Innanzi tutto, la luce deve avere lunghezza d'onda all'interno delcosiddetto "spettro visibile", ossia compresa circa fra 400 e 700 nanometri. L'ampiezza dello spettro visibile dipende dagli spettri di assorbimento dei fotorecettori presenti nella retina. Questi sono cellule di forma allungata dotate di una sezione esterna specializzata per l'assorbimento della luce. Nel processo di assorbimento, l'interazione fra i quanti di luce e speciali molecole dette "pigmenti visivi" produce modificazioni nella configurazione della molecole stesse, generando un segnale nervoso. Questo segnale costituisce la prima codifica neurale della luce che arriva all'occhio, cui segue una complessa elaborazione prima al livello della retina stessa e successivamente nelle molte aree cerebrali coinvolte nella visione. Per maggiori informazioni su come i fotorecettori rispondono alla luce si può vedere Robert W. Rodieck, The first steps in seeing, Sunderland, Mass, Sinauer Associates, Inc, 1998 (specialmente il capitolo 8).

In secondo luogo, la luce deve variare nello spazio-tempo. Per capire questo secondo requisito, si immagini uno stimolo costituito da un anello verde al cui centro poniamo un disco rosso omogeneo. Con qualche accorgimento tecnico (che qui trascuriamo) è possibile presentare lo stimolo in modo che la luce riflessa dal disco rosso stimoli sempre la stessa porzione della retina. Questa situazione, detta "immagine stabilizzata", comporta la totale assenza di variazioni spaziotemporali sulla porzione di retina così stimolata. Il risultato è sorprendente: dopo pochi secondi, l'immagine stabilizzata scompare e la parte di campo visivo corrispondente viene invasa dal colore circostante (il verde dell'anello). Il che implica che perché ci sia visione occorrono variazioni spaziotemporali nella luce stimolante. Detto in altra maniera, non bisogna pensare alla retina come a un meccanismo che misura passivamente la luce che ci arriva sopra, ma piuttosto come a uno strumento costruito per rispondere alle novità. Ovviamente, in condizioni naturali la stimolazione che arriva agli occhi è molto ricca di variazioni spaziali (posto che la luce viene riflessa da molte superfici disomogenee, a diverse distanze, parzialmente sovrapposte e così via) e varia continuamente nel tempo a causa dei continui movimenti oculari. Un resoconto classico sulle immagini stabilizzate è Roy M. Pritchard, Stabilized images on the retina, "Scientific American", giugno 1961 (ristampato anche in vari Readings da "Scientific American" e tradotto nell'edizione italiana, di cui però non ho gli estremi).

Infine, perché la luce contenga informazione sugli oggetti nell'ambiente bisogna che le sue variazioni spaziotemporali siano a una scala appropriata alla nicchia ecologica occupata dall'uomo. Si immagini di osservare una parete bianca in una stanza. Tipicamente, se ci mettiamo a misurare l'intensità della luce riflessa dalla parete scopriamo che questa non è costante ma varia in maniera graduale, ad esempio con la distanza da una fonte di luce. In molti casi però questa variazione graduale risulta invisibile e la parete sembra omogeneamente illuminata. La variazione spaziale nello stimolo è a una scala troppo grande per essere ecologicamente importante, e quindi l'evoluzione non ha dotato il nostro sistema visivo di meccanismi in grado di rilevarla. Discorso analogo per variazioni troppo piccole, o troppo lente, o troppo veloci. Come dire: per sopravvivere nel nostro ambiente, dobbiamo interagire con cose di taglia media. Il nostro sistema visivo è ottimizzato per rilevare quelle, e quindi le variazioni fuori scala non sono informative. Un buon testo di riferimento per quest'ultimo punto è James Gibson (1979), The ecological approach to visual perception, Houghton Mifflin, Boston, 1979 (tradotto in italiano dalla editrice il Mulino, ma anche qui non ho gli estremi).

Va aggiunto ancora che i tre requisiti elencati non spiegano in maniera veramente completa come si fa a vedere, anche se danno una buona idea dei diversi livelli di analisi a cui si può affrontare un problema come quello dell'informazione visiva disponibile all'occhio di un osservatore. Una risposta veramente completa dovrebbe includere anche fattori come l'adattamento, l'attenzione, i processi di integrazione. E concludersi dicendo che ci sono ancora moltissimi aspetti della visione che non sono ancora ben compresi.

Aggiunta all'aggiunta, ma questa veramente poco importante, credo che non sia corretto dire che un oggetto illuminato modifica i fotoni. Per quanto ne so io, l'energia di un fotone è direttamente proporzionale alla frequenza a cui oscilla, e ai fini pratici un fotone mantiene la stessa frequenza (e quindi la stessa energia) da quando viene emesso da un elettrone fino al momento in cui viene assorbito dopo un numero arbitrario di riflessioni. Ma su quest'ultimo punto sarebbe meglio consultare un fisico.