Luce e visione. Illusioni, distorsioni e miraggi

Luce e visione. Illusioni, distorsioni e miraggi

  • Il nostro sistema visivo non è perfetto: una serie di eventi, legati sia alle condizioni ambientali, sia agli elementi del nostro corpo che ricevono i segnali, determina interpretazioni errate ma affascinanti, come le illusioni ottiche.

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La visione è il risultato di una complessa catena di eventi naturali (la composizione della luce e la sua interazione con l'ambiente) e di elementi del nostro corpo in grado di ricevere la luce (occhio), trasformarla in segnale bioelettrico (fotorecettori disposti sulla retina) che viene in primo luogo trasportato al cervello (nervo ottico e via visiva) e in seguito elaborato creando un'immagine con un significato (la corteccia visiva del nostro cervello).

Questa complessità, anche in condizioni normali, fa sì che il nostro sistema visivo non sia perfetto, capace di interpretare oggettivamente la realtà: è un senso affascinante che ci fa vivere la bellezza di ciò che ci circonda, nato per vivere efficacemente nel contesto in cui la persona si trova. Per questo sono numerose le occasioni in cui il nostro sistema visivo interpreta erroneamente gli elementi dell'ambiente: pensiamo ad esempio alle cosiddette illusioni. Siamo ingannati per vari motivi: a causa di come il sistema visivo interpreta le figure, percepisce i colori o di erronee interpretazioni causate dal contesto culturale in cui il nostro cervello si è formato.

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Esempio di illusione ottica dove onde in bianco e nero sembrano muoversi, creando un effetto tridimensionale.
Qui qualche altro esempio:
Illusione relativa alle dimensioni >
Illusione relativa al colore >
Illusione relativa alla prospettiva >

Tuttavia, nel nostro quotidiano ci affidiamo completamente alla visione, vivendo nel cortocircuito per cui ciò che vediamo è la realtà. Siamo una specie così affidata alla vista che il nostro sistema centrale talvolta modifica la percezione degli altri sensi, facendogli prendere degli abbagli, perché il segnale fornito dalla visione contrasta con quanto rilevato dagli altri sensi (come accade nel cosiddetto Effetto McGurk).

La percezione visiva del contesto in cui viviamo può essere differente dall'oggettiva realtà anche per motivi naturali che, intervenendo sul tragitto della luce, possono produrre immagini distorte o non corrispondenti alla realtà.

Una distorsione dell'immagine molto comune la sperimentiamo ad esempio ogni volta che la luce proveniente da un oggetto, e diretta verso il nostro occhio, subisce una deviazione attraversando due materiali differenti - fenomeno detto rifrazione della luce - per esempio quando osserviamo un animale in acqua. Un raggio di luce diffuso da un pesce cambia ambiente passando dall'acqua all'aria; nel punto in cui attraversa la superficie di separazione tra i due elementi la direzione del moto della luce subisce una deviazione. Questo effetto dà vita ai fenomeni di distorsione che sperimentiamo osservando un oggetto parzialmente immerso in acqua e che ci appare "spezzato" come la celebre matita.

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Un'illustrazione che mostra il fenomeno della rifrazione: a sinistra, una matita in un bicchiere vuoto, mentre a destra, la stessa matita immersa in acqua, sembra spezzata a causa della deviazione della luce quando passa attraverso due mezzi (aria e acqua) con densità diverse (e quindi indice di rifrazione diverso).

A pencil in water

ShineÆXLVII, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons. 

Ovviamente non è la matita ad essere spezzata, ma l'immagine ci appare tale in quanto il nostro sistema visivo non può "sapere" che la luce ha deviato ed essendo abituato a formare immagini basandosi sul fatto che la luce si muove in linea retta in aria, crea un'immagine in cui è l'oggetto ad essere spezzato. Questa percezione errata è ben nota, anche se solo istintivamente, grazie all'evoluzione, a tutti quei predatori che vivono in un ambiente ma cacciano in un altro: il martin pescatore, il gabbiano, il pesce arciere sono solo alcuni degli animali che sanno che la loro preda non è esattamente nel punto percepito con gli occhi e dirigono il loro attacco in un punto leggermente spostato per compensare la deviazione della luce.

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Gabbiano intento a pescare. 

La rifrazione è anche all'origine dei fenomeni noti come miraggi. Spesso raccontati erroneamente come visione di elementi inesistenti come oasi o distese di cibo, i miraggi li sperimentiamo quando in piena estate, in giornate torride, vediamo l'effetto di "asfalto bagnato" e, osservando attentamente, possiamo percepire in quell'alone una seconda immagine dello sfondo.

La deviazione della luce avviene tra due materiali che differiscono per un parametro detto indice di rifrazione; l'indice varia anche tra due zone di identico materiale se, per esempio, esse sono a temperature molto differenti. In estate, sotto il sole cocente, superfici come l'asfalto o la sabbia si surriscaldano molto e riscaldano l'aria sopra di essi creando una diminuzione di temperatura graduale man mano che ci si allontana dal terreno, a strati orizzontali, fino a raggiungere la temperatura ambiente. Questi strati di aria a temperatura differente determinano una graduale distorsione della luce e il risultato è che un raggio proveniente, per esempio, da un'auto sulla strada di fronte a noi e diretto verso l'asfalto, viene gradualmente deviato fino ad essere così tanto distorto da raggiungere i nostri occhi e formare una seconda immagine dell'auto.

Mirage over a hot road

Esempio di "miraggio" su una strada con asfalto molto caldo. Yuri Khristich, CC0, via Wikimedia Commons. 

Il miraggio è quindi un'immagine creata da una deviazione "verso l'alto" della luce; esiste anche un fenomeno più complesso, con immagini prodotte da una composizione di deviazioni della luce "verso il basso" - creata da un gradiente di temperatura dove gli strati inferiori sono più freddi di quelli superiori- e "verso l'alto". Questo effetto distorce molto le immagini rendendole irriconoscibili e prende il nome di Fata Morgana.

Desert mirage 62907

Esempio di distorsione dovuta all'effetto Fata Morgana. I, Brocken Inaglory, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons. 

Qui la bibliografia e sitografia >

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a cura di Giuliano ZendriTommaso Rosi di Level Up Trento, co-curatori della mostra REAL

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