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Il motivo per cui le teorie dei colori di Isaac Newton (1642-1727) e di Wolfgang Goethe (1749-1832) vengono presentate insieme nonostante le separi un secolo di tempo, è che dagli inizi dell'800 furono percepite come antagoniste l'una dell'altra. Lo stesso Goethe quando mandò alle stampe nel 1808 la sua Teoria dei Colori, pensava di avere dato un colpo di grazia alle teorie scientifiche di Newton. Goethe ed una vasta cerchia di artisti ed intellettuali, pensavano che la teoria di Newton fosse un errore, un eccesso di fiducia da parte dell'uomo nei confronti delle sue capacità razionali, e che un fenomeno naturale come quello dei colori, apportatore di intense emozioni estetiche ed emotive, non potesse essere spiegato attraverso una teoria scientifica meccanicistica.
La teoria di Newton, nonostante il tentativo di Goethe, rimase la base per gli sviluppi successivi della ricerca scientifica sui fenomeni legati all'ottica e alla luce, mentre la teoria di Goethe ebbe un certo seguito nel mondo dell'arte, perchè poneva al centro della fenomenologia dei colori l'uomo e i suoi sensi. Tale attenzione da parte di Goethe al ruolo attivo dei sensi nella visione dei colori si rivelò, comunque, come vedremo più avanti, un intuizione valida scientificamente, come dimostrarono i risultati delle ricerche condotte nell'800, in tempi diversi, dai due scienziati britannici Thomas Young (1773-1829) e Charles Maxwell (1831-1879).

Fino a quel momento si credeva che la luce fosse bianca, in tutto e per tutto, e che l'apparizione dei colori, quando la luce colpiva particolari oggetti (vetri spessi, superfici di acqua), era il segno di una sorta di processo di contaminazione della luce da parte delle cose terrene. Il sole, incarnazione del divino, poteva solo emettere una luce pura, cioè bianca.

Disegno di Newton rappresentante l'esperimento sulla scomposizione e ricomposizione della luce.

Agli inizi del 1666 Newton fece il seguente esperimento: schermando una finestra con una tavola e forandola, fece entrare un fascio stretto di luce in una stanza buia, egli fece attraversare al raggio di luce un prisma, proiettando la luce che ne fuoriusciva su uno schermo bianco. Sullo schermo bianco apparvero nitidissimi i colori dell'arcobaleno in una sequenza che andava dal rosso al violetto, lungo una striscia sfumata che Newton chiamò spettro della luce. Dopo aver fatto ciò Newton isolò uno dei raggi colorati e gli fece attraversare un altro prisma e il raggio fuoriuscì dal prisma mantenendo lo stesso colore. Alla fine Newton si produsse in quello che viene considerato l'esperimento cruciale che dimostrò che i colori hanno a che fare con un data proprietà fisica della luce: lo scienziato fece passare il raggio di luce scomposto attraverso una lente, e mettendo a fuoco su uno schermo la luce scomposta che veniva fuori dalla lente ottenne di nuovo la radiazione luminosa bianca.

Supportato da una lunga serie di esperimenti Newton giunse alla conclusione che la luce bianca era una miscela di luci colorate che lui pensò essere corpuscoli di diverso spessore, e che tali corpuscoli quando incontravano un materiale diverso dall'aria venivano deviati (diffratti) in misura maggiore via via che si andava dal violetto al rosso, per questa ragione facendo passare la luce attraverso un prisma apparivano sulla parete i colori dello spettro.

Il cerchio dei colori di Newton

A partire dell'osservazione dei colori dello spettro Newton disegnò il cerchio dei colori sul quale i colori dello spettro venivano riportati insettori la cui larghezza era in relazione a quella osservata nello spettro. La posizione dei colori sul cerchio definiva le relazioni di qualità tra i colori stessi, Newton immaginò che tra i colori potessero esserci delle relazioni armoniche come tra le sette note musicali, e che i colori vicini tra di loro (adiacenti) sviluppassero rapporti armonici, mentre i colori che si trovavano in opposizione (complementari) avevessero tra loro una relazione dinamica.

Newton giunse inoltre alla conclusione che il colore degli oggetti che ci circondano è legato al modo di reagire delle superfici alla luce. Un oggetto rosso ha questo colore perchè trattiene tutti gli altri colori e ci spedisce indietro solo il rosso. Escluse del tutto la possibilità che al buio vi potessero essere dei colori, proprio perchè i colori sono inscindibilmente legati alla presenza della luce.

Newton era consapevole del fatto che molto probabilmente, per capire fino infondo il fenomeno dei colori, bisognava indagare sui meccanismi fisiologici capaci di generare la sensazione dei colori. Newton non esplorò questa via poichè non possedeva gli strumenti adatti ad indagare, ma non escluse che i colori potessero essere un prodotto dell'apparato occhi-cervello. I risultati delle sue ricerche sulla luce e la visione vennero pubblicati nel 1704 nel trattato da titolo OPTIKS, uno dei capolavori della letteratura scientifica.

Wolfgang Goethe diede inizio ai suoi esperimenti sulla luce adoperando in modo erroneo il prisma. Provò a guardare una parete bianca attraverso un prisma e dato che nonostante il prisma la continuava a vedere bianca, concluse che Newton aveva commesso un errore e che la luce del sole non era una miscela dei colori dello spettro. Goethe non aveva ripetuto correttamente l'esperimento di Newton che consisteva nel far passare del prisma un fascio di luce stretto e si limitò ad osservare delle vaste superfici ignorando che la luce riflessa in ogni punto della parete veniva scomposta ma che i colori scomposti su una superficie vasta venivano a miscelarsi di nuovo riproducendo il bianco, difatti solo ai bordi di vaste superfici è possibile vedere lo spettro luminoso.

Uno dei cartoncini ideati da Goethe, con i quali egli realizzò i suoi esperimenti sulla scomposizione.

Goethe continuò a fare degli esperimenti e scoprì che osservando superfici di colore uniforme si vedevano apparire i colori dello spettro ai margini delle figure. Disegnò allora una striscia nera su uno sfondo bianco e si accorse che nel confine tra lo sfondo bianco e la striscia nere guardando con il prisma si vedeva apparire lo spettro. Concluse che il colore si produceva dall'incontro del nero e il bianco attraverso un processo di contaminazione del bianco da parte del nero e che quindi i colori venivano generati dal nero.

I presupposti da cui Goethe partì lo condussero a delle conclusioni errate sul fenomeno della generazione dei colori, da questo punto di vista la teoria di Newton risultò inattaccabile, per quanto Goethe pensò di averla confutata definitivamente.
A Goethe va dato comunque il merito di essere stato tra primi ad indagare sul modo in cui i contesti modificano le sensazioni dei colori. Mostrò in modo evidente come la visione dei colori sia un modo dell'organismo, in particolare dell'apparato visivo, di reagire agli stimoli luminosi provenineti dall'esterno.

Goethe realizzò una serie di esperimenti sulle ombre colorate e sull'influenza reciproca dei colori che mostravano come l'occhio partecipi tutt'altro che passivamente alla ricostruzione delle sensazioni di colore. Goethe si accorse come un dato colore veniva percepito in modo diverso a seconda dello sfondo su cui era posto. Nella figura riportata al lato, si possono osservare tre coppie di rombi dello stesso colore, la prima verde, la seconda magenta, la terza grigia. Ogni elemento della coppia è posto su uno sfondo diverso (blu e arancio), si nota come nonstante i colori siano a coppie uguali, vengono percepiti come differenti in relazione allo sfondo su cui sono posti (il rombo grigio appare grigio sullo sfondo blu, e tendente al verde-blu sullo sfondo arancio).

Studiando le ombre prodotte da luci fortemente colorate Goethe si rese conto di come l'occhio tendesse a vedere le ombre, per esempio, proiettate da un luce verde come fortemente colorate di rosso, scoprì insomma che alla visione di un colore l'occhio reagisce tingendo i colori adiacenti con il suo complementare individuabile nel cerchio di Newton come il suo opposto. Anche Goethe realizzò un cerchio dei colori analogo a quello di Newton (vedi immagine al lato).