Ⅰ 颜色的物理的现象
可见光的光谱颜色 波长 频率 红色 约625—740 nm 约480—405 THz 橙色 约590—625 nm 约510—480 THz 黄色 约565—590 nm 约530—510 THz 绿色 约500—565 nm 约600—530 THz 青色 约485—500 nm 约620—600 THz 蓝色 约440—485 nm 约680—620 THz 紫色 约380—440 nm 约790—680 THz 电磁波的波长和强度可以有很大的区别,在人可以感受的波长范围内(约312.30纳米至745.40纳米),它被称为可见光,有时也被简称为光。假如我们将一个光源各个波长的强度列在一起,我们就可以获得这个光源的光谱。一个物体的光谱决定这个物体的光学特性,包括它的颜色。不同的光谱可以被人接收为同一个颜色。虽然我们可以将一个颜色定义为所有这些光谱的总和,但是不同的动物所看到的颜色是不同的,不同的人所感受到的颜色也是不同的,因此这个定义是相当主观的。
一个弥散地反射所有波长的光的表面是白色的,而一个吸收所有波长的光的表面是黑色的。
一个虹所表现的每个颜色只包含一个波长的光。我们称这样的颜色为单色的。虹的光谱实际上是连续的,但一般来说,人们将它分为七种颜色:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫;每个人的分法总是稍稍不同。单色光的强度也会影响人对一个波长的光所感受的颜色,比如暗的橙黄被感受为褐色,而暗的黄绿被感受为橄榄绿,等等。
在物品上涂抹颜料后会出现颜色,颜料是不溶于水或油的无色或有色粉末状物质。分天然颜料和合成颜料两类。天然颜料多属矿物性。合成颜料又分有机和无机的两类,无机的如钛白粉、铬黄等,有机的如酞菁、甲苯胺红等。广泛用于油墨、涂料、橡胶、塑料等物品的着色。 大多数光源的光谱不是单色的,它们的光是由不同强度和波长的光混合组成的。人眼将许多这样的混合光的颜色与单色光源的光的颜色看成是同样。比如上面表格中的橙色,实际上就不是单色的600纳米的光,实际上它是由红色和绿色的光混合组成的(显示器无法产生单色的橙色)。出于眼睛的生理原理,我们无法区分这两种光的颜色。
也有许多颜色是不可能是单色的,因为没有这样的单色的颜色。比如说黑色、灰色和白色就是这样的颜色,粉红色或绛紫色也是这样的颜色。 波动方程是用来描写光的方程,因此通过解波动方程我们应该可以得到颜色的信息。在真空中光的波动方程如下:
在这里是光速,是空间的坐标,是时间的坐标,是描写光的函数,下标表示取偏导数。在空间固定的一点固定,就成为时间的一个函数了。通过傅里叶变换我们可以获得每个波长的振幅。由此我们可以得到这个光在每个波长的强度。这样一来我们就可以从波动方程获得一个光谱。
但实际上要描写一组光谱到底会产生什么颜色,我们还得理解视网膜的生理功能才行。