Come fingere di essere colorati

Questa farfalla non è blu.Continua a leggere

Da dove viene il colore sulle bolle di sapone?

Le bolle di sapone sono per la maggior parte acqua e, come vediamo tutti i giorni, l’acqua riflette parte della luce che le arriva contro. Quindi, quando i raggi di luce arrivano sulla bolla, una parte di loro rimbalza direttamente dalla superficie.

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CC0 sherioz/pixabay.com

Il resto entra nel sottile strato di acqua e sapone che forma la bolla. Al suo interno, la luce viaggia tranquillamente, finché non lo ha attraversato tutto e incontra un’altra superficie: quella tra l’acqua e l’interno della bolla. Come quella esterna, anche questa riflette un po’ di luce. Perciò una parte della luce è costretta a tornarsene verso l’esterno, da dove è venuta.

I riflessi sulle superfici interna ed esterna che si amplificano a vicenda con l’interferenza. Credit: Jhbdel, via wikimedia.

Appena questi raggi escono dalla bolla, però, incontrano quelli che stanno rimbalzando sulla superficie. Come sempre, quando due onde si incontrano, anche questi raggi di luce fanno interferenza l’uno con l’altro.

Diversi colori, ovvero luce di lunghezze d’onda diverse, escono più o meno sincronizzati coi loro corrispettivi che stanno rimbalzando sulla superficie. A volte sono in sintonia (o in fase, se vogliamo essere pomposi), amplificandosi a vicenda, altre sono sfasati e si smorzano.

Riflessi smorzati dall’interferenza. Credit: Jhbdel, via wikimedia.

I colori che escono amplificati ci appaiono come lievi sfumature sulla superficie della bolla.

Lo spessore dello strato d’acqua determina quanto sfasate sono le due onde, e perciò che colore vediamo sulla superficie. Basta una variazione minima—un punto leggermente più spesso, o anche un microscopico accumulo di sapone in un punto—perché venga scelto un colore piuttosto che un altro. Siccome questi cambiamenti di spessore sono graduali, le sfumature attraversano tutti i colori, creando piccoli arcobaleni cangianti sulla superficie.

La stessa proprietà si usa per creare i rivestimenti antiriflesso nelle lenti di occhiali e macchine fotografiche. Il rivestimento è formato da strati sovrapposti di diverso spessore, ognuno dei quali è esattamente calcolato per cancellare un colore preciso. Messi assieme cancellano tutta la luce che verrebbe riflessa. Guardando la lente da angoli diversi, si vede luce riflessa diversamente, e qualche sfumatura cangiante appare.

Perciò, la prossima volta che vedete una bolla di sapone, magari soffermatevi ad ammirare la sua magica superficie. Anche solo un attimo, prima di abbandonarvi all’irresistibile tentazione di scoppiarla.

 

Foto copertina: Untitled, CC-BY-NC Leolein, via Flickr. Some rights reserved.

Cosa hanno in comune le chitarre e il cervello?

La forma delle chitarre non è solo estetica: serve a darle il suo suono. E ci aiuta a capire come funziona il nostro cervello.

Pizzicando la corda di una chitarra, tutta la sua lunghezza viene attraversata da una vibrazione, un fremito. Da una parte, questa vibrazione va a sbattere contro la fine della corda, dall’altra con il dito del chitarrista. In entrambi i casi, rimbalza e torna indietro, andando a scontrarsi con quella che viene dall’altra parte.

Appena si scontrano, le vibrazioni fanno interferenza, e siccome viaggiano molto veloci lungo la corda, presto si stabilizzano in un’onda.

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Vibrazioni rimbalzano sul bordo di una corda immaginaria e interferiscono, creando un’onda stazionaria. CC-BY-SA Davidjessop via Commons.

Però questa non è un’onda qualsiasi: la lunghezza del tratto di corda che percorre tra un rimbalzo e l’altro (insieme ad altre cose) le lascia prendere solo alcune frequenze particolari. In particolare, quelle che fanno sì che sembri stare ferma in un posto (e perciò si chiamano onde stazionarie).

Una delle onde stazionarie nel corpo di una chitarra. Credit: Cardiff University

Anche il corpo riceve la vibrazione, e si comporta una specie di grande (e più complicata) corda: la vibrazione gli viaggia attraverso, rimbalza ai bordi e crea un’onda stazionaria.

La combinazione di queste onde è la nota che sentiamo. E tutto questo succede per ogni singola nota che viene suonata.

La forma del corpo, quindi, determina parte del suono.

Stando ad uno studio recente, il nostro cervello fa qualcosa di molto simile: anche a riposo, i neuroni sono sempre impegnati a mandarsi impulsi elettrici, che ci rimbalzano avanti e indietro in testa. Secondo gli scienziati, la geometria della rete dei neuroni fa sì che tra questi segnali si creino interferenze. Così, alcune frequenze vengono “scelte”, mentre le altre vengono smorzate proprio come in una chitarra.

Ognuno ha in testa un raffinato strumento con una voce unica. Che suono ha il vostro?

 

Foto copertina: Live at the O2, Dublin Mark Knopfler, CC-BY-NC-ND Sean Rowe, via Flickr. Some rights reserved.

Interferenza costruttiva

Di solito pensiamo alle interferenze come a fastidiosi disturbi. Ma sono molto di più, e aiutano la missione eLISA a svelare uno degli ultimi misteri della relatività.

Semplificando, se lanciamo due sassi in uno stagno e guardiamo come interferiscono tra loro le increspature che creano, possiamo calcolare (con l’interferometria) quanto sono lontani tra loro.

La misura è tanto più precisa quanto meglio conosciamo le onde. La luce laser è ottima per questo perché è un’onda estremamente regolare, e si può impostare molto precisamente.

La missione eLISA dell’Agenzia Spaziale Europea, prevista per il 2034 è fatta di tre sonde, che orbitano attorno al Sole, non troppo lontane dalla Terra, a circa 1 milione di chilometri l’una dall’altra. Usando l’interferometria laser e strumentazioni accuratissime, eLISA misurerà questa distanza al miliardesimo di millimetro.

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Dentro ogni sonda c’è un cubo d’oro. La distanza tra questi cubi è quella che davvero ci interessa. Perciò ognuno è schermato da qualunque cosa lo possa muovere dal percorso stabilito: è in orbita (quindi in caduta libera come gli astronauti), e la sonda che lo contiene si sposta per assorbire ogni altra forza, perfino la spinta del vento solare.

La tecnica con cui la sonda sta intorno al cubo e assorbe le forze non si può testare sulla Terra, perciò la scorsa settimana è partita la missione LISA Pathfinder.

Le misure di eLISA saranno così precise e i cubi così isolati che si dovrebbe poter rilevare i microscopici spostamenti tra loro causati dalle onde gravitazionali.

E se non le trovassimo? Sarebbe comunque un gran risultato. Sarebbe la prima volta che la teoria relatività si sbaglia. Vorrebbe dire che abbiamo qualcosa di nuovo da imparare sull’universo.

Immagini: ripples, CC-BY-NC-ND Geoanne Millares, via Flickr. Some rights reserved, Artist’s impression of eLISA formation, AEI/MM/exozet