Nelle domande della lettrice sono intrecciate due questioni, non del tutto indipendenti: una è quella del rapporto tra riflessione speculare e diffusione della luce, che è legata esclusivamente alla struttura geometrica del materiale (cioè se la superficie è liscia o rugosa, ma anche se la struttura interna è omogenea o disomogenea); l’altra è quella del colore, che oltre a dipendere dalla natura della riflessione (speculare o diffusa), dipende soprattutto dalla natura e composizione del materiale.

Conviene premettere alcune nozioni basilari sul colore. Il colore della luce dipende dalle lunghezze d’onda (o frequenze) delle onde elettromagnetiche di cui è composta. I colori “puri”, ossia che corrispondono ad una sola lunghezza d’onda, sono quelli dell’arcobaleno (si tratta di uno spettro continuo di sfumature di colore, che però possono essere raggruppati in sei colori principali: rosso, arancione, giallo, verde, blu e violetto, in ordine di lunghezze d’onda decrescenti).  Altri colori scaturiscono dal mescolamento di diversi colori puri. Ad esempio, se c’è una distribuzione più o meno uniforme di energia luminosa tra tutte le lunghezze d’onda visibili, la luce ci appare normalmente bianca (ma può anche apparirci grigia, vedi sotto). Il colore degli oggetti dipende a sua volta dalla distribuzione di energia tra le varie lunghezze d’onda della luce che gli oggetti riemettono (luce riflessa, trasmessa o diffusa), quando essi vengono illuminati da luce bianca. Quindi la luce riflessa o diffusa da un oggetto appare colorata se la percentuale di luce riflessa o diffusa rispetto a quella incidente è più alta per certe lunghezze d’onda che per altre.

Il colore che percepiamo di un oggetto è però in parte anche il risultato di un processo di elaborazione mentale. Ad esempio se l’oggetto viene illuminato da luce non bianca il suo colore effettivo cambia, ma spesso il cervello compensa almeno in parte il cambiamento (dato che percepisce anche la luce diretta della sorgente e quindi può effettuare una correzione) e rielabora mentalmente il colore che l’oggetto avrebbe in caso di illuminazione normale. Inoltre il cervello è addestrato anche a valutare la percentuale di luce riflessa o diffusa dall’oggetto in rapporto all’illuminazione presente, basandosi sul paragone tra l’emissione di oggetti vicini. In questo modo, un oggetto che diffonde ad esempio tutta la luce incidente con efficienza di quasi il 100% ci appare bianco (e questo continua a essere vero anche se la luce con cui è illuminato è fioca), mentre uno che diffonde la luce al 50-60%, con efficienza comunque uguale per tutte le lunghezze d’onda, ci appare grigio (anche se illuminato con luce intensa); infine un oggetto che assorbe quasi tutta la luce che lo illumina, diffondendone indietro solo piccole percentuali, ci appare nero. Allo stesso modo, un oggetto che diffonde solo la componente gialla della luce incidente, assorbendone il resto, ci appare giallo se la percentuale di luce diffusa è alta, mentre inizia ad apparirci marrone se la percentuale è bassa.

Veniamo ora alla questione della rugosità e del rapporto tra riflessione e diffusione. Un oggetto di composizione omogenea e dalla superficie perfettamente liscia alla scala della lunghezza d’onda della luce visibile, ossia delle frazioni di micron, se illuminato restituisce solo luce riflessa specularmente, senza alcuna componente diffusa (escludiamo qui il caso di oggetti trasparenti, per i quali c’è anche la luce trasmessa attraverso l’oggetto). In questo caso, l’oggetto ci appare come uno specchio, e il nostro cervello non gli attribuisce un colore definito, in quanto in esso vediamo riprodotti i colori delle immagini riflesse. Questo avviene anche se parte della luce incidente è assorbita e solo parte è riflessa, purché il coefficiente di riflessione sia più o meno uniforme per tutte le lunghezze d’onda; se la riflettività dell’oggetto non è alta lo specchio ci appare “scuro”, ma comunque non acquista ai nostri occhi un colore definito, perché il cervello interpreta la ridotta luminosità delle immagini come l’effetto di una minore illuminazione ambientale. Uno specchio può tuttavia apparire colorato se il suo coefficiente di riflessione non è invece uguale a tutte le lunghezze d’onda, per cui riflette di più alcuni colori e meno altri, alterando così la coloritura originale degli oggetti riflessi.

All’estremo opposto, se un oggetto presenta una superficie esterna molto rugosa alla scala delle frazioni di micron, esso dà luogo solo ad una “riflessione diffusa”, ossia disordinata, con raggi emessi in varie direzioni che non hanno alcuna relazione con quella della luce incidente. In questo caso l’oggetto ci appare perfettamente opaco (non nel senso di scuro, ma di “non lucido”). Inoltre, l’oggetto acquista un suo colore ben definito, legato alla frazione di luce riemessa alle varie lunghezze d’onda come spiegato sopra.

Se però la rugosità non è molto forte, può accadere che la riflessione diffusa non sia del tutto disordinata, ossia che i raggi riflessi tendano a raccogliersi attorno alla direzione di riflessione speculare. In questo caso osservando l’oggetto illuminato vi notiamo una sorta di immagine molto sfocata della sorgente luminosa. In questo caso l’oggetto ci appare colorato, ma con un “effetto lucido” o “lucente”, dovuto appunto alla riflessione confusa delle sorgenti luminose. Molti metalli, se la loro superficie non è stata appositamente levigata a specchio, hanno proprio questa apparenza. Ovviamente una superficie satinata tende a dare una riflessione più diffusa, anche per un metallo, mentre lo stesso metallo può assumere l’aspetto di uno specchio se la sua superficie è stata levigata a sufficienza. In entrambi i casi può apparire una coloritura se la percentuale di luce riflessa o diffusa non è uniforme per tutte le lunghezze d’onda. E’ questo il caso dell’oro (che riflette poco il blu e il violetto, per cui ci appare giallo) e del rame (che riflette male anche una parte del verde). L’alluminio e l’argento, invece, riflettono in modo uniforme tutte le lunghezze d’onda e quindi ci appaiono grigi chiari, se sono opachi, o come specchi (e quindi senza colore), se sono perfettamente lucidi.

Esiste infine un ultimo caso da considerare, che è quello di oggetti che danno luogo simultaneamente sia ad una riflessione speculare (per una certa frazione della luce incidente) che ad una riflessione diffusa (per un’altra frazione). Questo si verifica perché questi oggetti hanno una superficie esterna liscia, ma al loro interno posseggono una struttura disomogenea (sempre alla scala della lunghezza d’onda). La luce incidente viene allora in parte riflessa dalla superficie esterna, ma in parte penetra e viene quindi diffusa indietro dalla struttura interna disordinata. Anche un oggetto del genere ci appare colorato (a causa della componente di luce diffusa) e lucido (a causa della componente riflessa), anzi può apparire anche più lucido di quanto non appaia un oggetto che produce una diffusione parzialmente disordinata. Il nostro occhio infatti nota la componente di luce riflessa, riconoscendo in essa l’immagine di altre sorgenti di luce che illuminano l’oggetto (lampade, luce solare, ecc.) e interpreta tale osservazione appunto come “effetto lucido”. A volte tale situazione è creata artificialmente dalla presenza di un sottile strato trasparente e liscio che ricopre un oggetto che di per sé sarebbe opaco, come avviene con una vernice trasparente “smaltata”. Un esempio è proprio quello di molte ceramiche lavorate, come per la vasca da bagno.

Per finire, la capacità del tatto di discriminare la rugosità di una superficie a scale molto piccole è tuttora oggetto di ricerca. Il tatto (in particolare quello delle dita, che sono più sensibili) in opportune condizioni sembra essere in grado di percepire rugosità fino ad una scala di pochi micron, quindi molto prossima alla lunghezza d’onda della luce, ma leggermente superiore. Perciò, mentre è chiaro che un oggetto non liscio al tatto deve necessariamente essere anche opaco alla vista, in quanto produce solo una riflessione diffusa, possono esservi oggetti perfettamente lisci al tatto, ma che alla scala delle lunghezze d’onda sono comunque rugosi, per cui ci appaiono comunque opachi.