sottrattiva, niente di aggiunto. Quanto di più vicino a una K è The K Cube, il nostro nero traslucido e profondo, e anche quello esiste per esplorare cosa succede quando il colore esce dalla stanza. Inoltre, detto fra noi, scrivere cube con la K ci avrebbe perseguitato per sempre.

Non fidarti solo della nostra parola

Vsauce, uno dei canali scientifici più amati al mondo, ha presentato il CMY Cube in uno Short dedicato sulla miscela sottrattiva dei colori, con un ringraziamento speciale a "il team di cmycubes.com". Il cubo è comparso anche accanto alla Curiosity Box, la scatola in abbonamento di scienza di Vsauce. I divulgatori scientifici lo scelgono per lo stesso motivo di insegnanti e genitori: trasforma un'idea astratta in qualcosa che puoi tenere in mano, girare e mettere alla prova da solo.

Oltre lo schermo

Ecco un segreto che l'industria dei display non pubblicizza: nessuno schermo può mostrarti tutti i colori che il tuo occhio riesce a vedere. Gli scienziati del colore rappresentano la visione umana come una regione a forma di ferro di cavallo chiamata diagramma di cromaticità, standardizzato per la prima volta nel 1931. Ogni schermo crea i suoi colori da tre punti di luce rossa, verde e blu, quindi i colori che può riprodurre sono intrappolati dentro un triangolo disegnato fra quei tre punti. Quella regione si chiama gamut dello schermo, e tutto ciò che sta fuori, compresi i ciani e i verdi spettrali più profondi, semplicemente non può apparire su un display.

Un CMY Cube sta dall'altra parte di quel limite. Non genera il colore da tre punti di luce. Filtra vera luce bianca continua, da una finestra soleggiata o da una lampada da scrivania, quindi i colori che arrivano ai tuoi occhi sono vincolati dalla fisica, mai da un gamut. La differenza fra vedere un ciano spettrale su un monitor e vederlo attraverso un cubo sollevato al sole del mattino è la differenza fra la foto di un luogo e starci dentro.