Как поток частиц раскрасил мир и сколько цветов мы видим на самом деле

Говорят, красота в глазах смотрящего. Это подтверждают неудачные фотографии очередного красивого заката: почему на снимках он не такой насыщенный и разноцветный, как мы его видим? Вооружимся физикой и немного биологией и разберемся в феномене цвета.

Как свет превращается в цвет

В XIX веке ученые пришли к выводу, что свет — это электромагнитные волны, а в XX веке подтвердили, что он одновременно является потоком частиц-носителей энергии — фотонов. Электромагнитные волны легко представить как морские — с гребнями максимумов и минимумами между ними. Расстояние между соседними гребнями принято называть длиной волны. Волны различают по частоте: она зависит от того, сколько гребней проносится через одну точку за единицу времени. Волны распространяются со скоростью, близкой к скорости света, поэтому чем больше их частота, тем меньше длина.

Белый свет включает в себя волны разных длин, а его разложение на спектр называется дифракцией

Если нанести электромагнитное излучение всех частот на шкалу — от самых коротких волн (гамма-лучей) до самых длинных (радиоволн), — получится спектр. Небольшой интервал в его середине с длиной волны 400–700 нанометров — свет в бытовом понимании: лишь такое излучение может видеть человеческий глаз.

Только попадая в наши глаза, а через них — в мозг, свет становится цветом. Волны видимого спектра возбуждают на сетчатке чувствительные клетки — колбочки. Они бывают трех типов в зависимости от того, какой свет воспринимают лучше всего: красный, зеленый или синий.

Попадая в человеческий глаз, свет становится цветом благодаря чувствительным колбочкам и сигналу, поступающему в мозг

Каждый цвет представляет собой комбинацию сигналов от колбочек, распознанных мозгом. Так, одновременное возбуждение красных и зеленых колбочек воспринимается нами как желтый или оранжевый цвет. Если же сигналы всех трех типов цветочувствительных клеток примерно одинаковы, мы видим белый.

Почему предметы разных цветов

Благодаря свету, «конвертированному» в цвет, мы видим разноцветные предметы вокруг. Цветными они становятся только при свете. Цвет определяется спектром света, который объект отправляет нам в зрачок — в виде отраженных или переизлученных волн. Часть светового потока предмет может рассеять или поглотить.

Говоря о цвете предмета, мы подразумеваем, что он освещен белым светом. Если использовать другой свет, цвет изменится. Например, пятно красной краски, подсвеченное синей лампочкой, станет черным, потому что краска поглотит все длины волн синего света.

Что отражать, а что поглощать и переизлучать, зависит от свойств света, освещенного предмета и вещества, из которого этот предмет состоит. Химические элементы или соединения обладают уникальным набором частот, на которых они способны поглощать или излучать свет. На это влияют структура вещества, строение молекул и атомов, а также способность электронов поглощать разное количество энергии, «доставленной» внутрь вещества в виде фотонов.

Каждый пиксель экрана состоит из источников красного, зеленого и синего, а разнообразие цветов дает их комбинация. Фото Freepik

Как зрение все упрощает и усложняет одновременно

Ученые считают цвет субъективной характеристикой света, ведь он зависит от работы наших колбочек и восприятия их сигналов мозгом. При этом наше зрение упрощает все богатство спектров до трех основных цветов. Такая простота позволяет изготавливать мониторы и телевизоры с миллионами цветов.

Каждый пиксель экрана состоит из источников красного, зеленого и синего. Задавая интенсивность их свечения, получают нужный цвет. Цифровые и пленочные камеры тоже разбивают весь входящий свет на три компонента.

Цвет предмета, вернее, то, в каком цвете вы увидите его в конкретный момент, зависит и от внешних факторов. При этом их довольно много — от угла обзора до влажности воздуха. Вот и получается, что каждый закат на самом деле уникален: и с точки зрения науки, и для каждого зрителя.