La conquista dell’Invisibile! 1°parte: L’occhio e i suoi limiti

L’assoluta necessità dell’invisibile

Se non fosse così, se noi fossimo organismi sensibili al punto che un atomo singolo o anche un piccolo numero di atomi, potesse produrre un’impressione  percettibile sui nostri organi di senso, cielo, che cosa mai sarebbe la vita?

   Erwin Schrödinger -  Che cos’è la vita

Quello che Schrödinger dice a proposito degli atomi può essere trasporto anche a batteri, virus  e tutti quegli esseri che popolano la materia, che colonizzano il nostro corpo, si annidano nei nostri letti e che noi, per fortuna, non vediamo se no “ cielo , cosa sarebbe mai la vita?”

I processi evolutivi  hanno operato in modo che i nostri  occhi si sviluppassero  per utilizzare la luce solare, le orecchie per udire i suoni più importanti per la nostra esistenza, le mani  per afferrare oggetti essenziali alla conservazione della vita,  Il naso … per evitare i mezzi pubblici (per fortuna il senso dell’odorato è meno sviluppato  che in altri animali se no “cielo , cosa sarebbe mai la vita?”). In generale i sensi dell’uomo funzionali alla sua sopravvivenza, risultano molto rozzi  per altri versi.

Prendiamo il suono, sebbene l’orecchio possa percepire i suoni in un largo campo di tono e d’intensità , ce ne sono altri che non può percepire perché, forse, non servirebbero ad alcuno scopo pratico. Per esempio, i suoni  molto più acuti oltre la tastiera del pianoforte non sono percepiti dal nostro  orecchio ottuso, ma da cani e pipistrelli sì! ( peccato che le sciocchezze abbiano frequenze identiche alla cose importanti e rientrino perfettamente nel nostro campo uditivo! Errore evolutivo o prova provata dell’ ineluttabile destino di estinzione degli umani?)

Questa selezione evidente per i  suoni è ancora più evidente per ciò che  riguarda la luce. Solo le radiazioni comprese nello spettro del visibile sono percepibili dall’occhio umano e quindi solo quelle comprese  tra 380 e 720 nm:   perché un oggetto sia visibile, deve essere più grande della lunghezza d’onda della luce lo illumina. Chiaro quindi che tutto ciò che è inferiore a quella lunghezza d’onda sfugge alla luce, e al nostro occhio,  ma potrebbe essere captato da altre radiazioni dello spettro elettromagnetico ( fasci di elettroni, per esempio.).

Ma non basta, il nostro occhio ha dei limiti risolutivi anche nel campo del visibile: vediamo brevemente come funziona.

L’occhio umano e’ un sistema ottico relativamente semplice, costituito da un diottro (cornea, occhio umor acqueo, e umor vitreo) di indice di rifrazione 1.33 e da una

lente biconvessa, il cristallino, di indice di rifrazione 1.44, in cui la curvatura della faccia anteriore può essere modificata dalla contrazione dei muscoli ciliari, variando così la distanza focale della lente (accomodamento). Cornea, camera anteriore, cristallino e camera posteriore nel loro complesso formano una lente convergente (provvista di una distanza focale variabile fra 2,4 e 1,7 cm) che proietta le immagini sulla retina, rimpicciolite e capovolte. Una membrana muscolare, l’iride, al cui centro e’ ricavata un’apertura, la pupilla, serve a regolare la quantita’ di luce che entra nell’occhio.

 Per vedere un oggetto distintamente è necessario la messa a fuoco cioè che sulla retina

(delicato strato di fibre nervose) dell’occhio umano si formi un’immagine nitida, trasferita attraverso il nervo ottico al cervello. Il cristallino ha le proprietà di una lente convergente in grado di modificare la sua forma e quindi la sua distanza focale (intervallo di spazio in cui e’ possibile la messa a fuoco); la sua elasticità consente all’occhio normale di “accomodarsi”per una visione distinta per tutte le distanze comprese tra
d min = 250 mm distanza della visione distinta più vicina all’occhio o punto prossimo e l’infinito punto remoto.

Quando si vuole esaminare un piccolo oggetto nei suoi dettagli, lo si avvicina il più possibile agli occhi, affinché l’angolo di osservazione sia il più piccolo possibile e l’immagine retinica la più grande possibile, ma, come detto, la minima distanza alla quale l’occhio può adattarsi per una messa a fuoco visione distinta è quella del punto prossimo.

Per ovviare a questo “ inconveniente” si fa ricorso all’uso di sistemi ottici o sistemi di lenti

Già gli antichi probabilmente utilizzavano specchi concavi o bocce sferiche di vetro per

ingrandire. Nerone , miope e megalomane, usava uno smeraldo per mettere ben a fuoco i feroci giochi circensi. Visto che tutti i miei smeraldi risultavano inidoei a tale funzione ho provato l’effetto ingrandimento di alcune bottiglie sferiche piene d’acqua e questi sono i risultati

Ma come funziona una lente d’ingrandimento? Quando i raggi luminosi,  che si muovono in linea retta, colpiscono la superficie curva di una lente di vetro, la loro direzione viene bruscamente deviata: siccome il vetro è molto più denso dell’aria, i raggi ,

mentre lo attraversano vengono  letteralmente piegati, ossia messi a fuoco. Ciò avviene perché la lente convessa,  usata in tutti gli apparecchi d’ingrandimento, ha il suo massimo spessore al centro e va assottigliandosi sempre più ai margini. Poiché i raggi luminosi, che attraversano la porzione più grossa di vetro, devono percorrere una via più lunga rispetto a quelli che attraversano gli strati più sottili, impiegano, per passare, un tempo maggiore.

Ne risulta che i raggi convergono dalla parte opposta in un punto detto fuoco.

Il vetro  ha capacità variabile di mettere a fuoco la luce  a seconda della sua composizione,  che incide sul suo indice di rifrazione. La qualità del vetro e quindi il suo indice di rifrazione è una caratteristica fondamentale per determinare la qualità di un microscopio.

Inoltre, la lente convessa ha una lunghezza focale maggiore di quella dell’occhio umano e questo determina l’ingrandimento: la sua misura è in rapporto con la curvatura della lente e con la distanza dell’oggetto da quella.

La figura a lato  dà un’ idea di come una lente convessa ingrandisca gli oggetti:

Lo stesso  principio è applicato ad un microscopio semplice o composto. Quest’ultimo ha due lenti invece di una sola  e l’oggetto viene quindi ingrandito due volte  Quando i raggi da un oggetto  passano attraverso una lente unica, l’immagine è proiettata capovolta, come nel caso dell’occhio. Quando sono in azione due lenti,

l’immagine viene  drizzata e molto ingrandita.

Ma che idee avevano gli antichi dell’ mondo invisibile e dei suoi eventuali abitanti?Idee molto vaghe.

Varrone, ( 116  a.C. 27 a.C.) nel suo “ De re rustica”, un’ opera didascalica di elogio dell’agricoltura, parla di animali così minuti che l’occhio non li può vedere e di insetti cattivi; la Scuola Salernitana (XI sec) predicava  di evitare il contatto con i malati di vaiolo per scongiurare il contagio, ma furono eccezioni. I più pensavano a collere celesti, magia, emanazioni, che si insinuavano in ambienti esterni al corpo, a veleni che provenivano da corpi putrefatti, a vapori che si levavano dalle paludi, ecc.  Superstizioni e in ogni caso si attribuiva la responsabilità del  contagio a cose inanimate.

Girolamo Fracastoro  medico e poeta  veronese del 500, per primo intuì che il contagio avveniva attraverso qualcosa di vivo e per questo alcuni lo considerano il padre della microbiologia, la scienza dei microbi. Fracastoro parlò di seminaria invisibili esseri viventi  che si trasmettevano  da persona a persona , ma non potè dimostrarlo perché gli strumenti  in suo possesso non  lo permettevano.

Gli strumenti  adatti ad ingrandire nacquero probabilmente con Galileo che costrui un occhialino per vedere le cose minime e lo inviò al principe Federigo Cesi, fondatore dell’Accademia dei Lincei, per dimostragliene il funzionamento.

Nei post successivi, però, parlerò  di  Leeuwenhoek uno strano tipo che, anche  se forse non fu il primo a costruire un microscopio, fu sicuramente il primo a fare osservazioni davvero notevoli  e ad aprire una finestra sull’infinitamente piccolo.

continua …