La risposta si articola sulle tre domande seguenti:

1) quale meccanismo fisiologico ci rende sensibili ai “colori” delle cose?

2) Che relazione c’è tra le nostre sensazioni e le proprietà dei corpi che guardiamo?

3) Cosa dire delle strutture inaccessibili alla nostra vista?

1) Colori: la nostra visione tricromica è dovuta al fatto che i recettori ottici responsabili della visione diurna (i coni) sono di tre tipi, sensibili a tre gamme parzialmente sovrapposte di lunghezze d’onda (Fig.1). Perciò per ogni lunghezza d’onda il cervello riceve dalla stessa zona della retina due o anche tre segnali di diversa intensità, che elabora dandoci la sensazione delle sfumature della luce incidente. Però, siccome la stessa sensazione cromatica può derivare da diversi schemi di irraggiamento, i nostri occhi non danno informazioni sulla composizione spettrale della luce incidente: per esempio la sovrapposizione di luci rossa, verde e blu provoca la stessa sensazione di bianco che si ha guardando l’intero spettro visibile.

2) I corpi cambiano colore secondo la composizione spettrale della luce che li illumina. Nel seguito intenderò che sia la luce bianca del sole. Nell’interazione della luce con la materia alcune lunghezze d’onda sono assorbite e le rimanenti sono riflesse in tutte le direzioni. La composizione spettrale della luce riflessa che giunge ai nostri occhi, sottratta la componente assorbita, è diversa da quella della luce incidente. Misurando le  posizioni delle zone oscure dello spettro della luce riflessa si ottengono dati che permettono di rintracciare le fonti dei meccanismi di assorbimento per confronto con dati riportati in appositi cataloghi. Anche lo spettro della luce solare è solcato da righe nere percepibili a occhio puntando un semplice spettroscopio a reticolo di diffrazione verso il cielo azzurro - mai direttamente verso il sole. Le lunghezze d’onda assenti dalla luce solare corrispondono alle righe di emissione, ampiamente studiate e ben note, di elementi allo stato atomico. Poiché gli atomi assorbono solo radiazioni di lunghezza d’onda uguale a quella delle radiazioni che emettono, le righe nere sono le spie della loro presenza sul sole.

3) Per quanto scritto sopra la composizione chimica superficiale di un corpo può essere studiata individuando le zone spettrali assenti da ciò che riflette quando è irraggiato con luce di lunghezza d’onda adeguata, comprendendo anche l’infrarosso e l’ultravioletto. La Fig. 2 mostra il formato delle informazioni ricavabili da questa tecnica d’indagine. Il caso specifico si riferisce a tre minerali della stessa famiglia leggermente diversi tra loro inclusi in matrici rocciose, e la radiazione è infrarossa. La differenza tra le risposte “sporche” globali il cui andamento può comunque dare indicazioni iniziali agli esperti e le risposte “pulite” che caratterizzano i microcristalli estratti dalle matrici è molto evidente.

Una descrizione in inglese dei metodi della spettrometria infrarossa applicata alla chimica organica è visibile su youtube. Altri tipi di indagini richiedono l’uso di radiazioni penetranti: per esempio con i raggi X si può mettere in evidenza la struttura di reticoli cristallini e di macromolecole biologiche. Fu mediante la diffrazione dei raggi X che Max von Laue, premio Nobel per la fisica nel 1914, esplorò i reticoli cristallini e nel 1953 Rosalind Franklin, collaborando con Watson e Crick, scoprì la struttura a doppia elica del DNA.

Concludendo, la domanda se studiando solo il colore di un materiale si possono dedurre informazioni sulla sua struttura è ambigua. Se per colore s’intende il rosso, giallo o verde percepiti dagli occhi sicuramente no. Se invece “studiare” implica il servirsi di adeguate tecniche di analisi spettrale nella vasta gamma delle onde elettromagnetiche la risposta può essere sì.