世界为什么是五彩缤纷的,五彩缤纷的黑色

光带给这个世界光明,人类和许多动物,由于有了眼睛,能够接受和感受光,才认识了这个世界,享受着春夏秋冬的美景。
如果没有光,这个世界就一片黑暗,人们就什么也看不到,而有了光,才照射

本文最后更新时间:  2023-04-30 06:37:45

光带给这个世界光明,人类和许多动物,由于有了眼睛,能够接受和感受光,才认识了这个世界,享受着春夏秋冬的美景。

如果没有光,这个世界就一片黑暗,人们就什么也看不到,而有了光,才照射出这个世界的五彩缤纷万紫千红。可能有人认为,这个世界本来就是彩色的,光只不过是照亮了这个彩色的世界而已。

其实不然,世界本无色,是光赋予了世界彩色

其实,这个世界除了物质,还充满了能量。电磁波是我们世界最主要的能量传递方式,其中的传递媒介就是光子。因此电磁波也可以叫做光波,光波在不同的波段和频率,可以分为很多种,主要有无线电波(包括长波、中波、短波、微波)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

除了可见光,其余的光波都是看不见的,但用相应的仪器就能让它们显形,射电和各种射线望远镜,就能够看到或接收到这些看不见的光波。电磁波的波长从公里级到阿米级(1阿米=10^-18米)。

一般来说,无线电波波长从3000米或更长到0.1毫米;红外线波长从0.1毫米到760纳米;可见光波长从760纳米到380纳米;紫外线波长从380纳米到10纳米;X射线波长从10纳米到1皮米;伽马射线波长小于10^-12米,最高能量的伽马射线波长可短至10^-30米!

光波是波长越短,频率越高,能量越高。波长短于可见光的光波,频率就比可见光要高,因此能量就更大。如紫外线、X射线、γ射线对生物和人体有杀伤力,尤其X光和γ射线,照射过量即可置人于死地。

波长与频率的关系遵循公式:c=λf或λ=c/f或f=c/λ。这里c为光速,λ为波长,f为频率。

人眼能够看到的就是可见光。而可见光是一种复合光,不是无色的。一般分为红橙黄绿青蓝紫七色,波长从760纳米到380纳米渐渐缩短,因此可见光里面红光能量最低,紫光能量最高。阳光就是这样的复合光,通过三菱镜,可以把这些不同颜色的光通过折射分散开来,叫色散。

一般来说,七色光的波长范围约为:红光760~622纳米;橙光621~597纳米;黄光596~577纳米;绿光576~492纳米;青光491~450纳米;蓝光449~435纳米;紫光434~380纳米。

严谨地说,这七种颜色没有明确的分界线,是渐变的,由760纳米的红光渐变成380纳米的紫光,波长再短就成了紫外线了,人眼看不到。不同颜色的波长只是相对而言,只是为了便于说明,并没有严谨准确的界限,因此各种资料在叙述不同的颜色光的波长时,数据并不完全一样。

由于可见,光有这么多颜色,各种颜色通过不同比例搭配,理论上就可以调配出无数的颜色,这个世界光怪陆离的颜色就是可见光调配出来的。

可见光是如何为这个世界调色的呢?

我们世界由各种各样奇形怪状的物质组成,这些物质对光线既有吸收功能,也有反射折射散射功能。不同的物质,对不同波段光的吸收率不一样,反射折射散射方式和比例也不一样,这样,被吸收的光人眼就看不到了,而不被吸收的光人眼就看到了,不同物体就呈现出不一样的颜色了。

比如某个物体主要吸收700纳米左右的红光,反射被人眼看到的就是绿色;而如果主要500纳米左右的青绿色光,反射出来被人眼看到的就是红色。

那么,同样的物质,比如砖块、铁块、石头、沙子等,为啥不会模糊一片,还是会被人眼区别呢?这是因为这些物体只是大致相同,形状还是略有差别,并没有完美得一模一样,位置角度也不同,这样,虽然它们吸收和反射光的波长大致差不多,但吸收反射量是会有差别的,于是人眼看到的颜色就有区别。

比如,同样一棵树的树叶,吸收和反射光的波长都差不多,因此我们看到的树叶总体是绿色的。但每一片树叶形状、大小和向着光源的方位还是有区别的,我们看到的树叶就有明有暗,颜色也不完全一样,就有了层次感。

理论上,我们看到什么颜色的物体,就是这个物体对这种颜色具有排斥性,将这种颜色的光反射回来,而被吸收的则是人眼没有看到的颜色,也就是与看到的颜色互补波段的光。如果某种物体对什么光都反射,或者对什么光都吸收,我们看到的就是白色或黑色。

白色和黑色对光能够绝对反射和吸收吗?

光既然有颜色,这个世界上某种物体如果一点光都不吸收,或者将光全部吸收,会怎样呢?这就是理论上的白体和黑体。物体的反射率ρ表明物体防辐射的本领,所谓白体就对光的反射率为ρ=1,人们看到的这种物体就是纯白的;而与之相反的就是黑体,是对光辐射的吸收率α=1,也就是来者不拒,全部吸收。

所谓白体和黑体吸收和反射的不仅仅是可见光,而是所有的电磁辐射,包括全部吸收或反射无线电、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线,才能叫白体和黑体,也叫绝对白体和绝对黑体。

现实世界没有真正完美的白体黑体,只有接近的。白雪是针对可见光的白体,因为没有污染的白雪对可见光反射率接近ρ=1,因此人眼看到是洁白的。但白雪对红外线完全没有抵抗力,几乎是α=1的吸收,因此相对红外线来说白雪就是黑体。

美国普渡大学阮修林教授团队发明了一种超白漆,这种油漆对阳光的反射率达到98.1%,而市场上的白色反射率只有90%,由此款可以辐射制冷的硫酸钡超白漆成为吉尼斯纪录中最白的油漆。

这种油漆覆盖下的物体,最高可比环境温度降低11℃。阮修林在接受媒体采访时表示,如果用超白漆覆盖1000平方英尺的屋顶,估计可以得到10千瓦的制冷功率,这比使用中央空调更强大。

可见,白体不但看起来是白色,还是节能减排的最好技术呢。

而英国萨里纳米公司开发了一种叫做Vantablack的材料,将这种材料涂抹在雕像上,人类肉眼再也看不见雕像的三维凹凸细节,只能看到一个黑色平面,即便用强光也无法把它照亮。据称,这种材料可以吸收99.96的入射光线,意味着其反射率只有0.04%,因此被称为黑体。

因此,这个世界的物质如果都是由白体或黑体组成,我们人眼就只能看到一个黑白世界了。还有,人眼和人脑是在光源环境下长期进化出来的,因此对各种色彩具有感光能力,如果感光细胞出了问题,就会出现色盲症状,对某种颜色失去辨别能力,或者只能看到灰白世界。

今天就说到这,谢谢阅读,欢迎讨论。

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为什么会有颜色?颜色的物理本质是什么?

牛顿三棱镜实验
人类关于色彩的研究,其实是从牛顿才开始的,在此之前,人们一直认为白色是一种没有其他颜色的光,而色彩,则是另外的一种光。
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1665年,刚刚毕业的牛顿,因为鼠疫不得不躲在向下的家里。在家里时,牛顿利用三棱镜做了著名的三棱镜色散实验。
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具体操作手段很简单,牛顿把一个三棱镜放在太阳底下,阳光透过三棱镜后,本来没有颜色的白墙上被分解成了不同的颜色,这些颜色正好对应着彩虹的颜色。
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牛顿对此的结论是:太阳光是由不同颜色(即不同波长)组成的混合光。
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虽然牛顿解决了光是由不同颜色组成的,但为什么是同一束光线照射的物体,我们看到的花是红色,而叶子是绿色呢?
物体的色彩
之所以我们看到同一束光照射的物体,有的是蓝色,有的是红色,其实和这些物体本身有关。
我们知道,物体虽然不会发光,但它们却会吸收光线,比如,当一个物体呈现出”红色“时,是它吸收了其他不同的颜色,只让红色光通过,因此我们看到的物体才呈现出红色。
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颜色与眼睛
以上内容,是颜色形成的外部原因,事实上,我们之所以能够感知到颜色,还和我们的眼睛结构有关。我们知道,我们的眼睛有一个呈凸透镜的晶状体,光线进入眼睛后,会通过晶状体倒映在视网膜上,而视网膜相当于人眼睛的大屏幕。
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物体投影在视网膜上后,并不意味着人类可以观测到物体以及颜色了,事实上,视网膜后面,还有两种细胞在工作,一种是视杆细胞,一种是视锥细胞。
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我们之所以能感知到颜色,其实和视锥细胞有关。
正常人类的眼睛,一共有三种视锥细胞:红色,蓝色和绿色。
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我们之所以可以看到物体的色彩,其实正是利用红色和蓝色以及绿色的不同比例,才会看到了五彩斑斓的色彩。
比如,我们眼睛中没有紫色的视锥细胞,但红色和蓝色按照一定比例混合,就可以得到紫色,这一点和绘画其实很相似。
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之所以说是正常人的眼睛,是因为有一些色盲患者,可能缺少其中一种或者两种细胞。他们看到的世界,就和我们看到的世界,在色彩上有差异。
文章图片13所以,颜色的来源离不开两个条件:
不同波长的电磁波进入到人的眼睛。
经过眼睛里的视锥细胞“翻译”后,人类可以感知到不同的色彩。
存在人类尚未发现的颜色吗?
不知道你有没有注意到,其实“颜色”在客观世界里并不存在。
我们知道,颜色其实是一种电磁波,在电磁波里,只有一小段波长范围,是可以被我们感知到的,这段波长范围就是可见光范围。还有一些我们感知不到的波长范围,叫做不可见光,比如X光,紫外线,红外线,这些电磁波的波长范围是我们感觉不到。
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在可见光范围内,电磁波的波长不同,对应的颜色也不同,就像声音一样,人类也只能听到特定分贝范围内的声音。
而由于我们视锥细胞的限制,我们永远也不能感知可见光之外的电磁波。
还有,同样波长的电磁波,在不同人眼里,可能看到的色彩就不一样,如果一个人眼睛里没有视锥细胞,那么世界在它眼里就是黑白灰,没有颜色。但在我们眼里,就是缤纷多彩。
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同样,如果一个人拥有第四种视锥细胞,比如:紫色,那么他可能看到紫外线的颜色,而紫外线的颜色对我们来说,就是尚未发现的颜色,可悲的是我们一辈子也看不到这个颜色。
下图从左到右的顺序分别是:左1:人眼;左2:紫外线下;左3:模拟的蜜蜂视觉;左四:模拟的四色视锥人类视觉。
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所以,从自然界来说,并不存在颜色,因此也就不存在人类尚未发现的颜色。
但如果从人类的感觉来说,那么可见光之外的电磁波,都是人类尚未发现的颜色,可惜我们永远也不会看到这些颜色。

世界的本质是什么颜色?

对象不同。答案自然就不同
人类研究的中心点肯定是人本身。所有物种估计都是这么认为的
在猫的角度来想。世界就是黑白的。因为只有黑和白。就算知道人能看到N多颜色。。世界也是黑白的。。因为对象是猫,无论别的物种看到了多少颜色都是以本身来对比的
你也可以了解苍蝇蚊子的复眼能看到上W种颜色比我们人的多把,可是在我们看来。世界依然是这样的。
理由很简单“因为我们看不到,所以我们以为真实的就是我们所看到的东西”
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