Il Dogma infranto: come la Geometria ha risolto il Mistero della percezione dei Colori di Schrödinger

Per oltre un secolo, la scienza della percezione visiva si è retta su un’impalcatura matematica tanto elegante quanto, a conti fatti, imperfetta.  Parliamo del modello teorizzato negli anni ’20 da Erwin Schrödinger, uno dei padri della meccanica quantistica. Il fisico austriaco aveva tentato di ingabbiare la nostra percezione di tinta, saturazione e luminosità all’interno di una geometria precisa. Eppure, mancava un pezzo fondamentale: come cambia la nostra percezione di un colore al variare dell’illuminazione?

Si tratta di un aspetto essenziale in un mondo basato sui video digitali che sono regolati da algoritmi. La comprensione matematicamente corretta dei colori permetterebbe di fornire delle visioni realistiche degli oggetti. Se le regole che spiegano la percezione dei colori sono sbagliate, le immagini dei video, che le seguono, non sono coerenti con la realtà

Oggi, un team di scienziati del Los Alamos National Laboratory ha finalmente corretto le falle di quel sistema, riscrivendo le regole di come i computer, le telecamere e gli schermi “capiscono” ciò che i nostri occhi vedono naturalmente.

Qual era il mistero centenario?

Il problema risiedeva in due assunti di base della teoria di Schrödinger, che si appoggiava a una geometria di tipo “riemanniano” (dove le distanze seguono regole simili a quelle dello spazio fisico standard). La geometria di Reimann è una geometria non euclidea, che si sviluppa in uno spazio curvo convesso, quindi come se fosse una sfera, in cui le linee sono, praticamente, dei cerchi.

Primo: Schrödinger credeva che i colori con la stessa tinta, se scuriti o schiariti, si muovessero lungo linee perfettamente rette verso il nero o il bianco. Calbiare la luce cambia solo la tonalità, non il colore. La fisiologia umana, tuttavia, ci dice il contrario. Questo fenomeno, noto come effetto Bezold-Brücke, dimostra che quando la luce diminuisce, i colori ci sembrano cambiare tonalità, curvando verso il rosso, il verde o il blu puro.

Effetto Bezold-Brücke,, i colori delle righe rosse a sinistra sono avvertiti con tono diverso rispetto a quello a destra, su fondo scuro. Il colore è però indentico

Secondo: il modello di Schrödinger misurava ogni colore in base alla sua distanza dall'”asse neutro” (la linea di grigi che va dal nero al bianco). Il paradosso? Non aveva mai fornito una formula matematica per definire dove si trovasse esattamente questo asse neutre, per cui tutte le regole di percezioni erano basate su una scala non individuata. Era un grattacielo costruito senza aver prima tracciato le fondamenta.

Come è stato risolto l’enigma

Il team guidato dalla scienziata Roxana Bujack ha abbandonato l’idea che lo spazio dei colori sia piatto o geometricamente lineare. Hanno adottato un approccio “non-riemanniano“, molto più simile al modo contorto e complesso in cui il nostro cervello elabora gli stimoli. La “Geometria” del colore non è piatta, non è curva, ma è complessa.

Hanno corretto il tiro in due modi brillanti:

• Hanno sostituito le rigide linee rette di Schrödinger con delle “geodetiche”, ovvero i percorsi curvi più brevi all’interno dello spazio percettivo. Questo integra perfettamente le anomalie visive umane.
• Hanno finalmente definito l’asse neutro in modo rigoroso: all’interno di qualsiasi gruppo di colori con la stessa luminosità, il grigio è semplicemente il colore geometricamente più vicino al nero assoluto.

Nella tabella seguente riassumiamo il cambio di paradigma:

Perché questa scoperta è vitale per la collettività

A prima vista, potrebbe sembrare un puro esercizio accademico per matematici annoiati. In realtà, le implicazioni pratiche ed economiche sono dirompenti.

L’industria globale dei display, della fotografia digitale e dell’imaging scientifico muove centinaia di miliardi di dollari. Fino ad oggi, i software di visualizzazione (come quelli che elaborano le immagini mediche, le simulazioni fisiche o i dati di sicurezza nazionale) hanno dovuto utilizzare algoritmi “rattoppati” per compensare le mancanze del vecchio modello.

Avere una metrica perfetta, che codifica in modo matematico l’esatta distanza percettiva tra due colori, significa produrre schermi più efficienti, algoritmi di compressione video che non distorcono l’immagine e strumenti diagnostici molto più precisi. Significa, in sintesi, far parlare alle macchine la stessa lingua dei nostri occhi, senza bisogno di filtri culturali o correzioni artificiali.

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